利用跟蹤信號發(fā)生器增強頻譜分析能力

　　圖1給出了一個常見的具有跟蹤源功能的RF頻譜分析結(jié)構(gòu)，在這個結(jié)構(gòu)中，跟蹤信號發(fā)生器由一個混頻器、放大器和設(shè)定在第一個固定中頻(IF)的RF信號發(fā)生器實現(xiàn)。對于這種方案，只有在分析儀掃描第一本振(LO)時，才能實現(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)或者實驗中獲得)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。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，混頻器的輸出將包含一個頻譜成分，該成分剛好是分析儀在掃描中的那一點調(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，它可以實現(xiàn)好的LO驅(qū)動電平。設(shè)計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)。在另一個系統(tǒng)(型號為TG200)中，放大器是一個獨立的模塊，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展段范圍為2.0到4.5GHz。后者對于低頻段(到2.6GHz)使用一個混頻器，而對于第一高頻擴展段(到6GHz)使用另一個混頻器。兩個系統(tǒng)的最佳輸入功率均為0dBm。對于許多分析儀，增加一個第一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間，此時，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，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，連接直通線時出現(xiàn)平坦的蹤跡。因為糾正是通過視頻存儲[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。

　　頻譜分析儀分辨帶寬(RBW)的選擇主要由信號發(fā)生器的品質(zhì)來決定。對于不穩(wěn)定的信號源，比如非鎖相腔體信號發(fā)生器，可用的最窄的RBW濾波器大概為100kHz。而相對穩(wěn)定的信號源允許使用窄帶RBW濾波器。當(dāng)然，隨著RBW濾波器頻帶的加寬，系統(tǒng)的基底噪聲也將增加，而動態(tài)范圍將會下降。

　　低頻帶跟蹤信號發(fā)生器系統(tǒng)可用來測量中心頻率為1445MHz(圖7)的帶通濾波器。開始頻率為1345MHz，截止頻率為1545MHz?？v坐標(biāo)刻度為10dB/div，分析儀的衰減設(shè)定為10dB，1s的掃頻周期，10kHz的RBW和3kHzVBW。在掃描開始前，通過運用圖像減法來去除跟蹤發(fā)生振蕩器輸出線的變化來設(shè)定基準(zhǔn)線。

　　圖8所示，TG200被設(shè)置來為HP8566光譜分析儀第一擴展高頻帶提供跟蹤發(fā)生器掃描信號。對于該高頻帶測量，混頻器的端口1與信號發(fā)生器連接。對應(yīng)于全頻帶(2到22GHz)分析儀的第一IF端的頻率均為321.4MHz(信號發(fā)生器被調(diào)諧在此頻率)。此時，混頻器的R端口包含了有效的跟蹤發(fā)生器信號以及有害的鏡像。分析儀輸入端的YIG跟蹤濾波器可以有效的消除這種有害的鏡像信號。

　　圖9所示的為TG100系統(tǒng)，用于HP8568A/B光譜分析儀(直流到1.5GHz)低頻段測量。對于固定的第二LO而言，分析儀的第一IF端額定工作頻率為2050.300MHz(信號發(fā)生器調(diào)諧在該頻率)，不過第二LO具有一定量的掃描范圍，此時該范圍小于2MHz?？赏ㄟ^使用“SHIFTT”指令序列來禁用第二LO端口信號的該掃描功能，并不影響跟蹤信號發(fā)生器的性能。這時，就使得分析儀工作在：只有第一LO端口掃頻和第一IF端口信號固定的模式下了。端接50負(fù)載時，結(jié)果顯示該測試裝置的動態(tài)范圍大約為90dB。

　　當(dāng)對頻率變換裝置(比如混頻器)進(jìn)行掃描分析時，大多數(shù)現(xiàn)有的跟蹤發(fā)生振蕩器和網(wǎng)絡(luò)分析儀都不允許對輸入信號加偏置。但使用TG100/200系統(tǒng)可以進(jìn)行這樣的測量，條件是被測部件(DUT)引入的頻率偏置不超過頻譜分析儀第一IF的限制。通過在與TG100/200系統(tǒng)相連接的信號發(fā)生器上輸入偏置補償信號，就可以對頻率變換型被測部件進(jìn)行掃頻分析。

　　比如,利用TG100模塊和HP8566來對一個下變頻器進(jìn)行掃描分析(圖10)。通常，為了在第一頻帶應(yīng)用TG100和HP8566，信號發(fā)生器頻率設(shè)置為3621.4MHz。但由于本例中的DUT使用了一個LO頻率為232.6MHz的混頻器，所以必須對信號進(jìn)行偏置補償，否則跟蹤發(fā)生振蕩器的輸出信號將是錯誤的。解決辦法是：設(shè)置信號發(fā)生器的偏置補償頻率為232.6MHz，使得信號發(fā)生器的輸出頻率為3388.8MHz。這樣，跟蹤發(fā)生振蕩器就輸出可以補償DUT內(nèi)部頻率偏置的正確頻率。