羅德與施瓦茨公司新推出R&S SMA100B射頻及微波信號(hào)發(fā)生器，其具有在高功率輸出狀態(tài)下極低的諧波，極低的相噪，以及更準(zhǔn)確的脈沖信號(hào)輸出功率，這些技術(shù)特點(diǎn)能夠提高電磁兼容測(cè)試準(zhǔn)確度，以及在其他一些行業(yè)應(yīng)用中提升測(cè)試質(zhì)量。

射頻及微波信號(hào)發(fā)生器；諧波抑制；自動(dòng)功率控制；相位噪聲；輸出功率

信號(hào)發(fā)生器是電磁兼容測(cè)試的重要設(shè)備之一，典型應(yīng)用是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)校準(zhǔn)接收鏈路以及在EMS測(cè)試中產(chǎn)生連續(xù)波和脈沖信號(hào)作為干擾源。EMS的測(cè)試方法向模擬真實(shí)電磁環(huán)境方向不斷演進(jìn)，調(diào)幅、調(diào)頻等信號(hào)形式現(xiàn)在也被考慮進(jìn)來(lái)。

電磁兼容測(cè)試關(guān)注功率測(cè)試精度，這就要求信號(hào)發(fā)生器無(wú)論在連續(xù)波狀態(tài)還是脈沖狀態(tài)，高功率還是低功率輸出下，都能輸出精準(zhǔn)、純凈的射頻信號(hào)。IEC 61000與CISPR 16等系列標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)信號(hào)源的諧波抑制、輸出功率（特別是在脈沖調(diào)制狀態(tài)下）都有相應(yīng)的要求。

1. 信號(hào)源的諧波抑制

EMS測(cè)試時(shí)需要信號(hào)源輸出比較高的功率，用以驅(qū)動(dòng)功率放大器（以下簡(jiǎn)稱“功放”）。信號(hào)源在高功率輸出狀態(tài)下相應(yīng)的諧波與非諧波功率也較高。信號(hào)源的諧波和非倍頻程位置的諧波雜散（非諧波）等非線性成分對(duì)電磁兼容測(cè)試很不利。由于EMI接收機(jī)采用掃描測(cè)試機(jī)理，信號(hào)源的諧波被接收機(jī)接收會(huì)產(chǎn)生干擾項(xiàng)；當(dāng)諧波功率過(guò)高時(shí)，還有可能推高寬帶功放或?qū)拵Ы邮諜C(jī)，使其過(guò)飽和。

對(duì)此，IEC 61000-4-3對(duì)信號(hào)源的諧波抑制有明確的要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定經(jīng)過(guò)功放輸出后信號(hào)的諧波抑制必須大于15dBc，考慮到功放自身的非線性效應(yīng)，信號(hào)源的諧波抑制要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于15 dBc[1]。IEC 61000-4-3建議在信號(hào)源后端加入諧波濾波器以抑制諧波功率。加入/未加諧波濾波器的信號(hào)源諧波抑制見(jiàn)圖1。然而，諧波濾波器為了適應(yīng)EMC測(cè)試的頻率范圍，必然會(huì)采用大量的濾波器來(lái)濾除不同頻段的諧波，以保證頻譜的純度。同時(shí)，還要采用大量的開(kāi)關(guān)，以保證不同濾波器之前的切換。濾波器和開(kāi)關(guān)都會(huì)帶來(lái)額外的插入損耗，插入損耗會(huì)隨著頻率的增加逐漸變大。這將增加系統(tǒng)的成本和測(cè)試的不確定性。

內(nèi)置諧波濾波器可以解決上述問(wèn)題，并且可在所有輸出電平狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)–65 dBc（典型值）的諧波抑制，同時(shí)還能抑制寬帶噪聲。將高輸出功率、低諧波和極低的寬帶噪聲相結(jié)合，可有效簡(jiǎn)化測(cè)試連接，減少測(cè)試附件數(shù)量。

圖1 配置/未配置諧波濾波器的信號(hào)源諧波抑制

圖2 實(shí)際測(cè)試SMA100B輸出的非諧波抑制

2. 保持準(zhǔn)確的輸出電平

EMS測(cè)試中需要使用脈沖調(diào)制信號(hào)。嚴(yán)格控制RF脈沖輸出功率至關(guān)重要，CISPR 16-1-1中規(guī)定信號(hào)輸出脈沖調(diào)制信號(hào)功率誤差不應(yīng)超過(guò)±0.5 dB[2]。

信號(hào)源控制輸出功率準(zhǔn)確性的關(guān)鍵技術(shù)是自動(dòng)功率控制（ALC）。ALC是一種閉環(huán)功率控制電路，信號(hào)源內(nèi)部將輸出的部分信號(hào)耦合、實(shí)時(shí)采集并監(jiān)測(cè)功率，當(dāng)檢測(cè)到功率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)立即控制放大器，通過(guò)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定準(zhǔn)確的功率輸出。電路原理圖見(jiàn)圖3。

圖3 典型的ALC電路原理圖

ALC的處理響應(yīng)時(shí)間至少為信號(hào)接收測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)度Ty-min 。脈沖信號(hào)在每個(gè)周期內(nèi)信號(hào)打開(kāi)時(shí)間 非常短，傳統(tǒng)信號(hào)源設(shè)計(jì)的ALC最小采集時(shí)間普遍大于脈沖信號(hào)打開(kāi)時(shí)間：

因此傳統(tǒng)信號(hào)源的ALC不適用于脈沖信號(hào)。當(dāng)產(chǎn)生脈沖信號(hào)時(shí)，傳統(tǒng)信號(hào)源的ALC一般采用“Sample&Hold”處理方式，既命令信號(hào)源首先產(chǎn)生一段時(shí)間連續(xù)波信號(hào)，ALC采樣記錄其功率偏差值，這是“Sample”過(guò)程；然后ALC釋放控制，信號(hào)源正常輸出脈沖信號(hào)，在整個(gè)脈沖輸出時(shí)間內(nèi)，ALC將根據(jù)上一步保存的功率偏差值對(duì)信號(hào)源放大器進(jìn)行恒定的功率修正，即“Hold”過(guò)程。放大器在輸出連續(xù)波時(shí)的增益Gcw與脈沖輸出狀態(tài)Gpulse一般不相同，即：

因此ALC的“Sample&Hold”處理誤差極大，實(shí)測(cè)某信號(hào)源輸出脈沖信號(hào)的真實(shí)功率與設(shè)置功率誤差達(dá)超過(guò)1dB，見(jiàn)圖4。

圖4 實(shí)測(cè)某型號(hào)信號(hào)源的ALC—“Sample&Hold”模式輸出脈沖功率誤差

為了提供準(zhǔn)確的脈沖輸出功率，R&S SMA100B重新設(shè)計(jì)了其脈沖調(diào)制器和ALC電路，使其脈沖調(diào)制器的上升/下降時(shí)間為 5 ns（典型值）且開(kāi)關(guān)比 > 80 dB?？稍诘椭翑?shù)納秒的時(shí)間范圍內(nèi)提供具有高電平精確度以及電平可重復(fù)性的量化短脈沖，見(jiàn)圖5。

圖5 SMA100B輸出脈沖信號(hào)功率誤差不超過(guò)0.3 dB[3]

3. 更高的輸出功率

EMC測(cè)試同樣要求信號(hào)源具有較高高輸出功率。例如在EMS測(cè)試時(shí)，信號(hào)源輸出信號(hào)要彌補(bǔ)長(zhǎng)距離傳輸電纜帶來(lái)的損耗給功放提供足夠高的驅(qū)動(dòng)。在高頻頻段（例如：Ka）電纜損耗會(huì)急劇升高，這就要求信號(hào)源要輸出足夠的驅(qū)動(dòng)功率。三級(jí)輸出功率選件適用于關(guān)注成本且要求嚴(yán)苛的應(yīng)用。高輸出功率選項(xiàng)+35 dBm可通過(guò)選件密鑰激活，甚至可以客戶現(xiàn)場(chǎng)激活。而工廠安裝的超高輸出功率選件則可提供最高達(dá) +38 dBm（針對(duì)6 GHz 的型號(hào)）的功率電平。

圖6 測(cè)量到的R&S SMA100B最大可輸出功率

當(dāng)信號(hào)源實(shí)際輸出功率超過(guò)27dBm以后，在使用時(shí)就需要注意安全問(wèn)題，因?yàn)榻^大多數(shù)接收機(jī)、頻譜儀的安全接收功率上限是27dBm或30dbm。

4. 提高信號(hào)源使用可靠性

EMC測(cè)試包含了一系列大測(cè)試量的測(cè)試項(xiàng)目，期間要大量重復(fù)設(shè)置操作測(cè)試設(shè)備，這就要求測(cè)試設(shè)備具有高使用可靠性。例如EMS測(cè)試需要在大量測(cè)試頻點(diǎn)控制信號(hào)源產(chǎn)生不同功率的信號(hào)，要不斷重復(fù)切換信號(hào)源的衰減器。對(duì)于最高6 GHz的信號(hào)發(fā)生器，早在十多年前就開(kāi)始配置電子固態(tài)步進(jìn)衰減器，電子衰減器在電平切換過(guò)程中沒(méi)有硬件失效，操作壽命遠(yuǎn)大于機(jī)械衰減器，但是在高于6 GHz的信號(hào)源中還廣泛使用機(jī)械衰減器。R&S SMA100B現(xiàn)將電子衰減器帶入高頻微波信號(hào)發(fā)生器領(lǐng)域，在所有頻率范圍（目前最高20 GHz）標(biāo)配了電子固態(tài)開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)非?？焖偾覠o(wú)失效的電平轉(zhuǎn)換。