利用跟踪信号发生器增强频谱分析能力

2008-05-23 14:02:54来源: 电子工程专辑
  很长时间以来,频谱分析仪与跟踪信号发生器一起,对有源和无源网络进行扫频标量频率响应测量。尽管许多频谱分析仪带有跟踪信号发生器选件,但是大多数这种信号发生器只能为分析仪的基本频带提供扫频信号。利用下面的方法还会覆盖许多频谱分析仪的第一扩展高频段。另外,也给出了一个允许对带有中频变换的被测部件进行扫描的方法。

  图1给出了一个常见的具有跟踪源功能的RF频谱分析结构,在这个结构中,跟踪信号发生器由一个混频器、放大器和设定在第一个固定中频(IF)的RF信号发生器实现。对于这种方案,只有在分析仪扫描第一本振(LO)时,才能实现频率扫描。另外,分析仪还必须提供第一本振的输出采样。如果分析仪的分辨带宽(RBW)滤波器(不管是模拟还是数字)是固定的,而且只扫描第一LO,这种方案才能输出正确的信号。

  在这种配置中,信号发生器被设定到所需频段(这可以从分析仪制造商的数据或者实验中获得)的第一IF。第一IF可以通过下面的方法来发现,即使用最宽的分辨带宽(RBW)滤波器,并调整信号发生器直到在分析仪上出现噪声基底上升时。通过切换到较窄的RBW,并调整信号发生器到最大幅度,可以更加精确地估计IF值。

  当分析仪的第一LO信号和信号发生器第一IF信号混频时,混频器的输出将包含一个频谱成分,该成分刚好是分析仪在扫描中的那一点调谐到的RF信号(扫描信号发生器信号)。然后把DUT放到混频器输出和分析仪的RF输入之间。跟踪信号发生器信号在扫描过程中会自动扫描,为扫频标量测量描提供一个完全同步的信号。

  尽管将分析仪的LO输出直接连到混频器的想法很好,这会给大多数的分析仪带来问题。通常,在第一LO输出口没有足够的反向隔离。其结果,信号发生器的第一IF信号将会泄漏到分析仪的第一IF级,从而进入仪器的第一和后续的IF级,使得噪声基底提高。

  一个环形器能够增加隔离(大约20dB),但是会降低送到混频器的第一LO功率。更好的方法是采用一个高隔离度的放大器,它能为直到6GHz的频段提供高达50dB的隔离。另外,它能够允许宽带工作,并在只能得到低功率的第一LO时,它可以实现好的LO驱动电平。设计的这种高隔离度放大器的输入功率为0dBm。

  这种改进的方法和配置见图1,它是用DKD公司开发的两种跟踪信号发生器系统的基础。在其中一个系统(型号为TG100)中,混频器和高隔离度的放大器被集成在一起(图2)。在另一个系统(型号为TG200)中,放大器是一个独立的模块,这样,对于低频段和高频段的特定分析仪,可以使用不同的混频器(图3)。前者工作频段为500kHz到2.6GHz,并且它的第一高频扩展段范围为2.0到4.5GHz。后者对于低频段(到2.6GHz)使用一个混频器,而对于第一高频扩展段(到6GHz)使用另一个混频器。两个系统的最佳输入功率均为0dBm。对于许多分析仪,增加一个第一LO倍频器和适当的混频器,就可以工作到第二高频扩展段,对于许多仪器来说,该频段都在10GHz以上。

  图4给出第二种跟踪信号发生器系统,其中使用来自安捷伦公司的HP8566A/B频谱分析仪。该信号发生器配置能够覆盖频谱分析仪的第一频段(直流到2.5GHz)。该仪器在低频段的第一IF是3621.4MHz,而信号发生器在该频率上的功率大约为+6dBm。在在这种配置中,信号发生器输入混频器的射频(R)端口,第一LO的采样输入到本振(L)端口,中频(I)端口中包含由混频产生的差信号,即跟踪信号发生器输出信号。混频的和产品也加到DUT的输入端,但是其频率为2×(3621.4MHz)=7242.8MHz或者更高。I端口的3dB衰减器改进了从DUT往跟踪信号发生器看回去的电压驻波比。6dB衰减器把从HP8566来得的LO信号功率降到更适合于跟踪信号发生器的0dBm。

  利用该测试配置来进行测量,被测部件(DUT)为一段直通传输线(图5),频率范围从直流到2.5GHz。把分辨带宽滤波器手动设定为3kHz,并手动设置视频带宽和扫描时间,此时,未经校准的结果显示,从低端到高端有大约7dB的衰减(滚降)。当在分析仪输入和跟踪信号发生器输出用50?终端取代直通线被测部件时,可以在超过80dB的动态范围上(图6)看到噪声基底。从分析仪结果中减去(从图形上)图1中直通线相应的衰减。在视频相减的结果是,连接直通线时出现平坦的踪迹。因为纠正是通过视频存储[VIDMEM_A-(VIDMEM_BdL)]完成的,由于滚降,高端的噪声基底将升高,因此使用3kHz的RBW、3621.4MHz频率的信号功率为+8dBm、10dB内部衰减以及I端口3dB衰减器,就能够实现大约80dB的动态范围。

  频谱分析仪分辨带宽(RBW)的选择主要由信号发生器的品质来决定。对于不稳定的信号源,比如非锁相腔体信号发生器,可用的最窄的RBW滤波器大概为100kHz。而相对稳定的信号源允许使用窄带RBW滤波器。当然,随着RBW滤波器频带的加宽,系统的基底噪声也将增加,而动态范围将会下降。

  低频带跟踪信号发生器系统可用来测量中心频率为1445MHz(图7)的带通滤波器。开始频率为1345MHz,截止频率为1545MHz。纵坐标刻度为10dB/div,分析仪的衰减设定为10dB,1s的扫频周期,10kHz的RBW和3kHzVBW。在扫描开始前,通过运用图像减法来去除跟踪发生振荡器输出线的变化来设定基准线。

  图8所示,TG200被设置来为HP8566光谱分析仪第一扩展高频带提供跟踪发生器扫描信号。对于该高频带测量,混频器的端口1与信号发生器连接。对应于全频带(2到22GHz)分析仪的第一IF端的频率均为321.4MHz(信号发生器被调谐在此频率)。此时,混频器的R端口包含了有效的跟踪发生器信号以及有害的镜像。分析仪输入端的YIG跟踪滤波器可以有效的消除这种有害的镜像信号。

  图9所示的为TG100系统,用于HP8568A/B光谱分析仪(直流到1.5GHz)低频段测量。对于固定的第二LO而言,分析仪的第一IF端额定工作频率为2050.300MHz(信号发生器调谐在该频率),不过第二LO具有一定量的扫描范围,此时该范围小于2MHz。可通过使用“SHIFTT”指令序列来禁用第二LO端口信号的该扫描功能,并不影响跟踪信号发生器的性能。这时,就使得分析仪工作在:只有第一LO端口扫频和第一IF端口信号固定的模式下了。端接50负载时,结果显示该测试装置的动态范围大约为90dB。

  当对频率变换装置(比如混频器)进行扫描分析时,大多数现有的跟踪发生振荡器和网络分析仪都不允许对输入信号加偏置。但使用TG100/200系统可以进行这样的测量,条件是被测部件(DUT)引入的频率偏置不超过频谱分析仪第一IF的限制。通过在与TG100/200系统相连接的信号发生器上输入偏置补偿信号,就可以对频率变换型被测部件进行扫频分析。

  比如,利用TG100模块和HP8566来对一个下变频器进行扫描分析(图10)。通常,为了在第一频带应用TG100和HP8566,信号发生器频率设置为3621.4MHz。但由于本例中的DUT使用了一个LO频率为232.6MHz的混频器,所以必须对信号进行偏置补偿,否则跟踪发生振荡器的输出信号将是错误的。解决办法是:设置信号发生器的偏置补偿频率为232.6MHz,使得信号发生器的输出频率为3388.8MHz。这样,跟踪发生振荡器就输出可以补偿DUT内部频率偏置的正确频率。

关键字:跟踪  信号  本振  放大器  输出  采样  扫描  数字  滤波器

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2008/0523/article_133.html
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