測量信號發(fā)生器的頻譜純度是評估其輸出信號質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，主要關(guān)注相位噪聲（Phase Noise）、雜散信號（Spurious Signals）和諧波失真（Harmonic Distortion）等指標。以下是詳細的測量方法、工具及操作步驟：

一、核心測量指標

1. 相位噪聲（Phase Noise）
   • 定義：信號頻率的短期隨機波動，表現(xiàn)為頻譜中主信號兩側(cè)的“裙邊”噪聲。
   • 影響：降低雷達分辨率、通信系統(tǒng)誤碼率（BER）和時鐘同步精度。
   • 典型規(guī)格：在10kHz頻偏處，高端信號發(fā)生器相位噪聲可達-140dBc/Hz。
2. 雜散信號（Spurious Signals）
   • 定義：主信號頻點外非諧波相關(guān)的離散頻率分量，通常由電源噪聲、數(shù)字電路干擾或機械振動引入。
   • 影響：在接收機測試中可能掩蓋弱信號，導(dǎo)致靈敏度測試失效。
   • 典型規(guī)格：雜散抑制比（Spurious Suppression）通常要求＞70dBc（相對于主信號）。
3. 諧波失真（Harmonic Distortion）
   • 定義：主信號頻率整數(shù)倍（2f?, 3f?…）處的信號分量，由非線性放大器或混頻器產(chǎn)生。
   • 影響：在多頻系統(tǒng)（如5G NR）中可能引發(fā)互調(diào)干擾。
   • 典型規(guī)格：二次諧波抑制比（2nd Harmonic Suppression）通常要求＞40dBc。

二、測量工具與設(shè)備

三、分步測量方法

1. 相位噪聲測量

方法一：直接頻譜法（適用于頻偏＞1kHz）

1. 連接設(shè)備：將信號發(fā)生器輸出通過同軸電纜連接至頻譜分析儀射頻輸入端。
2. 設(shè)置參數(shù)：
   • 中心頻率（Center Frequency）：設(shè)為信號發(fā)生器輸出頻率（如1GHz）。
   • 分辨率帶寬（RBW）：設(shè)為頻偏的1/10（如測量10kHz頻偏時，RBW=1kHz）。
   • 掃描時間（Sweep Time）：自動或手動調(diào)整至穩(wěn)定顯示頻譜。
3. 讀取數(shù)據(jù)：在頻偏Δf（如10kHz）處測量相位噪聲電平（單位：dBc/Hz）。
   • 示例：若頻譜分析儀顯示1GHz信號在10kHz頻偏處的噪聲電平為-135dBm，而主信號功率為+10dBm，則相位噪聲為-145dBc/Hz（需扣除主信號功率）。

方法二：交叉相關(guān)法（適用于低頻偏＜1kHz）

1. 連接設(shè)備：使用相位噪聲測試系統(tǒng)（如Keysight E5052B），將信號發(fā)生器輸出同時接入兩個獨立通道。
2. 交叉相關(guān)處理：系統(tǒng)通過交叉相關(guān)算法抑制儀器本底噪聲，提升低頻偏測量精度。
3. 讀取數(shù)據(jù)：直接獲取相位噪聲曲線（如1Hz頻偏處相位噪聲為-120dBc/Hz）。

2. 雜散信號測量

1. 連接設(shè)備：信號發(fā)生器→（可選LNA）→頻譜分析儀。
2. 設(shè)置參數(shù)：
   • 頻寬（Span）：設(shè)為信號頻率的20%（如1GHz信號設(shè)為200MHz）。
   • 參考電平（Ref Level）：略高于主信號功率（如+15dBm）。
   • 衰減器（Attenuator）：自動或手動調(diào)整，避免輸入過載。
3. 掃描與標記：
   • 啟用“Max Hold”功能捕獲瞬態(tài)雜散。
   • 使用標記功能（Marker）測量各雜散分量相對于主信號的電平（如-80dBc）。
4. 判斷標準：若雜散抑制比＜規(guī)格書要求（如＜70dBc），則需檢查信號發(fā)生器電源濾波或屏蔽設(shè)計。

3. 諧波失真測量

1. 連接設(shè)備：信號發(fā)生器→頻譜分析儀（無需LNA，因諧波功率較高）。
2. 設(shè)置參數(shù)：
   • 頻寬（Span）：設(shè)為3~5倍主信號頻率（如1GHz信號設(shè)為5GHz）。
   • 分辨率帶寬（RBW）：設(shè)為1kHz~10kHz（平衡速度與精度）。
3. 測量諧波：
   • 標記二次諧波（2f?=2GHz）和三次諧波（3f?=3GHz）。
   • 讀取諧波電平（如二次諧波為-50dBm，主信號為+10dBm，則抑制比為-60dBc）。
4. 優(yōu)化建議：若諧波抑制比不足，可在信號發(fā)生器輸出端添加低通濾波器（LPF）。

四、關(guān)鍵注意事項

1. 動態(tài)范圍限制：
   • 頻譜分析儀動態(tài)范圍不足時，主信號可能掩蓋低電平雜散。解決方案：
     • 使用輸入衰減器降低主信號功率。
     • 插入帶通濾波器抑制主信號能量（如中心頻率1GHz，帶寬100MHz）。
     • 啟用頻譜分析儀的“Noise Floor Extension”功能（如Keysight N9040B）。
2. 校準與補償：
   • 測量前需對頻譜分析儀進行頻率響應(yīng)校準（Frequency Response Calibration），消除儀器本身頻響誤差。
   • 若使用LNA，需扣除其增益（如LNA增益為30dB，測量雜散電平為-50dBm，則實際雜散電平為-80dBm）。
3. 環(huán)境干擾抑制：
   • 避免在無線通信基站附近測量，防止外部信號干擾。
   • 使用屏蔽電纜（如雙絞線或同軸電纜）連接設(shè)備，減少輻射耦合。

五、典型測試案例

案例：測量1GHz信號發(fā)生器的相位噪聲

1. 設(shè)備：Keysight E8267D信號發(fā)生器、R&S FSW頻譜分析儀。
2. 步驟：
   • 設(shè)置信號發(fā)生器輸出1GHz，+10dBm。
   • 連接FSW，設(shè)置中心頻率1GHz，RBW=1kHz，Span=100kHz。
   • 在10kHz頻偏處讀取噪聲電平為-138dBm，扣除主信號功率后相位噪聲為-148dBc/Hz。
3. 結(jié)果分析：優(yōu)于設(shè)備規(guī)格書要求的-140dBc/Hz（10kHz頻偏處），表明信號發(fā)生器相位噪聲性能達標。

總結(jié)

• 相位噪聲：優(yōu)先使用交叉相關(guān)法測量低頻偏，直接頻譜法適用于高頻偏。
• 雜散信號：通過頻寬掃描和標記功能定位離散分量，結(jié)合濾波器提升動態(tài)范圍。
• 諧波失真：擴大頻寬捕獲高次諧波，使用低通濾波器優(yōu)化抑制比。
• 關(guān)鍵工具：頻譜分析儀是核心設(shè)備，相位噪聲測試系統(tǒng)可提升低頻偏測量精度。
• 環(huán)境控制：避免外部干擾，確保校準有效性，以獲得準確可靠的測量結(jié)果。