利用跟蹤信號發(fā)生器增強(qiáng)頻譜分析能力(一)

很長時(shí)間以來，頻譜分析儀與跟蹤信號發(fā)生器一起，對有源和無源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃頻標(biāo)量頻率響應(yīng)測量。盡管許多頻譜分析儀帶有跟蹤信號發(fā)生器選件，但是大多數(shù)這種信號發(fā)生器只能為分析儀的基本頻帶提供掃頻信號。利用下面的方法還會覆蓋許多頻譜分析儀的第一擴(kuò)展高頻段。另外，也給出了一個(gè)允許對帶有中頻變換的被測部件進(jìn)行掃描的方法。

圖1給出了一個(gè)常見的具有跟蹤源功能的RF頻譜分析結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，跟蹤信號發(fā)生器由一個(gè)混頻器、放大器和設(shè)定在第一個(gè)固定中頻(IF)的RF信號發(fā)生器實(shí)現(xiàn)。對于這種方案，只有在分析儀掃描第一本振(LO)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)頻率掃描。另外，分析儀還必須提供第一本振的輸出采樣。如果分析儀的分辨帶寬(RBW)濾波器(不管是模擬還是數(shù)字)是固定的，而且只掃描第一LO，這種方案才能輸出正確的信號。

在這種配置中，信號發(fā)生器被設(shè)定到所需頻段(這可以從分析儀制造商的數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)中獲得)的第一IF。第一IF可以通過下面的方法來發(fā)現(xiàn)，即使用最寬的分辨帶寬(RBW)濾波器，并調(diào)整信號發(fā)生器直到在分析儀上出現(xiàn)噪聲基底上升時(shí)。通過切換到較窄的RBW，并調(diào)整信號發(fā)生器到最大幅度，可以更加精確地估計(jì)IF值。

當(dāng)分析儀的第一LO信號和信號發(fā)生器第一IF信號混頻時(shí)，混頻器的輸出將包含一個(gè)頻譜成分，該成分剛好是分析儀在掃描中的那一點(diǎn)調(diào)諧到的RF信號(掃描信號發(fā)生器信號)。然后把DUT放到混頻器輸出和分析儀的RF輸入之間。跟蹤信號發(fā)生器信號在掃描過程中會自動掃描，為掃頻標(biāo)量測量描提供一個(gè)完全同步的信號。

盡管將分析儀的LO輸出直接連到混頻器的想法很好，這會給大多數(shù)的分析儀帶來問題。通常，在第一LO輸出口沒有足夠的反向隔離。其結(jié)果，信號發(fā)生器的第一IF信號將會泄漏到分析儀的第一IF級，從而進(jìn)入儀器的第一和后續(xù)的IF級，使得噪聲基底提高。

一個(gè)環(huán)形器能夠增加隔離(大約20dB)，但是會降低送到混頻器的第一LO功率。更好的方法是采用一個(gè)高隔離度的放大器，它能為直到6GHz的頻段提供高達(dá)50dB的隔離。另外，它能夠允許寬帶工作，并在只能得到低功率的第一LO時(shí)，它可以實(shí)現(xiàn)好的LO驅(qū)動電平。設(shè)計(jì)的這種高隔離度放大器的輸入功率為0dBm。

這種改進(jìn)的方法和配置見圖1，它是用DKD公司開發(fā)的兩種跟蹤信號發(fā)生器系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在其中一個(gè)系統(tǒng)(型號為TG100)中，混頻器和高隔離度的放大器被集成在一起(圖2)。在另一個(gè)系統(tǒng)(型號為TG200)中，放大器是一個(gè)獨(dú)立的模塊，這樣，對于低頻段和高頻段的特定分析儀，可以使用不同的混頻器(圖3)。前者工作頻段為500kHz到2.6GHz，并且它的第一高頻擴(kuò)展段范圍為2.0到4.5GHz。后者對于低頻段(到2.6GHz)使用一個(gè)混頻器，而對于第一高頻擴(kuò)展段(到6GHz)使用另一個(gè)混頻器。兩個(gè)系統(tǒng)的最佳輸入功率均為0dBm。對于許多分析儀，增加一個(gè)第一LO倍頻器和適當(dāng)?shù)幕祛l器，就可以工作到第二高頻擴(kuò)展段，對于許多儀器來說，該頻段都在10GHz以上。

圖4給出第二種跟蹤信號發(fā)生器系統(tǒng)，其中使用來自安捷倫公司的HP8566A/B頻譜分析儀。該信號發(fā)生器配置能夠覆蓋頻譜分析儀的第一頻段(直流到2.5GHz)。該儀器在低頻段的第一IF是3621.4MHz，而信號發(fā)生器在該頻率上的功率大約為+6dBm。在在這種配置中，信號發(fā)生器輸入混頻器的射頻(R)端口，第一LO的采樣輸入到本振(L)端口，中頻(I)端口中包含由混頻產(chǎn)生的差信號，即跟蹤信號發(fā)生器輸出信號?；祛l的和產(chǎn)品也加到DUT的輸入端，但是其頻率為2×(3621.4MHz)=7242.8MHz或者更高。I端口的3dB衰減器改進(jìn)了從DUT往跟蹤信號發(fā)生器看回去的電壓駐波比。6dB衰減器把從HP8566來得的LO信號功率降到更適合于跟蹤信號發(fā)生器的0dBm。

利用該測試配置來進(jìn)行測量，被測部件(DUT)為一段直通傳輸線(圖5)，頻率范圍從直流到2.5GHz。把分辨帶寬濾波器手動設(shè)定為3kHz，并手動設(shè)置視頻帶寬和掃描時(shí)間，此時(shí)，未經(jīng)校準(zhǔn)的結(jié)果顯示，從低端到高端有大約7dB的衰減(滾降)。當(dāng)在分析儀輸入和跟蹤信號發(fā)生器輸出用50?終端取代直通線被測部件時(shí)，可以在超過80dB的動態(tài)范圍上(圖6)看到噪聲基底。從分析儀結(jié)果中減去(從圖形上)圖1中直通線相應(yīng)的衰減。在視頻相減的結(jié)果是，連接直通線時(shí)出現(xiàn)平坦的蹤跡。因?yàn)榧m正是通過視頻存儲[VIDMEM_A-(VIDMEM_BdL)]完成的，由于滾降，高端的噪聲基底將升高，因此使用3kHz的RBW、3621.4MHz頻率的信號功率為+8dBm、10dB內(nèi)部衰減以及I端口3dB衰減器，就能夠?qū)崿F(xiàn)大約80dB的動態(tài)范圍。