測(cè)量信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)純度是評(píng)估其性能的核心指標(biāo)，主要關(guān)注信號(hào)中非期望成分（如諧波、雜散、相位噪聲等）的抑制程度。信號(hào)純度直接影響通信、雷達(dá)、測(cè)試測(cè)量等系統(tǒng)的性能，例如在5G通信中，信號(hào)純度不足會(huì)導(dǎo)致誤碼率上升；在雷達(dá)系統(tǒng)中，雜散信號(hào)可能引發(fā)虛假目標(biāo)檢測(cè)。以下是系統(tǒng)化的測(cè)量方法及關(guān)鍵步驟：

一、信號(hào)純度的核心指標(biāo)

信號(hào)純度通常通過(guò)以下參數(shù)量化，需根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇關(guān)鍵指標(biāo)：

二、測(cè)量方法與工具

1. 諧波失真測(cè)量

工具：頻譜分析儀（Spectrum Analyzer, SA）或信號(hào)分析儀（Signal Analyzer）。
步驟：

1. 連接設(shè)備：將信號(hào)發(fā)生器輸出通過(guò)衰減器（保護(hù)頻譜儀輸入端口）連接至頻譜儀。
2. 設(shè)置參數(shù)：
   • 中心頻率：設(shè)為基波頻率（如1GHz）。
   • 分辨率帶寬（RBW）：設(shè)為基波頻率的1%（如10MHz @1GHz），以平衡測(cè)量速度與精度。
   • 掃描時(shí)間：自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)整至顯示完整諧波（通常需掃描至3~5倍基波頻率）。
3. 讀取數(shù)據(jù)：
   • 標(biāo)記基波幅度（Afund）和各次諧波幅度（Aharmonic）。
   • 計(jì)算諧波失真：HDn=20log10(AfundAharmonic)，其中n為諧波次數(shù)。
4. 優(yōu)化技巧：
   • 使用預(yù)放大器提升小信號(hào)諧波的測(cè)量靈敏度。
   • 關(guān)閉頻譜儀的“平均”功能以觀察瞬態(tài)諧波。

案例：測(cè)量1GHz信號(hào)發(fā)生器的二次諧波（2GHz），若基波幅度為0dBm，二次諧波幅度為-60dBm，則諧波失真為-60dBc。

2. 雜散信號(hào)測(cè)量

工具：頻譜分析儀或信號(hào)分析儀。
步驟：

1. 連接設(shè)備：同諧波失真測(cè)量。
2. 設(shè)置參數(shù)：
   • 中心頻率：設(shè)為基波頻率。
   • 分辨率帶寬（RBW）：設(shè)為1kHz~10kHz（根據(jù)雜散信號(hào)帶寬調(diào)整）。
   • 掃描范圍：覆蓋信號(hào)發(fā)生器的工作頻段（如100kHz~40GHz）。
3. 讀取數(shù)據(jù)：
   • 標(biāo)記基波幅度和所有雜散信號(hào)幅度。
   • 計(jì)算雜散抑制比：Spurious Rejection=20log10(AspuriousAfund)。
4. 優(yōu)化技巧：
   • 使用“最大保持”模式捕捉瞬態(tài)雜散。
   • 在暗室中測(cè)量以避免環(huán)境雜散干擾。

案例：在1GHz信號(hào)中，若基波幅度為0dBm，1.001GHz處雜散幅度為-80dBm，則雜散抑制比為-80dBc。

3. 相位噪聲測(cè)量

工具：相位噪聲測(cè)試系統(tǒng)（如Agilent E5500系列）或信號(hào)分析儀（帶相位噪聲測(cè)量選件）。
方法：

• 直接頻譜法（適用于低偏移頻率，如<1MHz）：

  1. 連接信號(hào)發(fā)生器至頻譜儀，設(shè)置中心頻率為基波頻率。

  2. 調(diào)整分辨率帶寬（RBW）至偏移頻率的1/10（如測(cè)量10kHz偏移時(shí)，RBW=1kHz）。

  3. 讀取偏移頻率處的噪聲密度（dBm/Hz），轉(zhuǎn)換為相位噪聲：

其中$ P_{text{fund}} $為基波功率（dBm）。

• 互相關(guān)法（適用于高精度測(cè)量，如<-150dBc/Hz）：
  1. 使用兩臺(tái)獨(dú)立信號(hào)發(fā)生器或一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器分兩路輸出。
  2. 通過(guò)混頻器將兩路信號(hào)下變頻至中頻（IF），測(cè)量IF信號(hào)的相位差。
  3. 多次互相關(guān)平均以抑制噪聲，提升測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。

案例：測(cè)量1GHz信號(hào)發(fā)生器在10kHz偏移處的相位噪聲，若頻譜儀顯示噪聲密度為-130dBm/Hz，RBW=1kHz，基波功率=0dBm，則相位噪聲為：

4. 幅度噪聲測(cè)量

工具：動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀（DSA）或示波器（帶FFT功能）。
步驟：

1. 連接信號(hào)發(fā)生器至分析儀，設(shè)置輸入范圍覆蓋信號(hào)幅度。

2. 采集時(shí)間域信號(hào)（采樣率≥5倍信號(hào)頻率，時(shí)長(zhǎng)≥1ms）。

3. 執(zhí)行FFT變換，觀察幅度噪聲的頻譜分布。

4. 計(jì)算幅度噪聲的RMS值：

其中Ai為采樣點(diǎn)幅度，Aˉ為平均幅度。

案例：若1V峰峰值的正弦波在1秒內(nèi)采樣1000點(diǎn)，幅度噪聲RMS值為1mV，則幅度噪聲為0.1dB（20log10(1.001)≈0.0087dB，需根據(jù)實(shí)際定義調(diào)整）。

三、關(guān)鍵注意事項(xiàng)

1. 校準(zhǔn)與補(bǔ)償：
   • 測(cè)量前校準(zhǔn)頻譜儀/分析儀的幅度和頻率響應(yīng)。
   • 使用參考信號(hào)（如銣鐘）補(bǔ)償測(cè)試系統(tǒng)的相位噪聲。
2. 環(huán)境控制：
   • 在恒溫實(shí)驗(yàn)室（±0.5℃）中測(cè)量以減少溫度漂移影響。
   • 屏蔽測(cè)試系統(tǒng)以避免電磁干擾（EMI）。
3. 動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)化：
   • 使用衰減器避免頻譜儀輸入飽和。
   • 調(diào)整參考電平以覆蓋信號(hào)幅度范圍。
4. 數(shù)據(jù)驗(yàn)證：

   • 重復(fù)測(cè)量3次以上，取平均值以減少隨機(jī)誤差。

   • 對(duì)比不同工具（如頻譜儀與相位噪聲測(cè)試系統(tǒng)）的測(cè)量結(jié)果。

四、總結(jié)

測(cè)量信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)純度需結(jié)合頻域（諧波、雜散、相位噪聲）和時(shí)域（幅度噪聲）分析，核心步驟如下：

1. 明確指標(biāo)：根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇關(guān)鍵參數(shù)（如通信系統(tǒng)側(cè)重相位噪聲，測(cè)試系統(tǒng)側(cè)重諧波失真）。
2. 選擇工具：頻譜分析儀（通用測(cè)量）、相位噪聲測(cè)試系統(tǒng)（高精度相位噪聲）、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀（幅度噪聲）。
3. 優(yōu)化設(shè)置：調(diào)整分辨率帶寬、掃描范圍、參考電平等參數(shù)以平衡精度與速度。
4. 數(shù)據(jù)處理：計(jì)算dBc、dBc/Hz等指標(biāo)，驗(yàn)證重復(fù)性與一致性。

實(shí)際應(yīng)用中，建議參考信號(hào)發(fā)生器的技術(shù)手冊(cè)（如Keysight 33600A系列用戶指南）中的測(cè)試方法，并結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如IEEE 1139-2008相位噪聲定義）確保測(cè)量合規(guī)性。