信号源的工作原理及使用方法，信号源和信号发生器的详细资料说明

很多朋友对信号源的工作原理及使用方法，信号源和信号发生器的详细资料说明不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

信号源是四大通用电子测量仪器之一，另外三个分别是：网络分析仪、频谱分析仪、示波器。本文介绍了信号源的基本知识。信号源最常见的功能是产生正弦波，所以本文从介绍正弦波的特性开始。一、正弦波的信号特征

通过正弦波信号的表达式方程，可以反映出其信号中包含的参数是：信号幅度；频率；初始阶段。信号的频率和初始相位可以包含在信号的相位信息中。对于一个理想的正弦波信号，其幅值、频率和初始相位都应该是确定的参数，所以正弦波信号是一个比较简单的信号。定义连续波信号只需要两个指标：幅度和频率。图1正弦波信号特征信号源产生的正弦波的典型幅值参数如下：

图2信号源输出正弦波的典型幅值参数信号源应考虑幅值精度，以提高测试的重复性，降低测试的不确定度。信号源的典型频率参数如下：图3信号源输出正弦波的典型频率参数信号源的频率精度与参考振荡器的年老化率和校准后的时间有关。

实际正弦波的信号特征比理想信号复杂得多，需要考虑相位噪声、寄生频率调制和杂散，如图4所示。相位噪声在频域表现为噪声边带，在时域表现为随机相位抖动，可以理解为随机噪声对理想正弦信号的相位进行调制。图4实际正弦波的信号特征

正弦波或连续波信号的质量评价主要在频域进行，频域的杂散包含连续和离散成分，它们都对应着时域的失真。连续噪声边带称为相位噪声，离散杂散根据其与基波的频率关系分为谐波和杂波。相位噪声主要由振荡器内部噪声引起，谐波杂波的形成与器件的非线性有关：vo(t)=a1 vi(t) a2 vi2(t) a3 vi3(t)。

如果输入是理想正弦信号，通过非线性作用，输出为VO(t)=a1 sin(wt)a2 sin 2(wt)a3 sin 3(wt)。=a2/2 a1 sin(重量)3a3/4 sin(重量)a2/2 sin(重量)a3/4 sin(重量).图5正弦信号相位噪声的定义

相位噪声指标主要在频域中描述，用某一频偏下单边带(SSB)噪声功率谱密度与载波功率的比值来表示。工程上考察的频偏范围为10Hz ~ 1MHz，频偏的横坐标用对数表示。二、点频信号源一般来说，点频信号源由三部分组成：1 .参考源部分：决定整个信号源的频率稳定度；2.频率合成部分：确定输出信号的频率参数；3.输出功率控制部分：确定输出信号功率参数。

图6信号源组成框图合成满足各项指标要求的信号的技术称为频率合成技术，合成信号频率的方法主要有三种：1。直接频率合成利用振荡器直接输出所需的频率信号，晶体振荡器因其Q值高而被广泛使用，采用恒温晶体振荡器和稳定补偿晶体振荡器可以进一步提高频率稳定性。主要用于单点频率信号合成。2.间接频率合成

利用锁相环合成频率的特点是频率范围宽、频率变化步长小、跳频速度快。然而，频率变化步长和相位噪声指数之间存在矛盾。锁相环间接频率合成是频率合成的主要方式。3.直接数字合成(DDS)利用数字技术合成信号波形，其特点是输出频率阶跃指数高，跳频速度快，但输出频率范围较窄。图7信号源频率合成技术及其优缺点

直接频率合成技术的原理框图如下图所示。使用温度补偿晶体振荡器和恒温晶体振荡器可以提高晶体振荡器的频率稳定性。图8直接频率合成原理框图间接频率合成技术原理框图如下图所示。PLL包括一个相位检测器；环路滤波器；压控振荡器(VCO)；分频器等。从频率关系分析，锁相环相当于一个倍频器：锁相环输出信号的频率变化步进到其鉴相器的工作频率。

如果要求频率变化步长更小，则相位检测频率会更小，而n的值会更大以保证输出频率值。较小的相位检测频率将相应地降低PLL环路带宽，这会恶化PLL动态性能(跳频速度)。图10是用于分析PLL输出信号的相位噪声指数的间接频率合成的示意框图。

对于参考源，PLL为低通，带宽为环路带宽。PLL输出的相位噪声是参考信号的相位噪声恶化n倍。n越大，PLL输出的相位噪声指数越差。在环路带宽之外，PLL输出相位噪声由VCO决定。图11 PLL输出的相位噪声指标提高PLL输出信号相位噪声指标的原理是降低分频比n，可以采用多PLL和小数分频技术来实现。图12改善PLL输出信号相位噪声的方法

直接数字频率合成DDS是随着数字技术的发展而出现的新技术。原理框图如下图所示。DDS由相位累加器组成；ROM表；DAC低通滤波器。图13 DDS直接数字合成技术原理框图信号源采用ALC(自动电平控制)技术保证输出信号的幅度。大范围的幅度调节由衰减器完成。图14信号源输出信号功率的控制点频信号源的应用：1。系统本地振荡器：相位噪声频率精度2。设备失真性能测试。

-杂散三阶失真TOI3。接收机测试：-调制方式-幅度精度-杂散性能一般来说，点频信号源都有扫描功能，包括频率扫描功能和功率扫描功能。频率扫描有两种方式：步进扫描和列表扫描。扫频需要注意：水平精度，平坦度，源匹配。分步扫描需要注意：精度、扫描点、切换时间。列表扫描需要注意：精度、切换时间、停留时间。

功率扫描需要注意：功率扫描范围，功率斜率范围，源匹配。功率扫描由自动电平控制ALC、ALC检波器、ALC驱动器和ALC调制器完成。三、模拟信号发生器是一种模拟调制信号源。根据调制信号的不同，调制信号可以分为模拟调制和数字调制。

正弦波信号包含三个独立的参数，幅度、频率和相位。如果一个连续的正弦波未经调制，其包络幅度、振动频率和初始相位将始终是一个常数(不考虑噪声因素)，因此这种正弦波的信息量为零。我们传统的模拟调制是用调制信号改变载波的这三个参数，使载波携带调制信息，从一端传输到另一端。

为什么调制信号要调制到载波上？载波的作用是用更高的射频或中波频率作为载波，这样信息会传播得更远。如果是基带传输，距离越近越好。比如你用电话联系楼里其他同事，比你站在楼道里喊要方便省力得多。很多人想象数字调制是一种新技术，但实际上所有的调制方式都可以概括为AM、FM和PM。图15调制信息的位置

AM信号需要以下参数：1 .载波频率2。调制信号频率3。调制指数图16调幅AM调频信号需要以下参数：1。载波频率2。调制信号频率3。调制频率偏移4。调制指数图17调频FM图18调相PM图19脉冲调制图20模拟调制信号源原理框图三、矢量信号发生器，即数字调制信号源图21各种调制方式的波形比较。

用矢量来描述正弦波是非常方便的。在极坐标中，矢量表示正弦波的峰值电压幅度和相位变化之间的关系。360度的相位旋转表示完整的频率周期。注意，相反的符号提供了一种表示正弦波相位随时间变化的方便方法。图中示波器显示的是信号幅度随时间变化的过程。Vector不能直接提供任何频率信息。事实上，我们测量的是矢量相对于载波信号的参考相位。

这意味着只有当频率不同时，矢量才会旋转。

在图22的极坐标中，正弦波由矢量描述。

下图显示了I/Q平面上各种调制信号的代表示例。理解了它们，你就理解了所有的I/Q调制原理。在任何I/Q图中，如果信号的幅度沿径向变化，就意味着信号的相位在变化(而且只有相位在变化)。所以AM调制，I/Q图只是矢量的径向变化。PM调制是矢量旋转。FM看起来像PM，因为偏离载波频率是单位时间内相位的变化。记住，幅度和相位变化是相对于未调制载波而言的。

矢量图是描述矢量信号轨迹的直观方式。

图23直接测量极坐标中信号变化矢量的相位是困难的。实际的接收机和测量系统使用I/Q解调。它将信号相位的控制问题转化为两个正交分量电压的控制问题。

第一，因为简单，所以接口简单，电路简单，基带实现简单；其次，I/Q代表调制信号的正交变量。信号相对于载波有90度相移。如果只用I通道检测，cos (90)=0，虽然有输入信号，但I通道输出是0V，所以I通道没有输出信号。因此，通过分别测量信号的同相和正交分量，我们不必直接测量信号的相对相位。

I/Q解调器可以测量幅度和相位，但频率参数呢？频率是相位相对于时间的变化。I/Q解调器实际上直接测量各种调制，而不仅仅是AM、PM和FM调制信号。图24 I-Q格式坐标图25 BPSK时域频域特性图26 QPSK时域和星座图观察数字调制信号的一种方法是使用眼图。可以生成两种不同的眼图，一种是I通道数据，另一种是Q通道数据。

眼图以无限连续的方式重复显示I和Q幅度与时间的关系。I和Q转换可以分别显示，在确定符号的瞬间形成一个“眼”。QPSK有四个不同的I/Q状态，每个都在一个象限中。I/Q各有两个级别，为每个I和Q形成一个眼。下图是16QAM的示例，4个级别围绕3个眼。理解眼图的概念很重要。好的信号有“大眼睛”，交点对应星座上符号点的位置。调制质量越高，交叉点越集中。图27 I和Q眼图

图QAM矢量图与星座图图比较图29矢量调制特性图30矢量信号发生器原理框图图31矢量信号发生器中的基带信号发生器图32基带信号发生器中的滤波功能IQ调制器：I和Q信号由同一个本振信号合成，但本振有90度相移，I/Q通道互不干扰，最终得到一个和信号。图33矢量信号发生器中的IQ调制器矢量信号发生器的主要应用是产生特定格式的矢量信号接收灵敏度测量。

接收机选通测量装置的失真测量

以上知识分享希望能够帮助到大家！