信號發(fā)生器的校準是確保其輸出信號（如頻率、幅度、相位等）符合技術指標的關鍵過程，通常需使用高精度標準設備（如頻率計、功率計、示波器）進行比對測量，并通過調整內部參數或硬件修正誤差。以下是信號發(fā)生器校準的詳細步驟、關鍵指標、工具選擇及注意事項：
一、校準前準備：明確需求與工具
1. 確定校準項目
根據信號發(fā)生器的應用場景（如通信測試、雷達研發(fā)、計量檢定）選擇核心校準參數：
- 基礎參數：頻率準確度、幅度平坦度、輸出阻抗。
- 動態(tài)參數：頻率切換時間、幅度調制深度、相位噪聲。
- 特殊功能：脈沖調制、IQ調制、噪聲源輸出（如ENR校準）。
- 案例：5G NR測試需重點校準頻率范圍（如n78頻段3.3-3.8GHz）、幅度線性度（±0.5dB）和相位噪聲（<-120dBc/Hz@1kHz）。
2. 選擇校準工具
需使用比被校設備精度高10倍以上的標準儀器：
- 頻率校準：銣原子鐘（如FS725，頻率穩(wěn)定度<1×10?11/月）或GPS馴服頻率源（如PRS10，短期穩(wěn)定度<5×10?12@1s）。
- 幅度校準：功率計（如E4418B，動態(tài)范圍-70dBm至+20dBm）或熱敏電阻功率探頭（如8481H，不確定度<±0.02dB）。
- 相位校準：相位噪聲測試系統(tǒng)（如E5052B，相位噪聲測量靈敏度<-170dBc/Hz@10kHz）。
- 輔助工具：同軸電纜（如RG402，衰減<0.5dB/m@1GHz）、校準夾具（如N型轉SMA適配器，VSWR<1.1:1）。
二、校準步驟：分參數逐項修正
1. 頻率校準
目標：修正輸出頻率與標稱值的偏差（如標稱1GHz，實際輸出1.000001GHz）。
步驟：
- 連接設備：將信號發(fā)生器的RF輸出通過同軸電纜連接至頻率計（如53230A，分辨率0.1mHz）。
- 設置信號：輸出標稱頻率（如1GHz），功率0dBm，連續(xù)波（CW）模式。
- 測量誤差：記錄頻率計讀數（如1.000001GHz），計算偏差Δf=1kHz。
- 修正方法：
- 軟件修正：通過GPIB/LAN接口發(fā)送SCPI命令（如
FREQ:CORR 1kHz）調整頻率偏移。 - 硬件修正：若偏差超過軟件修正范圍（如±10ppm），需更換參考晶振（如OCXO，老化率<1×10??/天）。
- 驗證：重復測量3次，取平均值，確保偏差<±0.5ppm（如1GHz時偏差<500Hz）。
2. 幅度校準
目標：修正輸出功率與標稱值的偏差（如標稱0dBm，實際輸出-0.2dBm）。
步驟：
- 連接設備：信號發(fā)生器RF輸出→功率計（如E4418B）→匹配負載（如50Ω終端）。
- 設置信號：輸出標稱頻率（如1GHz），標稱功率（如0dBm），CW模式。
- 測量誤差：記錄功率計讀數（如-0.2dBm），計算偏差ΔP=0.2dB。
- 修正方法：
- 軟件修正：通過SCPI命令（如
POW:CORR 0.2dB）調整功率偏移。 - 硬件修正：若偏差超過軟件修正范圍（如±2dB），需校準功率放大器（PA）的增益控制電壓（如調整DAC輸出碼值）。
- 驗證：在-70dBm至+20dBm范圍內，以10dB步進測量，確保幅度平坦度<±0.5dB（如1GHz時，-30dBm輸出偏差<0.3dB）。
3. 相位噪聲校準
目標：降低輸出信號的短期相位波動（如1GHz信號在1kHz偏移處相位噪聲<-120dBc/Hz）。
步驟：
- 連接設備：信號發(fā)生器RF輸出→相位噪聲測試系統(tǒng)（如E5052B）→低噪聲放大器（如LNA，增益40dB）。
- 設置信號：輸出標稱頻率（如1GHz），功率0dBm，CW模式。
- 測量相位噪聲：在1kHz偏移處記錄相位噪聲值（如-118dBc/Hz）。
- 修正方法：
- 優(yōu)化鎖相環(huán)（PLL）：調整PLL環(huán)路濾波器參數（如帶寬從100kHz降至50kHz），降低環(huán)路噪聲。
- 更換參考源：若相位噪聲超標（如>-115dBc/Hz@1kHz），需更換低相位噪聲OCXO（如±0.001ppm，相位噪聲<-150dBc/Hz@1kHz）。
- 驗證：在100Hz至1MHz偏移范圍內測量，確保相位噪聲符合指標（如1GHz時，1kHz偏移處<-120dBc/Hz）。
三、校準后處理：數據記錄與報告
1. 生成校準證書
記錄校準日期、環(huán)境條件（如溫度23℃±1℃，濕度50%±10%）、校準項目、測量數據、修正方法及結果（如頻率偏差<±0.5ppm，幅度平坦度<±0.5dB）。
案例：某計量實驗室的校準證書模板：
設備型號：Keysight E8257D校準日期：2024-05-20環(huán)境條件：T=23.2℃, RH=48%校準項目：頻率準確度（1GHz）測量值：1.0000005GHz修正值：+0.5Hz結果：偏差<±0.5ppm（符合指標）
2. 更新設備檔案
將校準證書存入設備檔案，并標記下次校準周期（通常為1年，關鍵設備可縮短至6個月）。
案例：某5G測試實驗室對Rohde & Schwarz SMW200A的校準周期管理：
- 常規(guī)測試：1年校準1次。
- 計量檢定：6個月校準1次（需通過CNAS認可的實驗室）。
- 故障維修后：立即校準。
四、校準注意事項：避免常見錯誤
- 環(huán)境干擾：校準過程中需遠離強電磁場（如手機、微波爐），避免空間耦合干擾。
- 案例：某實驗室在未屏蔽環(huán)境下校準信號發(fā)生器，發(fā)現(xiàn)1GHz信號相位噪聲測量值比屏蔽室內高5dBc/Hz，原因是手機信號耦合。
- 工具精度：校準工具的精度需高于被校設備，否則會引入系統(tǒng)誤差。
- 案例：使用不確定度±0.1dB的功率計校準不確定度±0.05dB的信號發(fā)生器，會導致幅度校準結果不可信。
- 連接損耗：同軸電纜、適配器的損耗需計入測量結果。
- 案例：某工程師未考慮0.3dB的電纜損耗，導致信號發(fā)生器幅度校準后實際輸出比標稱值低0.3dB。
- 軟件版本：校準前需更新信號發(fā)生器的固件至最新版本，避免已知軟件缺陷影響校準。
- 案例：某型號信號發(fā)生器在舊固件中存在頻率偏移計算錯誤，更新至V2.1后問題解決。
五、總結：信號發(fā)生器校準的“四步法”
- 準備階段：明確校準項目，選擇高精度標準工具（如銣鐘+功率計+相位噪聲測試系統(tǒng)）。
- 分項校準：按頻率、幅度、相位噪聲等參數逐項測量并修正（如軟件調整偏移或硬件更換晶振）。
- 驗證與記錄：重復測量確保結果穩(wěn)定，生成校準證書并更新設備檔案。
- 環(huán)境與工具管理：控制校準環(huán)境干擾，定期檢定校準工具精度。
通過上述流程，可確保信號發(fā)生器在關鍵測試（如5G NR、雷達、衛(wèi)星通信）中的輸出精度，滿足國際標準（如3GPP、IEEE）的嚴格要求。
