低頻帶跟蹤信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)在頻譜分析儀中的應(yīng)用

很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，頻譜分析儀與跟蹤信號(hào)發(fā)生器一起，對(duì)有源和無(wú)源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行掃頻標(biāo)量頻率響應(yīng)測(cè)量。盡管許多頻譜分析儀帶有跟蹤信號(hào)發(fā)生器選件，但是大多數(shù)這種信號(hào)發(fā)生器只能為分析儀的基本頻帶提供掃頻信號(hào)。利用下面的方法還會(huì)覆蓋許多頻譜分析儀的第一擴(kuò)展高頻段。另外，也給出了一個(gè)允許對(duì)帶有中頻變換的被測(cè)部件進(jìn)行掃描的方法。

圖1給出了一個(gè)常見(jiàn)的具有跟蹤源功能的RF頻譜分析結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，跟蹤信號(hào)發(fā)生器由一個(gè)混頻器、放大器和設(shè)定在第一個(gè)固定中頻（IF）的RF信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)。對(duì)于這種方案，只有在分析儀掃描第一本振（LO）時(shí)，才能實(shí)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(hào)。

在這種配置中，信號(hào)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(shí)驗(yàn)中獲得）的第一IF。第一IF可以通過(guò)下面的方法來(lái)發(fā)現(xiàn)，即使用最寬的分辨帶寬（RBW）濾波器，并調(diào)整信號(hào)發(fā)生器直到在分析儀上出現(xiàn)噪聲基底上升時(shí)。通過(guò)切換到較窄的RBW，并調(diào)整信號(hào)發(fā)生器到最大幅度，可以更加精確地估計(jì)IF值。

當(dāng)分析儀的第一LO信號(hào)和信號(hào)發(fā)生器第一IF信號(hào)混頻時(shí)，混頻器的輸出將包含一個(gè)頻譜成分，該成分剛好是分析儀在掃描中的那一點(diǎn)調(diào)諧到的RF信號(hào)（掃描信號(hào)發(fā)生器信號(hào)）。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(hào)發(fā)生器信號(hào)在掃描過(guò)程中會(huì)自動(dòng)掃描，為掃頻標(biāo)量測(cè)量描提供一個(gè)完全同步的信號(hào)。

盡管將分析儀的LO輸出直接連到混頻器的想法很好，這會(huì)給大多數(shù)的分析儀帶來(lái)問(wèn)題。通常，在第一LO輸出口沒(méi)有足夠的反向隔離。其結(jié)果，信號(hào)發(fā)生器的第一IF信號(hào)將會(huì)泄漏到分析儀的第一IF級(jí)，從而進(jìn)入儀器的第一和后續(xù)的IF級(jí)，使得噪聲基底提高。

一個(gè)環(huán)形器能夠增加隔離（大約20dB），但是會(huì)降低送到混頻器的第一LO功率。更好的方法是采用一個(gè)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(shí)，它可以實(shí)現(xiàn)好的LO驅(qū)動(dòng)電平。設(shè)計(jì)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(jiàn)圖1，它是用DKD公司開(kāi)發(fā)的兩種跟蹤信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在其中一個(gè)系統(tǒng)（型號(hào)為T(mén)G100）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(gè)系統(tǒng)（型號(hào)為T(mén)G200）中，放大器是一個(gè)獨(dú)立的模塊，這樣，對(duì)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(kuò)展段范圍為2.0到4.5GHz。后者對(duì)于低頻段（到2.6GHz）使用一個(gè)混頻器，而對(duì)于第一高頻擴(kuò)展段（到6GHz）使用另一個(gè)混頻器。兩個(gè)系統(tǒng)的最佳輸入功率均為0dBm。對(duì)于許多分析儀，增加一個(gè)第一LO倍頻器和適當(dāng)?shù)?混頻器，就可以工作到第二高頻擴(kuò)展段，對(duì)于許多儀器來(lái)說(shuō)，該頻段都在10GHz以上。

低頻帶跟蹤信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)在頻譜分析儀中的應(yīng)用

圖4給出第二種跟蹤信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)，其中使用來(lái)自安捷倫公司的HP8566A/B頻譜分析儀。該信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)，即跟蹤信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)?；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(hào)發(fā)生器看回去的電壓駐波比。6dB衰減器把從HP8566來(lái)得的LO信號(hào)功率降到更適合于跟蹤信號(hào)發(fā)生器的0dBm。

利用該測(cè)試配置來(lái)進(jìn)行測(cè)量，被測(cè)部件（DUT）為一段直通傳輸線(xiàn)（圖5），頻率范圍從直流到2.5GHz。把分辨帶寬濾波器手動(dòng)設(shè)定為3kHz，并手動(dòng)設(shè)置視頻帶寬和掃描時(shí)間，此時(shí)，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(hào)發(fā)生器輸出用50？終端取代直通線(xiàn)被測(cè)部件時(shí)，可以在超過(guò)80dB的動(dòng)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(xiàn)相應(yīng)的衰減。在視頻相減的結(jié)果是，連接直通線(xiàn)時(shí)出現(xiàn)平坦的蹤跡。因?yàn)榧m正是通過(guò)視頻存儲(chǔ)［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(hào)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(dòng)態(tài)范圍。

頻譜分析儀分辨帶寬（RBW）的選擇主要由信號(hào)發(fā)生器的品質(zhì)來(lái)決定。對(duì)于不穩(wěn)定的信號(hào)源，比如非鎖相腔體信號(hào)發(fā)生器，可用的最窄的RBW濾波器大概為100kHz。而相對(duì)穩(wěn)定的信號(hào)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(dòng)態(tài)范圍將會(huì)下降。

低頻帶跟蹤信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)可用來(lái)測(cè)量中心頻率為1445MHz（圖7）的帶通濾波器。開(kāi)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(kāi)始前，通過(guò)運(yùn)用圖像減法來(lái)去除跟蹤發(fā)生振蕩器輸出線(xiàn)的變化來(lái)設(shè)定基準(zhǔn)線(xiàn)。

圖8所示，TG200被設(shè)置來(lái)為HP8566光譜分析儀第一擴(kuò)展高頻帶提供跟蹤發(fā)生器掃描信號(hào)。對(duì)于該高頻帶測(cè)量，混頻器的端口1與信號(hào)發(fā)生器連接。對(duì)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(hào)發(fā)生器被調(diào)諧在此頻率）。此時(shí)，混頻器的R端口包含了有效的跟蹤發(fā)生器信號(hào)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(hào)。

圖9所示的為T(mén)G100系統(tǒng)，用于HP8568A/B光譜分析儀（直流到1.5GHz）低頻段測(cè)量。對(duì)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(hào)發(fā)生器調(diào)諧在該頻率），不過(guò)第二LO具有一定量的掃描范圍，此時(shí)該范圍小于2MHz?？赏ㄟ^(guò)使用“SHIFTT”指令序列來(lái)禁用第二LO端口信號(hào)的該掃描功能，并不影響跟蹤信號(hào)發(fā)生器的性能。這時(shí)，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(hào)固定的模式下了。端接50負(fù)載時(shí)，結(jié)果顯示該測(cè)試裝置的動(dòng)態(tài)范圍大約為90dB。

當(dāng)對(duì)頻率變換裝置（比如混頻器）進(jìn)行掃描分析時(shí)，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(duì)輸入信號(hào)加偏置。但使用TG100/200系統(tǒng)可以進(jìn)行這樣的測(cè)量，條件是被測(cè)部件（DUT）引入的頻率偏置不超過(guò)頻譜分析儀第一IF的限制。通過(guò)在與TG100/200系統(tǒng)相連接的信號(hào)發(fā)生器上輸入偏置補(bǔ)償信號(hào)，就可以對(duì)頻率變換型被測(cè)部件進(jìn)行掃頻分析。

比如，利用TG100模塊和HP8566來(lái)對(duì)一個(gè)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(hào)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(gè)LO頻率為232.6MHz的混頻器，所以必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行偏置補(bǔ)償，否則跟蹤發(fā)生振蕩器的輸出信號(hào)將是錯(cuò)誤的。解決辦法是：設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的偏置補(bǔ)償頻率為232.6MHz，使得信號(hào)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(bǔ)償DUT內(nèi)部頻率偏置的正確頻率。