在信號發(fā)生器中模擬掃頻模式下的噪聲，需結(jié)合噪聲生成、掃頻控制及頻譜整形技術(shù)，以實現(xiàn)噪聲功率隨頻率變化的動態(tài)特性。以下是具體實現(xiàn)方法及關(guān)鍵步驟：

一、掃頻噪聲的核心需求

掃頻噪聲（Swept Noise）是指噪聲的功率譜密度（PSD）或中心頻率隨時間線性或非線性變化的信號，常用于測試：

• 接收機(jī)動態(tài)范圍：驗證接收機(jī)在不同頻率點的抗噪聲能力。
• 濾波器頻率響應(yīng)：測試濾波器在掃頻過程中的帶內(nèi)/帶外抑制特性。
• 雷達(dá)與通信系統(tǒng)：模擬干擾信號的頻率變化特性。

二、信號發(fā)生器模擬掃頻噪聲的兩種方法

方法1：基于內(nèi)部噪聲源+掃頻控制（推薦）

適用場景：高端信號發(fā)生器（如Keysight MXG系列、Rohde & Schwarz SMW200A）支持內(nèi)部噪聲生成與掃頻功能。
實現(xiàn)步驟：

1. 選擇噪聲類型：
   • 在信號發(fā)生器菜單中選擇“Noise”或“AWGN”（加性高斯白噪聲）模式。
   • 設(shè)置噪聲的初始PSD（如-70 dBm/Hz）和帶寬（如10 MHz）。
2. 啟用掃頻功能：
   • 進(jìn)入“Sweep”或“Frequency Sweep”菜單，選擇掃頻模式（線性/對數(shù)/列表掃頻）。
   • 設(shè)置掃頻參數(shù)：
     • 起始頻率（fstart）：如1 GHz。
     • 終止頻率（fstop）：如2 GHz。
     • 掃頻時間（Tsweep）：如10 ms。
     • 掃頻方向：上升/下降/雙向。
3. 動態(tài)調(diào)整噪聲功率：
   • 關(guān)鍵操作：將噪聲的PSD或總功率與掃頻頻率關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)功率隨頻率變化。
     • 線性關(guān)系：P(f)=P0+k?(f?f0)，其中P0為基準(zhǔn)功率，k為斜率。
     • 對數(shù)關(guān)系：P(f)=P0+10log10(f/f0)。
   • 信號發(fā)生器設(shè)置：
     • 在Keysight MXG中，通過“Power vs Frequency”表格定義功率隨頻率的變化曲線。
     • 在R&S SMW200A中，使用“Arbitrary Power Sweep”功能上傳自定義功率曲線。
4. 驗證與校準(zhǔn)：
   • 使用頻譜分析儀（如Keysight N9020B）觀察噪聲的掃頻軌跡，確保功率隨頻率變化符合預(yù)期。
   • 示例：若設(shè)置噪聲PSD在1 GHz時為-70 dBm/Hz，在2 GHz時為-65 dBm/Hz，頻譜分析儀應(yīng)顯示PSD隨頻率線性上升。

方法2：基于外部ARB（任意波形發(fā)生器）+ 掃頻控制

適用場景：信號發(fā)生器不支持內(nèi)部噪聲掃頻，但具備ARB功能（如Tektronix AWG70000系列）。
實現(xiàn)步驟：

1. 生成噪聲波形：
   • 使用MATLAB或LabVIEW生成高斯白噪聲的時域樣本（采樣率需滿足奈奎斯特準(zhǔn)則）。
   • 示例：生成10 Msps、16-bit精度的噪聲樣本，時長10 ms（對應(yīng)100k點）。
2. 設(shè)計掃頻邏輯：
   • 在ARB內(nèi)存中分段存儲不同頻率點的噪聲樣本，或通過實時計算調(diào)整噪聲的頻率特性。
   • 方法A：分段存儲：
     • 將掃頻范圍（如1 GHz~2 GHz）劃分為N段，每段生成對應(yīng)頻率的噪聲樣本。
     • 缺點：頻率分辨率受ARB內(nèi)存限制。
   • 方法B：實時調(diào)制：

     • 使用ARB的實時I/Q調(diào)制功能，將噪聲基帶信號與掃頻載波（f(t)）混頻：

其中$n(t)$為噪聲基帶信號，$f(t)$為掃頻頻率函數(shù)。

3. 上傳ARB波形：

• 將生成的噪聲波形上傳至信號發(fā)生器的ARB內(nèi)存。
• 設(shè)置ARB播放模式為“Continuous”或“Single Sweep”，并觸發(fā)掃頻。

4. 同步控制：
   • 使用外部觸發(fā)信號（如TTL脈沖）同步掃頻起始時間，確保噪聲與掃頻載波同步。
   • 示例：通過GPIB或LAN接口發(fā)送SCPI命令（如FREQ:SWEEP:STATE ON）啟動掃頻。

三、關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)

1. 噪聲的頻譜整形

• 目標(biāo)：確保噪聲在掃頻過程中保持平坦的PSD（或按預(yù)設(shè)曲線變化）。
• 方法：
  • 頻域濾波：在ARB波形生成階段，對噪聲樣本進(jìn)行頻域濾波（如FFT→窗函數(shù)→IFFT），抑制帶外分量。
  • 時域加窗：應(yīng)用漢寧窗或平頂窗減少頻譜泄漏。
  • 示例：在MATLAB中，使用pwelch函數(shù)驗證噪聲的PSD平坦度。

2. 掃頻速度與噪聲帶寬的權(quán)衡

• 問題：掃頻速度過快可能導(dǎo)致噪聲帶寬內(nèi)功率分布不均。
• 解決方案：

  • 根據(jù)掃頻時間（Tsweep）和噪聲帶寬（B）滿足：

例如，噪聲帶寬為10 MHz時，掃頻時間應(yīng)遠(yuǎn)大于100 ns（實際建議≥1 μs）。

• 若需高速掃頻，可降低噪聲帶寬或使用分段掃頻策略。

3. 相位連續(xù)性控制

• 問題：掃頻過程中噪聲相位突變會導(dǎo)致頻譜展寬。
• 解決方案：
  • 在ARB波形生成時，確保相鄰頻段的噪聲相位連續(xù)（如通過相位累積算法）。
  • 在信號發(fā)生器中啟用“Phase Continuous Sweep”模式（如Keysight MXG支持此功能）。

四、實際應(yīng)用案例

案例1：測試?yán)走_(dá)接收機(jī)的抗噪聲能力

• 需求：模擬噪聲功率從1 GHz到2 GHz線性上升（從-80 dBm/Hz到-60 dBm/Hz）的干擾信號。
• 實現(xiàn)：
  1. 使用Keysight MXG設(shè)置噪聲初始PSD為-80 dBm/Hz，帶寬10 MHz。
  2. 啟用線性掃頻，頻率范圍1 GHz~2 GHz，時間100 ms。
  3. 在“Power vs Frequency”表格中定義功率曲線：

     
     

     Frequency (GHz)	Power (dBm/Hz)
     1.0	-80
     1.5	-70
     2.0	-60

     
     

  4. 通過頻譜分析儀驗證噪聲PSD隨頻率線性上升。

案例2：測試SAW濾波器的動態(tài)響應(yīng)

• 需求：模擬噪聲中心頻率從900 MHz掃頻至950 MHz（對數(shù)掃頻），同時保持PSD恒定（-75 dBm/Hz）。
• 實現(xiàn)：
  1. 使用R&S SMW200A生成AWGN噪聲，PSD設(shè)為-75 dBm/Hz，帶寬5 MHz。
  2. 啟用對數(shù)掃頻，頻率范圍900 MHz~950 MHz，時間10 ms。
  3. 通過“Arbitrary Power Sweep”功能上傳恒定功率曲線（確保PSD不隨頻率變化）。
  4. 使用網(wǎng)絡(luò)分析儀觀察SAW濾波器的插入損耗隨頻率的變化。

五、常見問題與解決方案

1. 問題1：掃頻噪聲的PSD不平坦
   • 原因：噪聲生成算法缺陷或掃頻速度過快。
   • 解決：
     • 優(yōu)化噪聲生成算法（如增加FFT點數(shù)）。
     • 降低掃頻速度或減小噪聲帶寬。
2. 問題2：掃頻過程中噪聲功率跳變
   • 原因：功率曲線定義不連續(xù)或信號發(fā)生器功率步進(jìn)過大。
   • 解決：
     • 在功率曲線中增加中間點（如每10 MHz定義一個功率值）。
     • 在信號發(fā)生器中設(shè)置更小的功率步進(jìn)（如0.1 dB）。
3. 問題3：ARB波形存儲空間不足
   • 原因：高分辨率噪聲樣本或過多頻段導(dǎo)致內(nèi)存溢出。
   • 解決：
     • 降低噪聲樣本的采樣率或量化位數(shù)（如從16-bit降至12-bit）。
     • 使用壓縮算法（如CQF）減少波形數(shù)據(jù)量。

六、總結(jié)

信號發(fā)生器模擬掃頻噪聲的核心步驟為：

1. 選擇噪聲類型（AWGN/帶限噪聲）。
2. 配置掃頻參數(shù)（頻率范圍、時間、模式）。
3. 動態(tài)調(diào)整功率（線性/對數(shù)/自定義曲線）。
4. 驗證與校準(zhǔn)（頻譜分析儀+功率計）。

通過合理設(shè)置參數(shù)并解決相位連續(xù)性、頻譜整形等關(guān)鍵問題，可實現(xiàn)高精度的掃頻噪聲模擬，滿足無線通信、雷達(dá)等系統(tǒng)的測試需求。