书名：国产信息通信仪表与测试应用
ISBN：978-7-115-65528-8
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著 周 峰 孙小强 王小雨 纪 锐 张大元 周开波
责任编辑 刘盛平
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
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本书共20章，首先从信息通信系统全程全网的角度阐述现代通信系统与仪表的全景图，介绍信息通信测试中的量值和量纲；然后分别介绍我国企业研发生产的无线通信测试仪表、光通信测试仪表、数据通信测试仪表等，涉及的种类有信号发生器、射频信号分析仪、无线电监测与测向仪器、矢量网络分析仪、移动通信综合测试仪、无线信道模拟器、示波器、电磁辐射分析仪、电磁兼容试验仪器和系统、天线测试系统、光纤端面干涉仪、光谱分析仪和光波长计、光时域反射计、光回波损耗测试仪、色度色散测试仪和偏振模色散测试仪、光纤参数测试仪、光纤熔接机、应用层网络测试仪、以太网测试仪等。本书涵盖国产信息通信仪表典型企业的主流产品，系统介绍各类仪表的工作原理、技术指标、测试系统搭建方法和测试实例等。
本书可作为高等学校电子信息类、仪表类专业的教材，也可作为信息通信设备制造商、运营商、互联网企业、测试机构、研究机构等的计量测试人员的参考书，对仪表领域的管理人员、采购人员、行业研究人员等也有参考价值。
（按照姓氏笔画排序）
王 志 王 悦 王子戈 王若臣 王维龙 古 敏
石 磊 田伟光 付 康 冯明龙 宁宗贺 朱 琨
朱天全 向长波 刘元飞 刘庆翔 刘佳华 刘顺坤
齐 进 孙景禄 杜 佳 杜关祥 李 云 李 炜
李 浩 李占有 李利平 李孟喜 李建伟 李海峰
李海嫚 杨 明 杨 骅 杨占超 杨海俊 吴 琦
邱浩淼 何梓滨 汪世英 沙学军 沈 亮 沈鹏辉
张 宇 张 睿 张 磊 张 翼 张吉林 张红卫
张坤哲 张佳莺 张祖禹 张晓雷 张培艳 张颖艳
陆冰彬 陆德坚 陈 进 陈 韬 陈龙泉 陈向民
陈坤峰 岳 蕾 周 其 周如峰 周轩羽 周科吉
周晓峰 房宵杰 赵晓纪 胡小军 胡海洋 钟 镭
姜尚君 姜玲玲 洪少林 秦 岩 袁胜丽 夏 非
夏震宇 高 峰 郭隆庆 唐本亭 唐满丽 涂建坤
黄 辉 曹 晗 常元雄 崔孝海 董建涛 董继刚
蒋廷勇 韩 帅 程建川 傅栋博 鲁 维 蒙惠明
熊健翔 戴 飞
在推进制造业高质量发展的进程中，在推进新型工业化及数字化转型的进程中，在推进信息化和工业化融合的进程中，精密仪器与传感器的技术基础性、技术先导性和战略引领性作用日益凸显，我国国产信息通信仪表产业也顺势快速发展。本书反映了国产信息通信仪表产业领域发展的重要技术成果，期待本书能推动国产信息通信仪表的更广泛应用。
谭久彬
中国工程院院士
《国产信息通信仪表与测试应用》系统地介绍了国产信息通信仪表的发展历程、原理和应用技术，该书还重点关注了国产信息通信仪表的最新研究成果和实践经验。
张平
中国工程院院士
许多科学发现源自全新的科学仪器。随着电磁科学所涉及的材料、器件、电路、信号、算法等的不断进步，信息通信仪表与测量技术也面临新的需求。本书系统地介绍了信息通信仪表与测量技术相关科学原理、技术架构、产品和应用，向读者呈现了国产仪器和测量技术的最新知识，期望能更好地支撑网络强国、数字中国战略的实施。
苏东林
中国工程院院士
本书以全面且系统的视角，深度剖析我国信息通信仪表行业的发展现状，为广大读者精心呈现了一幅行业全景图。它不仅内容翔实，而且极具实用性，堪称一本信息完备、值得信赖的专业工具书。相信本书的出版有助于大力促进囯产信息通信仪表的广泛使用和性能的不断改进提升，并实现我国信息通信仪表自主可控，并走向全球。
李得天
中国工程院院士
仪器仪表是认识世界的工具，现代信息通信仪表是工业化和信息化融合发展的产物。国产信息通信仪表的发展是行业自立自强的成果，也顺应了市场需求，必将推动产业信息化和智能制造的发展。本书系统总结了国产信息通信仪表与测试应用的知识及其相关领域技术要点，正是行业所需，出版正当其时。
马玉山
中国工程院院士
我们可用古语“失之毫厘，谬以千里”来描述仪器仪表的重要特征，仪器仪表是关乎制造强国和科技强国的国之重器。本书全面翔实地从技术和应用视角对新时代国产信息通信仪表取得的重要进展进行了系统介绍，可供信息通信领域科研人员、工程师和高校师生参考。
魏然
中国信息通信研究院总工程师
信息通信仪表是支撑国家信息通信产业和技术发展的大国重器之一，广泛应用于技术研发、生产制造、设备评估、入网检测、计量认证等多个场景。本书对信息通信领域各类专业仪表进行了系统梳理，对广大测试工作者来说是不可多得的佳作。希望本书的出版能推动国产仪表的产业协同和示范应用，助力信息通信行业的高质量发展。
段晓东
中国仪器仪表学会信息通信仪器仪表专委会主任、中国移动研究院副院长
《国产信息通信仪表与测试应用》面向现代信息通信与未来网络发展，植根于我国电子信息产业基础，全面展示了国产信息通信仪表的最新成果，是信息通信领域广大科技人员和工程技术人员的工具书，对推进我国信息通信仪表的工程应用具有重要意义。
年夫顺
中国电子科技集团有限公司首席科学家
随着我国5G通信实现全球领跑，带动国产信息通信仪表也取得了长足发展。本书基于作者多年在信息通信测试领域标准制定、项目研究、应用实践的工作总结，系统全面地介绍了国产信息通信仪表技术前沿、重点产品、应用实例。在当前大规模设备更新、建设科技强国、发展战略新兴产业和未来产业形势下，本书对电子信息和通信领域从业人员具有较高的参考价值。
欧阳劲松
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所所长
仪器仪表作为高新技术与各个产业深度融合的纽带，对促进我国产业转型升级、发展战略性新兴产业、实现高水平科技自立自强和增进人民福祉等都起到十分重要的作用，是建设科技强国、制造强国和质量强国的重要基础。党中央、国务院高度重视高端仪器发展，习近平总书记强调：“要打好科技仪器设备、操作系统和基础软件国产化攻坚战，鼓励科研机构、高校同企业开展联合攻关，提升国产化替代水平和应用规模，争取早日实现用我国自主的研究平台、仪器设备来解决重大基础研究问题。”
当前，新一代信息通信技术与经济社会各个领域在更广范围、更深层次和更高水平上加速融合，成为推进新型工业化和中国式现代化的重要驱动力量。同时，信息通信技术的创新突破仍方兴未艾，5G/5G-A应用部署和技术演进加快发展，6G预研和标准化快速启动；通用人工智能的突破路径初步呈现，智能网联汽车、卫星互联网、智能机器人等新技术、新产品、新业态蓬勃兴起。从实验室、生产车间到应用现场，新产品、新系统、新技术、新参数等的测试或计量均需要大量的仪表，这为我国信息通信仪表的发展带来了历史性的机遇。
我国工业化发展的历程短、起点低、基础薄，信息通信领域测试仪表的国产化程度较低，一度不能满足技术创新和产业发展的需求。党的十八大以来，我国在提升信息通信仪表技术产品供给能力方面取得了长足进步，相关行业用户使用国产信息通信仪表的意愿也显著增强，形成了相互促进的良好局面。同时，信息通信业是高度全球化的行业，互联互通是其内在要求，也是基本规律，这也决定了信息通信仪表行业发展的全球化要求。在我国的工厂和实验室，国产仪表和国外仪表正在形成融合发展的新趋势，我国的仪表也逐步行销全球，呈现出国际化的良好态势。
本书是中国信息通信研究院的几位资深专家基于长期研究和应用实践总结的成果，从科学、技术和工程等多个视角，全面介绍国产信息通信仪表的原理、结构、产品技术指标等，涵盖无线通信、电磁场、光通信、数据通信等领域测试仪表和测试系统的技术进展与工程范例，并重点关注包括量子测试仪器在内的仪表最新研究成果和实践经验。本书既有对科学原理的严谨分析，也有对具体产品的客观阐述，相信对关心我国仪表尤其是信息通信领域仪表的工程技术人员、科研工作者和高校师生等都有较好的参考价值。
余晓晖
2024年10月
仪表是人类认识世界的工具，从科技和生产力的发展历史来看，认识世界和改造世界是深度耦合的。门捷列夫说，“没有测量就没有科学”；领导了跨大西洋海底电缆工程的物理学大师开尔文勋爵说，“如果你无法测量它，就无法改进它”。“工欲善其事，必先利其器”，现代测量依靠现代仪器仪表，在信息通信领域更是如此。需要说明的是，在我国信息通信行业，“仪器”与“仪表”这两个词的应用并无严格的区别，人们一般按照各自的习惯使用及定义某类装置的名称。一般来说，具有显示和记录装置的仪表，称为“仪”或“表”；没有显示装置或虽有显示装置但显示不作为主要功能的仪表称为“器”，如示波器。本书书名中的“仪表”为统称，涵盖了“仪器”的概念。
在测量设备方面，中华民族曾为人类贡献了指南针和浑天仪。中华人民共和国成立以来，中华民族在复兴的道路上披荆斩棘、阔步向前。特别是近年来我国在信息通信领域取得巨大成就，仅在移动通信领域就实现了4G并跑、5G引领，6G的预研工作也已开展。在这个大背景下，我国在信息通信仪表领域涌现出一大批自主创新企业，产品技术指标和质量显著进步，品种、型号日益丰富，很多企业还可以为用户提供定制开发服务，这些都是竞争优势。
从米制公约开始，测量和仪表行业就有了全球化的内涵，目前在一些实验室可以看到国产仪表和国外仪表组合形成的先进测试系统，这正是全球性社会化大生产“你中有我、我中有你”的生动写照。优质的国产信息通信仪表出口海外，为全球用户所青睐。我国坚持开放共赢发展，在这个大背景下，蓬勃发展的中国信息通信产业为全世界的仪表企业提供了广阔的市场和公平的竞争舞台，中国信息通信仪表产业在坚持自主创新的同时有海纳百川的胸怀，更有走向全球的壮志。
但是我们也要看到存在的问题：当前供需信息不畅通是国产信息通信仪表实现更广泛应用的瓶颈，虽然业界对国产信息通信仪表的需求非常旺盛，但是由于国产仪表品牌历史相对较短，缺乏品牌和市场认知惯性的沉淀，很多需要国产仪表的部门、单位和工程师等难以找到有效的国产仪表信息。工程师了解国产仪表的主要途径是通过网络搜索产品手册，效率低且信息碎片化，显然需求和供给信息的连接不畅通已经束缚了产业的发展。
这就需要以出版技术专著的方式来系统、全面、深入地介绍国产信息通信仪表产品和应用场景，起到说明技术、介绍产品、传递信任、提振需求、激活市场等作用。推动国产信息通信仪表的更广泛应用，产业就会得到市场的正向经济激励和用户反馈，这会进一步反哺产业和技术的发展。鉴于此，中国信息通信研究院泰尔系统实验室组织编写了本书。
读者所欲，常在我心。本书的内容和编排充分考虑读者的需要，有以下特点。
1．面向前沿，内容全面
本书面向现代信息通信仪表及其应用，涵盖无线通信、电磁场、光通信、数据通信等领域各类测试仪表和测试系统的最新技术进展与工程范例，具有全面性和先进性。本书作者多年来参与我国信息通信领域测试标准的研究、制定和执行，深刻把握技术前沿。业界主要企业为本书提供了最新的产品和应用资料，同时本书会适当介绍作者团队近年来在信息通信计量测试领域的研究成果和专利技术。
2．理论先行，实践指导
本书侧重于介绍国产信息通信仪表的工作原理、技术指标、测试系统搭建，以及如何使用它们来完成相关测试等。本书坚持“理论先行，实践指导”的原则，不仅介绍典型仪表的工作原理，而且针对各类仪表提供丰富的应用实例。其中实例以信息通信应用为主，也兼顾汽车、航空、国防、机电等领域的应用，这也体现了现代信息通信技术赋能千行百业的趋势。通过阅读本书，读者可以全面了解如何选择和使用信息通信仪表。
3．易学、易用
本书采用插图和操作步骤结合的形式来介绍国产信息通信仪表的使用方法和使用技巧，没有过多的数学推导，具有很强的实用性。本书语言平实、简明，采用模块化的编排方式，以尽量满足读者快速学习的需求。读者不必逐章阅读，可以挑选感兴趣的章节而基本不会影响理解。
在编写本书的过程中，作者得到了中国信息通信研究院各级领导的关怀和指导，余晓晖院长为本书作序，同时本书得到了谭久彬院士、张平院士、苏东林院士、李得天院士、马玉山院士、魏然总工程师、段晓东副院长、年夫顺首席科学家、欧阳劲松所长等的倾情推荐。本书的编写得到了编委团队的强劲赋能，得到了以下编委单位的鼎力支持，在此一并致谢。
TD产业联盟
大唐联仪科技有限公司
上海电缆研究所有限公司
天津德力仪器设备有限公司
中电科思仪科技股份有限公司
中国人民解放军63660部队
中国计量科学研究院
中国信息通信研究院
中国航天员科研训练中心
中国移动通信有限公司研究院
中星联华科技（北京）有限公司
北京万思维通信技术有限公司
北京五龙电信技术有限公司
北京中测国宇科技有限公司
北京长鹰恒容电磁科技有限公司
北京东方计量测试研究所
北京市无线电监测站
北京网测科技有限公司
北京芯宸科技有限公司
北京星河亮点技术股份有限公司
北京信而泰科技股份有限公司
北京信维科技股份有限公司
北京科环世纪电磁兼容技术有限责任公司
北京航空航天大学
北京森馥科技股份有限公司
北京奥普维尔科技有限公司
北京瑞天智讯信息技术有限公司
北京德辰科技股份有限公司
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所
成都大公博创信息技术有限公司
成都华日通讯技术股份有限公司
成都玖锦科技有限公司
成都坤恒顺维科技股份有限公司
成都零点科技有限公司
优利德科技（中国）股份有限公司
创远信科（上海）技术股份有限公司
苏州联讯仪器股份有限公司
苏州泰思特电子科技有限公司
苏州益谱电磁科技有限公司
苏州弘宇脉测电子信息科技有限公司
英铂科学仪器（上海）有限公司
南京邮电大学
南京昆腾科技有限公司
哈尔滨工业大学
珠海世纪鼎利科技股份有限公司
浙江信测通信股份有限公司
诺优信息技术（上海）有限公司
深圳市通用测试系统有限公司
深圳市维度科技股份有限公司
深圳市鼎阳科技股份有限公司
普源精电科技股份有限公司
由于作者学识有限，书中不足之处在所难免，恳请广大读者批评指正。读者可通过本书编辑的电子邮箱（liushengping@ptpress.com.cn）与我们联系。
作 者
2024年8月
仪器仪表用于检查、测试、控制、分析各类被测量，是保障经济发展和国家安全的不可或缺的重要基础工具。仪器仪表是支撑经济社会发展的战略性、基础性和先导性产品，是建设科技强国、制造强国和质量强国的基础，在提高生产效率、促进产业转型升级的过程中起到至关重要的作用。
信息通信行业是我国的支柱行业之一，是具有经济和技术活力的行业，在国民经济中占据重要地位。近年来，随着网络强国和数字中国战略的深入实施，信息通信行业与国民经济和社会发展的多领域融合不断深入。新产品、新系统、新技术、新参数等的测试或计量需要大量的仪表，信息通信领域的仪表不仅是“国之重器”，更是国之重器背后的“国之精器”。党的十八大以来，我国在信息通信领域自主创新方面取得了长足的进步，其中就包括信息通信仪表领域，一方面是国家科技重大专项部署了一大批信息通信仪表研发任务；另一方面是很多企业瞄准市场需求开展了研发和相应的市场拓展工作，国产信息通信仪表的技术和产品供给能力在近10年大大增强。
本章从信息通信系统全程全网的角度阐述现代通信系统与仪表的全景图，概要介绍信息通信仪表种类，并分别在无线通信、光通信和数据通信3个领域总结测量参数以及量值、量纲。
新一代信息通信技术与经济社会的融合在向更广范围、更深层次加速推进。新一代信息通信技术包括卫星移动通信、新一代无线通信、下一代广播电视网、物联网等领域（见图1-1），其对经济发展、社会运行、国家治理的变革力和影响力不断增强，已成为高质量发展的重要推动力、构建新发展格局的关键支撑和塑造国家竞争新优势的战略发展方向。
图1-1 新一代信息通信技术领域
信息通信仪表贯穿信息通信产业发展和技术进步的各个环节，广泛应用于先进技术研究、原型开发、设备生产、现网维护、认证计量等多个场景，是提高我国信息通信产业核心竞争力、提升信息通信产品质量的关键。现代通信系统与仪表的全景图如图1-2所示。
图1-2 现代通信系统与仪表的全景图
信息通信仪表的核心技术涉及信息通信相关学科的计量、测试基础理论，各类测试验证技术及其应用等跨学科的测量技术前沿，涉及频率、电压、功率、波长、辐射强度等跨门类的测量参数。因此，信息通信仪表涵盖的测量领域广、测量参数多、测量标准复杂。一般情况下，仪表依据主要应用场景可分为无线通信测试仪表、光通信测试仪表，以及数据通信测试仪表等。
功率是指单位时间内传输或消耗的能量，在无线通信中，用于描述发射或接收信号的强度，通常用P表示，国际单位是W。电平是指两功率或两电压之比的对数（以10为底），相应描述为功率电平和电压电平，它们各自又分为绝对电平和相对电平两种。所谓绝对电平（习惯上把绝对两字省略，简称电平）是指基准值取某一固定参考值的电平。
例如，一个功率P1和一个固定的参考功率Pref之比的对数值，就是功率电平，也叫作功率对数值，很多时候直接简称为功率或电平。一个电压U1和一个固定的参考电压Uref之比的对数值，就是电压电平。在射频（radio frequency，RF）通信领域，通常以在50 Ω阻抗传输电路上消耗的功率（1 mW）（一些情况下也可使用75 Ω阻抗传输电路上消耗的功率）为参考值，对应的功率电平为
（1-1）
式中，
为功率（为了与对数值区分，通常称为功率线性值），单位为mW；
为功率电平，单位为dBm。
其他经常用到的参考值包括1 W、1 V、1 μV、1 A和1 μA等。它们对应的对数值量纲单位分别是dBW、dBV、dBμV、dBA和dBμA等。在计算这些值的时候，一定要弄清楚它们是功率值还是电压值。
功率值包括功率、能量、阻抗、噪声、功率流密度等。
电压值（也称为场值）包括电压、电流、电场强度、磁场强度、反射系数等。
从功率电平到功率线性值的转换公式为
（1-2）
式中，
为功率线性值，单位为mW或W；
为功率电平，单位为dBm或dBW；Pref为参考功率，通常取1 mW或1 W。
从电压电平到电压线性值的转换公式为
（1-3）
式中，U为电压线性值，单位为V、mV或μV；
为电压电平，单位为dBV、dBmV或dBμV；Uref为参考电压，通常取1 V、1 mV或1 μV。
功率计、频谱分析仪、测量接收机等可以进行信号功率和电平的测试。
对增益（gain）和衰减的度量通常是选定一个基准信号的电平作参考，用系统输出信号的电平与它进行比较，通常采用对数（以10为底）的方式表示，量纲单位是dB。当考虑输出信号比基准信号大多少倍时，值为正，定义其为增益。当考虑输出信号比基准信号减小的比例时，称其为衰减（忽略负号）。如果基准信号和输出信号按照功率电平计算，则增益或衰减a表示为
（1-4）
式中，P2为输出信号功率线性值；P1为基准信号功率线性值；P2dB为输出信号功率对数值；P1dB为基准信号功率对数值。
如果按照电压电平计算，在输入阻抗Rin与输出阻抗Rout相等的条件下，增益或衰减a表示为
（1-5）
式中，U2为输出信号电压线性值；U1为基准信号电压线性值；U2dB为输出信号电压对数值；U1dB为基准信号电压对数值。
在图1-3所示的电路中级联了多个双端口器件，通过增益（或衰减）的叠加可以容易地计算出总增益（或总衰减）。
图1-3 级联多个双端口器件的电路
图1-3所示电路的总增益为
网络分析仪或者信号源与频谱分析仪搭配可以测试增益和衰减。
噪声是在电子运动形成的热振荡中产生的。可以被接收机接收到的噪声功率N取决于温度T和测量带宽B，即
（1-6）
式中，k为玻耳兹曼常数，其值约为1.38×10−23 J/K（焦耳每开，1 J等于1 W/s）；T为开氏温度（0 K等于−273.15 ℃或−459.67 ℉）；B为测量带宽，单位为Hz。
在室温（20 ℃/68 ℉）下，可以得到1 Hz带宽下的噪声功率N，即
如果把这个功率转化为功率电平，可以得到：
即接收机的输入端噪声功率谱密度约等于−174 
。请注意，输入阻抗对这个功率是没有影响的，也就是说，对于50 Ω、60 Ω或70 Ω输入阻抗来说，功率都是相同的。
噪声功率与带宽是成比例的，把带宽作为参数B，其对数形式b（以10为底）及噪声功率对数值N可以分别表示为
（1-7）
（1-8）
例如，假设一个没有内部噪声的频谱分析仪的带宽被设置为1 MHz，则噪声功率的计算如下。
故室温下，1 MHz带宽下的噪声功率是−114 dBm。
接收机或频谱分析仪在1 MHz带宽下比在1 Hz带宽下多产生60 dB的噪声，即 −114 dBm 的噪声电平。所以如果要测量低电平信号，就需要减小测量带宽，但是必须满足这个信号的带宽需求。在某个范围内，测量低于噪声限值的信号是可行的，因为每个叠加的信号都会使总功率增大。然而，这很快就会达到所使用的测试设备的限值。
对于接收机或频谱分析仪的背景噪声，通常在输入端接负载时使用平均功能进行测试。
通信信号测量中的一个主要量值是信噪比（signal-to-noise ratio，SNR），其定义为有用信号功率S与噪声功率N的比值，即
（1-9）
或以分贝（dB）为单位表示为
（1-10）
有时，除了噪声之外还会存在失真。这种情况下，就要测量信纳比（SINAD，即信号与噪声失真比）而不仅仅是信噪比，即
（1-11）
或以分贝（dB）为单位表示为
（1-12）
式中，D为总谐波失真功率和。
例如，要测量调频（frequency modulation，FM）无线接收机的信噪比，先在适当的FM频偏下设置信号发生器的调制频率为1 kHz。在接收机的扩音器端，测量到一个功率为100 mW的有用信号，然后关掉信号发生器的调制并且在扩音器端测量到0.1 μW的噪声功率，则可得信噪比SNR，即
为了确定信纳比，再次设置调制信号源的调制频率为1 kHz，并测量到功率为100 mW的信号。这里使用窄带滤波器来抑制这个信号，将会在接收端测量到噪声和谐波失真。如果测量值是0.5 μW，则可得信纳比SINAD，即
综合测试仪通常具有信噪比和信纳比测量功能，可以直接显示测量值。
噪声因子和噪声系数用于对射频信号链中的噪声引起的信噪比退化进行度量。噪声因子F被定义为输入信噪比SNRin和输出信噪比SNRout的比值，即
（1-13）
噪声系数NF（单位为dB）是噪声因子F的对数形式（以10为底），即
（1-14）
也就是说，噪声因子是以线性单位表示的，噪声系数是以dB为单位表示的。
假设在接收链中有多个设备级联，则需要测量整条接收链的噪声系数。
噪声系数是放大器的一项重要指标，可以使用噪声系数分析仪对其进行测量。某些频谱分析仪也具有噪声系数测量选件，可以用于噪声系数测量。
相位噪声是指系统（如各种射频器件）在各种噪声的作用下引起的系统输出信号相位的随机变化，是衡量频率标准源（高稳晶振、原子频标等）频稳质量的重要指标。一个理想的振荡器有一个无限狭窄的频谱。由于噪声的不同物理效应，信号相位的微小变化都会导致频谱变宽，这就是振荡器的相位噪声，如图1-4所示。
图1-4 振荡器的相位噪声
为了测量相位噪声，必须通过一个带宽为B的窄带接收机或者频谱分析仪来得到振荡器在偏移频率foffset下的噪声功率PR，然后把测量带宽B减小为1 Hz，接着用PR除以载波功率Pc得到一个以dBc为单位表示的结果（1 Hz带宽）。dBc中的c代表载波。
这样继续推导就得到了相位噪声，更确切地说是单边带（single sideband，SSB）相位噪声L，即
（1-15）
dBc虽然不符合标准的写法，但是普遍使用。
信道功率是指被测信号频率带宽内的平均功率，一般规定为在所测频率带宽内的积分功率，通常表示为Pch，量纲单位是dBm。对于现代通信系统，例如LTE和5G NR系统，都存在多条信道，为了避免干扰，确保自身信道的发射准确和降低相邻信道功率Padj是很重要的。
邻频道功率比（adjacent channel power ratio，ACPR）是指相邻信道或次相邻信道的平均功率和当前所用信道的平均功率之比，以dB为单位，即
（1-16）
式中，LACPR为邻频道功率比；Padj为相邻信道功率；Pch为信道功率。
在测试信道功率时，考虑信道的带宽是很重要的。对于可用信道和相邻信道来说，这个值可能是不同的。有时，有必要选择特殊的调制滤波器，比如平方根升余弦滚降滤波器。
现代频谱分析仪的相关测量选件在测量邻频道功率比时都能够自动地考虑到可用信道和相邻信道的带宽。
通常使用频谱分析仪或者矢量信号分析仪对信道功率和相邻信道功率进行测量。如果没有相关的测量选件，则需要设置积分信道带宽、分辨率带宽（resolution bandwidth，RBW）等参数。
误差矢量幅度（error vector magnitude，EVM）用来衡量数字信号的调制质量。在矢量坐标图上，通信系统中器件的非线性与噪声、传输通道的信号干扰与衰落等的影响会导致实测信号矢量的幅度与相位相对于参考信号会发生变化，如图1-5所示。测试信号的波形与参考信号波形矢量差的幅度就称为误差矢量幅度，为标量。
图1-5 I/Q信号调制误差
EVM的有效值EVMRMS定义为平均误差矢量信号功率E与平均参考信号功率R的均方根（root mean square，RMS）之比，用百分数表示，即
（1-17）
读者需要区别峰值EVMpeak和有效值EVMRMS，其中峰值EVMpeak是在某一特定时隙产生的。此外，这些矢量是电压值，这就意味着在计算中必须使用20lg，例如EVMRMS值为0.3%，则对应−50 dB。
可以采用矢量信号分析仪测量EVM，或者采用综合测试仪测量终端的EVM。
散射参数（scattering parameter，S参数）是微波传输中的一组重要参数，描述了双端口电路（见图 1-6）的4个参数：S11（输入反射系数）、S21（正向传输系数）、S12（反向传输系数）和S22（输出反射系数）。
图1-6 双端口电路
S参数可以通过入射波和反射波的电压a1、b1和a2、b2计算，如下：
，
，
，
（1-18）
通过换算也可以将S参数转换为以dB为单位的表示形式。
反射系数（r）、电压驻波比（VSWR）或者驻波比（SWR）是用于度量信号源或者接收机与一个参考阻抗的匹配程度的量值。VSWR的范围是从1到无穷大，不能以dB为单位表示。r可以以dB为单位表示。
r和VSWR的关系为
（1-19）
（1-20）
当VSWR=1时，r=0（全匹配）；当VSWR趋于无穷大时，r逼近1（不匹配或者全反射）。
r代表两个电压值的比值。r以dB为单位表示，得到回波损耗（简称回损）ar，即
（1-21）
（1-22）
注意：在双端口电路中，r与输入反射系数S11或输出反射系数S22相关。
衰减器的反射系数最小，对于好的衰减器，工作频率一直到18 GHz，其反射系数都小于0.05，相应的ar＞26 dB或者VSWR＜1.1。一般情况下，信号源输出和测试设备输入的VSWR＜1.5，相应的r＜0.2或者ar＞14 dB。
通常使用网络分析仪测量S参数。通常通过标准空气线和标准失配器来对网络分析仪本身的S参数测量准确度进行校准。
电场强度E的单位是V/m和μV/m，相应对数形式的单位是dBV/m和dBμV/m。
（1-23）
（1-24）
从以dBV/m为单位转化为以dBμV/m为单位的公式为
（1-25）
磁场强度H的单位是A/m和μA/m，相应对数形式的单位是dBA/m和dBμA/m。
（1-26）
（1-27）
从以dBA/m为单位转化为以dBμA/m为单位的公式为
（1-28）
主要使用场强仪测量场强，有的频谱分析仪和路测仪也可以用来测量场强。
天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比，它定量地描述一根天线把输入功率集中辐射的程度，通常用G表示，单位是dBi或dBd。
信号的峰值功率与平均热能功率（有效值）的比值被称为峰值因子（crest factor，CF），代表峰值在波形中的极端程度。正弦信号的峰值功率是有效值的两倍，意味着比值为2，也就是3 dB左右。
对于调制的射频信号，峰值是指调幅包络的峰值而不是射频信号载波的峰值。一个调频信号的包络是一个常量，因此振幅为1（0 dB）。
当叠加许多正弦信号时，峰值电压理论上为U1, U2,…,Un的总和，峰值功率Ps表示为
（1-29）
式中，R为阻抗。
有效值P等于功率电平分别相加：
（1-30）
这样即可计算出峰值因子CF：
（1-31）
（1-32）
叠加的非关联信号越多，越难以得到各自电压值的总和，因为它们的相位不同。峰值因子在11 dB左右变化，信号看起来就像噪声一样。
通常可以使用频谱分析仪对峰值因子进行测量。
模数转换（A/D）和数模转换（D/A）的重要参数包括时钟频率fclock和数据位的位数n。我们可以用每一个数据位表示两倍（或者一半）的电压值。测量正弦信号时还有一个1.76 dB的系统增益，即动态范围为
（1-33）
例如，一个16 bit的数模转换器（digital-to-analog converter，DAC）的动态范围为
96.3 dB+1.76 dB≈98 dB
在实际使用中，模数转换器（analog-to-digital converter，ADC）和DAC表现出某种非线性特性，以至于不可能达到它们的理论值。另外，时钟抖动和动力效应使转换器在高时钟频率下的动态范围缩小。因此，转换器通常使用无杂散动态范围（SFDR）和有效位（effective number of bits，ENOB）来描述。
例如，一个8 bit的ADC在1 GHz的时钟频率下的有效位是6.3，那么它的动态范围是37.9 dB+1.76 dB≈40 dB。
在1 GHz的时钟频率下，ADC可以处理带宽高达500 MHz的信号。如果只处理这个带宽的信号，事实上可以用抽样滤波器来获取动态范围。例如，一个8 bit的转换器可以达到60 dB或者更大的动态范围，而不仅仅是约等于50 dB（48.16 dB +1.76 dB）。
基于动态范围，有效位可以表示为
（1-34）
考虑到
，
或
，可以得到
（1-35）
例如，一个ADC的动态范围是70 dB，那么它的有效位是多少？
解：
即得到的有效位是11.3。
ADC和DAC的最大动态范围由它们能处理的数值范围决定。例如，一个8 bit的ADC能处理的数值范围是0～255，这个数值范围的最大值被称为满刻度（full scale，FS）值（
）。可以根据满刻度值来确定转换器的驱动功率n，并把驱动功率与满刻度值的比值用对数表示出来，即
（1-36）
例如，一个16 bit的ADC能处理的数值范围是0～65 535。如果用32 767的电压值来驱动它，可以得到：
如果想让转换器表示正值电压和负值电压，则要把这个满刻度值除以2，还要考虑合适的零点偏移量。
光功率是指光在单位时间内所做的功，光功率的常用单位为mW和dBm，以这两种单位表示的光功率关系为
（1-37）
式中，为光功率，单位为dBm；
为光功率，单位为mW。
光功率对光信号在光纤或自由空间中的传输距离起着决定性作用，光功率越大，光信号传输距离越远，但光功率过大也会带来非线性效应和接收机光饱和问题。通常用光功率计来对光功率进行测量，显示单位可以在mW和dBm之间切换。
光通信系统中，光发射端机或光收发合一模块的性能指标通常用平均发送光功率表示，普通光功率计可用于测量平均发送光功率。用于无源光网络（passive optical network，PON）上行突发光功率测量的功率计称作PON功率计，PON功率计可以测量出1310 nm波长上行突发信号的峰值功率。
插入损耗（简称插损）是指插入光链路中的一个或多个光学部件对光信号造成的衰减，插入损耗的常用单位为dB，插入损耗Li可表示为
（1-38）
式中，
为输入光功率，单位为dBm；
为输出光功率，单位为dBm。
插入损耗是无源光器件的重要指标，无源光器件有波分复用器、解复用器、合路器、分路器、光纤连接器、光开关、光隔离器、光衰减器等。插入损耗越大，对光信号传输质量的影响越大。通常用光源和光功率计测量插入损耗，也可以通过专用的光插入损耗测试仪测量插入损耗。
回波损耗是指光链路中由光纤接口、连接头和通道之间的反射引起的返回的光功率相对输入光功率的衰减。回波损耗的常用单位为 dB，回波损耗
可以表示为
（1-39）
式中，为输入光功率，单位为dBm；
为返回的光功率，单位为dBm。
回波损耗也是无源光器件的重要指标，回波损耗与光反射之间为负数关系。回波损耗越大，光反射信号越弱，对光源和系统的影响越小。通常用光回波损耗测试仪对回波损耗进行测量。光插入损耗测试仪和光回波损耗测试仪通常合二为一，称作光插入损耗和回波损耗测试仪。
光波长是指光波在传播过程中两个相邻的波峰或者两个相邻的波谷之间的长度，光波长的单位通常为 nm。针对不同类型的激光器，光波长的表示方法也不一样，分布式反馈激光器（distributed feedback laser，DFB laser）产生的光波长通常用峰值波长表示，峰值波长为整个光谱曲线上幅度最大点所对应的波长；法布里-珀罗（Fabry-Perot，FP）激光器和垂直腔面发射激光器（vertical cavity surface emitting laser，VCSEL）的光波长通常用中心波长表示。对于连续光谱，中心波长表示为
（1-40）
式中，
为光源波长，单位为nm；
为光源功率谱密度，单位为mW/nm。
光波长是光通信系统中的重要参量，光波长不同的光在光纤中的折射率不同，传输损耗不同，传输带宽也不同。光纤的截止波长也决定了多模和单模传输特性。通常用光谱分析仪或光波长计对光波长进行测量。
光谱宽度（简称谱宽）用于度量光谱或光谱特性的波长范围，谱宽的单位通常为nm。针对不同类型的激光器，谱宽的表示方法也不一样。
均方根（RMS）谱宽：当用高斯函数来近似表示光源功率谱密度分布时，均方根谱宽表示为
（1-41）
式中，
为均方根谱宽，单位为nm；λ为光源波长，单位为nm；λ0为光源中心波长，单位为nm。
−3 dB谱宽：光源输出光谱主纵模峰值波长的幅度下降一半处光谱线两点间的波长间隔，也称半峰全宽（full width at half-maximum，FWHM），单位为nm。
−20 dB谱宽：光源输出光谱主纵模峰值波长的幅度下降20 dB处光谱线两点间的波长间隔，单位为nm。
光纤色散是指在光纤中传输的光信号随着传输距离的增加，由于不同频率或不同模式的光的传输时延不同引起的光脉冲展宽的物理效应。光纤色散是影响系统传输容量和传输距离的主要因素之一。光纤色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不同波长传输同样距离时产生的时间差，单位为ps。
光纤色散根据产生机理不同分为模式色散、材料色散、波导色散、光纤色度色散和偏振模色散等。模式色散是指同一波长下不同模式的光在光纤中的传播时延不同而产生的色散，多模光纤中以模式色散为主。单模光纤中不存在模式色散，主要包括材料色散、波导色散、光纤色度色散和偏振模色散等。材料色散是构成光纤的纤芯和包层材料的折射率（是和频率有关的函数）引起的。由于光纤波导特性，不同频率的光对应的光纤折射率不同，导致全反射角不同，因此不同频率的光的传输路径不同。这种由光纤波导特性引起的色散称为波导色散。光纤色度色散指光源中不同波长的分量在光纤中的群速度不同所引起的光脉冲展宽现象，光纤色度色散包括材料色散和波导色散。工程上通常用光纤色散测试仪来测试光纤色散系数、零色散波长、色散斜率等参数。由于实际光纤中的基模含有两个相互垂直的偏振模，在光沿光纤传播的过程中，光纤难免受到外部的作用，如温度和压力等因素的变化或扰动，使得两模式发生耦合，并且它们的传播速度也不尽相同，从而导致光脉冲展宽，产生偏振模色散，引起信号失真。工程上通常用偏振模色散测试仪来测试偏振模色散。
光束中偏振部分光的强度与整个光的强度之比叫作偏振度，用百分数表示，即
（1-42）
式中，
为光束中偏振部分光的强度，单位为cd；
为光束中自然光的强度，单位为cd。
通常用偏振度测试仪对偏振度进行测试，偏振度大于或等于0，小于或等于1；偏振度越接近1，表示光线的偏振化程度就越高，偏振度为1时即完全偏振。不论是在光纤通信领域还是在光纤传感领域，偏振度都是光源的一个重要指标。
偏振消光比（polarization extinction ratio，PER）是表征保偏光纤等光学元件的偏振保持能力的重要参数。线偏振光沿保偏光纤传输时，有部分能量从激发模耦合到与入射主轴正交的另一主轴上，形成耦合模。偏振消光比为光信号从保偏光纤等光学元件输出时，激发模与耦合模的功率比值，单位为dB。偏振消光比表示为
（1-43）
式中，
为主偏振分量方向探测到的光功率，单位为mW；
为与主偏振分量正交的方向探测到的光功率，单位为mW。
偏振消光比测试仪是测量偏振消光比的重要仪器，广泛用于光纤激光器、光纤光栅、光纤传感器、光纤陀螺等。偏振消光比测试仪的组成结构主要包括可旋转的检偏器和光功率探测器。
光信噪比（optical signal-to-noise ratio，OSNR）是指在光有效带宽为0.1 nm内，光信号功率和噪声功率的比值，单位为dB。光信噪比表示为
（1-44）
式中，
为第i个通路内的信号功率，单位为mW；
为参考光带宽，通常取0.1 nm；
为等效噪声带宽，单位为nm；
为等效噪声带宽范围内的噪声功率，单位为mW。
光信噪比是光性能监测中的关键参数，直接反映光信号传输质量和性能；光信噪比在可重构的动态光网络中，在光网络资源配置、优化和预警等方面具有重要意义；光信噪比监测具有帮助光网络快速完成故障检测和定位，提高资源的分配和利用效率等优势。常见的带外监测技术包括线性插值法、基于可调的窄带滤波器法、阵列波导光栅法等；带内监测技术包括偏置归零法、延时干涉法、基于延时的采样法、高阶统计矩法、相干函数法等。通常用光谱分析仪测量光信噪比。
吞吐量首先在RFC 1242国际标准中被提出和定义，是评估网络设备性能的首要指标，是指被测设备在不丢包的情况下，所能处理、转发的最大数据流量，通常单位有每秒处理报文（packets per second，PPS）/帧数量（frames per second，FPS）、每秒处理字节数量（bytes per second，Bps）、每秒处理位数量（bits per second，bps）等。
RFC 2544国际标准中典型的吞吐量测试方法为二分迭代查找。在进行测试时，测试仪表客户端接口按指定的初始速率，在指定的时间内匀速发送固定长度的报文穿过被测设备，测试仪表服务器端接口接收报文，发送时间结束后，如果服务器端接收的报文数量与客户端发送的报文数量相同，则无丢包，那么成倍提高发送速率（最大值为接口限速），反之则二分降低发送速率，直到前后两次二分迭代的速率差值小于固定阈值（比如接口限速的1%）时停止迭代，测试结果就是最后一次无丢包的发送和接收速率。
以典型的以太网和单位Byte/s为例，物理层吞吐量计算公式为
物理层吞吐量=指定时间内发送或接收的报文总数×[帧前导码(7 Byte)+帧开始符(1 Byte)+帧长(字节长度，如最小报文长度为64 Byte) +帧间隙(12 Byte)]×8/测试时间（单位为s）
测试丢包率的目的是确定受测设备在不同的负载和帧长条件下的丢包率。在进行测试时，测试仪表客户端接口按指定速率，在指定的时间内匀速发送固定长度的报文穿过受测设备，发送时间结束后，按如下公式计算指定吞吐量时的丢包率。
丢包率=(发送报文数量–接收报文数量)×100%/发送报文数量
帧传输时延是指一个帧从源接口到目的接口的总传输时间，包括中间网络设备的处理、转发时间，以及在传输介质（双绞线或者光纤）上的传播时间。其原理是信息通信仪表发送帧时，会把时间戳T1带到报文载荷中，然后进行传输，仪表接收帧时，记录时间戳T2，那么差值(T2–T1)就是帧传输时延。所以测试仪表的时钟精度越高，时延测量就越精确。现代仪表的时延精度一般可以达到25 ns以下，但是实际测试过程中，一般报告单位是μs。
RFC 2544国际标准定义的时延测试，需要先按吞吐量的测试方法测试出各字节长度的吞吐量，然后在各吞吐量的范围内，测试仪表客户端接口在指定的时间内按指定速率（按测试需求定义，一般为吞吐量的20%、50%、80%、100%）匀速发包，然后根据每个报文的时延，计算所有报文的平均时延、最小时延、最大时延等。RFC 2544国际标准要求这样的测试至少要重复20次，最后取20次的平均值。
时延的计算方法有下面4种，其中FIFO也被称为直通交换时延（cut-through latency），常用于测试交换机；LIFO也被称为存储转发（store-and-forward）时延，常用于测试路由器和防火墙等网络设备。
（1）首位进首位出（first bit input and first bit output，FIFO）：报文的第一位进入受测设备输入端口与报文的第一位离开受测设备输出端口的时间间隔。
（2）首位进末位出（first bit input and last bit output，FILO）：报文的第一位进入受测设备输入端口与报文的最后一位离开受测设备输出端口的时间间隔。
（3）末位进首位出（last bit input and first bit output，LIFO）：报文的最后一位进入受测设备输入端口与报文的第一位离开受测设备输出端口的时间间隔。
（4）末位进末位出（last bit input and last bit output，LILO）：报文的最后一位进入受测设备输入端口与报文的最后一位离开受测设备输出端口的时间间隔。
背靠背（back-to-back）的测试目标是获取受测设备的缓冲区大小。典型的测试方法为二分迭代查找，报告单位为报文数量。在进行测试时，测试仪表客户端接口按最小的帧间隙（以太网标准规定最小帧间隙为96 bit），连续发送指定数量的报文穿过受测设备，测试仪表服务器端接口接收报文，报文发送结束后，如果服务器端接收的报文数量与客户端发送的报文数量相同，则无丢包，那么成倍增加发送报文数量，反之则二分减少发送报文数量，直到前后两次二分迭代的报文数量差值小于固定阈值（比如10个报文）时停止迭代，测试结果就是最大可缓存的报文数量。RFC 2544国际标准要求发送的时间不短于2 s，并且建议重复50次取平均值。
网络层和应用层的吞吐量测试基于RFC 2544物理层吞吐量测试标准，是指被测设备在不丢包的情况下，所能处理、转发的最大网络层和应用层数据流量，单位通常也是每秒处理报文/帧数量、每秒处理字节数量、每秒处理位数量等。在进行测试时，一般使用各个推荐帧长的用户数据报协议（user datagram protocol，UDP）报文进行二分迭代测试，测试结果为网络层和应用层吞吐量。计算网络层吞吐量时，计算长度只包括从互联网协议（internet protocol，IP）头部及其后载荷［UDP/传输控制协议（transmission control protocol，TCP）头部和载荷］的长度；计算应用层吞吐量时，计算长度只包括应用层载荷（UDP/TCP载荷）长度，不包含IP和UDP/TCP头部长度。
（1）以典型的以太网IPv4/IPv6和UDP（单位Byte/s）为例，网络层吞吐量计算公式分别为
网络层吞吐量=指定时间内发送或接收的报文总数×[IPv4头部长度(20 Byte)+ UDP头部长度(8 Byte)+UDP载荷长度]×8/测试时间（单位为s）
网络层吞吐量=指定时间内发送或接收的报文总数×[IPv6头部长度(40 Byte)+UDP头部长度(8 Byte)+UDP载荷长度]×8/测试时间（单位为s）
（2）以典型的以太网UDP/TCP（单位Byte/s）为例，应用层吞吐量计算公式为
应用层吞吐量=指定时间内发送或接收的报文总数×(UDP/TCP载荷长度)×8/测试时间（单位为s）
测试TCP/超文本传送协议（hypertext transfer protocol，HTTP）并发连接数的目的是获取受测设备支持的最大TCP/HTTP的并发连接数，因为HTTP是基于TCP连接的，所以一般使用HTTP测试并发连接数，测试结果既是最大TCP并发连接数，也是最大HTTP并发连接数。
在进行测试之前，首先根据受测设备能力或测试需求，指定此次测试的最大并发连接数。测试开始后，测试仪表客户端接口与服务器端接口通过三次握手建立所有的TCP连接。为了验证TCP连接是否正常和活跃，每个TCP连接都要使用HTTP 1.1持续发送Get请求并接收响应，如果每个TCP连接都新建成功，且HTTP请求都正常响应，就意味着受测设备能达到指定的并发连接数。如果有TCP连接新建失败、HTTP请求超时、TCP连接被动关闭等异常情况，说明受测设备达不到指定的并发连接数，则可以根据上一次的测试成功率，重新设置最大并发连接数，重新测试，直到新建连接的HTTP请求成功率达100%为止。
测试TCP新建连接速率的目的是获取受测设备新建TCP连接的最快速率，虚拟用户数量是其主要的调整参数，对应受测设备在完成TCP连接新建时合适的处理队列数。
在进行测试之前，应设置合适的虚拟用户数量。测试开始后，每个虚拟用户在测试仪表客户端接口上，向服务器端接口通过三次握手快速建立TCP连接，连接建立后，服务器立即发送Reset报文关闭连接，测试结束后，可以得出受测设备的最快TCP新建连接速率。调整虚拟用户数量，重新进行测试，得出最佳值。
测试HTTP新建连接速率的目的是获取受测设备新建HTTP连接的最快速率。虚拟用户数量是其重要的调整参数之一，对应受测设备在完成TCP和HTTP处理流程时合适的处理队列数。此项测试与TCP新建连接速率测试的不同在于，建立TCP连接之后，需要发送一个HTTP请求并接收一个HTTP响应来验证TCP连接是否正常和活跃，所以HTTP响应的文件大小也是影响HTTP新建连接速率的重要参数。
在进行测试之前，应设置合适的虚拟用户数量和HTTP响应的文件大小。测试开始后，每个虚拟用户在测试仪表客户端接口上，向服务器端接口通过三次握手快速建立TCP连接，连接建立后，客户端使用HTTP 1.1发送一次Get请求，并接收HTTP响应，然后通过Fin或Reset报文关闭TCP连接，循环往复。客户端发送测试时间结束后，可以得出受测设备的最快HTTP新建连接速率。调整虚拟用户数量，重新进行测试，得出最佳值。
测试HTTP请求速率的目的是获取受测设备处理HTTP请求的最快速率，虚拟用户数量、HTTP响应的文件大小、每条TCP连接完成HTTP请求和响应的次数等都是其重要的调整参数。在每条TCP连接仅完成一次HTTP请求和响应时，此项测试与HTTP新建连接速率测试相同。在每条TCP连接持续进行HTTP请求和大文件响应时，可做吞吐量测试。
在进行测试之前，应设置合适的虚拟用户数量、HTTP响应的文件大小、每条连接完成请求的次数等。测试开始后，每个虚拟用户在测试仪表客户端接口上，向服务器端接口通过三次握手快速建立TCP连接，连接建立后，客户端使用HTTP 1.1发送指定次数的Get请求，并接收HTTP响应，然后通过Fin或Reset报文关闭TCP连接，循环往复。客户端发送测试时间结束后，可以得出受测设备处理HTTP请求的最快速率。调整虚拟用户数量，重新进行测试，得出最佳值。
[1] 张睿, 周峰, 郭隆庆. 无线通信仪表与测试应用[M]. 3 版. 北京: 人民邮电出版社, 2018.
[2] 张颖艳, 岳蕾, 傅栋博, 等. 光通信仪表与测试应用[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2012.
信号是运载消息的工具，是消息的载体，通常包括光信号、声信号、电信号等。例如，人们在马路上遇见红绿灯，知道红灯停、绿灯行，这就属于一种光信号；下课铃声响了，同学们听到声音就知道下课时间到了，这属于声信号；生活中常需要用到的Wi-Fi信号、电话线中传播的信号都属于电信号。人们通过光信号、声信号、电信号等才能得到指示或信息。
在无线通信测试中，我们常需要用到电信号，其可以通过幅度、频率、相位等的变化来表示不同的信息。电信号又可分为模拟信号和数字信号，如图2-1和图2-2所示。模拟信号将连续变化的物理信号（比如说话的声波）直接转换为电信号的连续变化，而数字信号是不连续的、离散的信号。模拟信号和数字信号之间是可以进行转换的。例如，模拟信号经过采样、量化、编码即可转换为数字信号。
图2-1 模拟信号
图2-2 数字信号
一个完整的测试系统一般包括3部分：激励源、被测件和采集仪器。例如，工程师在研发、测试或调试电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如频率响应、噪声系数等，都要求提供符合技术条件的电信号，此时就需要信号发生器来发出电信号，模拟在实际工作中待测设备（device under test，DUT）的激励信号。
信号发生器也被称为信号源，用于产生具有一定特性的电信号，是无线测量和测试中常用的仪表。信号发生器可以分为函数/任意波形发生器（arbitrary waveform generator，AWG）、模拟信号发生器和矢量信号发生器等。其中，函数/任意波形发生器主要用于产生通信中的基带信号和各种电气信号；模拟信号发生器主要用于生成连续波，模拟调幅、调频、调相等信号；矢量信号发生器能够生成各种数字调制信号，如无线通信中常用的四相移相键控（quaternary phase-shift keying，QPSK）信号、正交振幅调制（quadrature amplitude modulation，QAM）信号等，较先进的矢量信号发生器能产生符合无线通信协议要求的信号。随着现代信号发生技术的进步和仪器的多功能集成化，各类型的信号发生器有融合发展的趋势。
本章所述中，凡是产生测试电信号的仪器，都可以称作信号发生器。现代信号发生器大多基于数字技术，许多信号发生器既可以输出模拟信号又可以输出数字信号，但是在专业测试方案中，往往都使用专门的信号发生器，因此分成了许多类型及版本，大致包括基带信号发生器、任意波形发生器、模拟信号发生器和矢量信号发生器等。
在有的工程场合，对信号发生器会有更多类型的细分，表2-1所示为几种常见的信号发生器及其特点和应用。
表2-1 几种常见的信号发生器及其特点和应用
| 类型 |
特点 |
应用 |
|---|---|---|
| 模拟信号发生器 |
产生从基带到射频范围的载波信号及其模拟调制信号 |
射频或微波设计验证 |
| 矢量信号发生器 |
能够进行复杂的QAM，采用内置正交调制器来生成复杂的调制制式矢量信号 |
各类移动通信、GNSS（全球导航卫星系统）、雷达、数字广播电视等的测试 |
| 函数发生器 |
产生多种低频函数波形，功能较为单一 |
通用电气和电子测试 |
| 脉冲发生器 |
强调脉冲信号产生能力，其码型信号产生能力弱于数据发生器，产生的信号频率较高，高的可达几吉赫兹 |
测试线性系统的瞬态响应，测试脉冲数字系统性能 |
| 高压快沿脉冲发生器 |
100 V～10 kV甚至更高输出电压，上升沿达到100 ps量级 |
电磁效应模拟、金属表面处理、污染治理、激光应用、半导体加工测试等 |
| 任意波形发生器 |
可变采样率，可数字化编辑波形 |
仿真实际电路中需要的任意波形 |
| 数据发生器 |
产生通信码型信号 |
产生通信系统的码型信号，用于通信误码分析 |
基带信号发生器（baseband signal generator，BSG）的主要作用是产生基带调制信号，如幅移键控（amplitude-shift keying，ASK）信号、相移键控（phase-shift keying，PSK）信号、频移键控（frequency-shift keying，FSK）信号、QAM信号等。此外，基带信号发生器还被广泛应用作矢量信号发生器中的基带发生单元。为什么要对基带信号进行调制之后再发射？通常原始电信号具有频率很低的频谱分量，由于频谱划分和天线有效收发两方面的原因，不能直接在信道中进行传输，因此需要将原始电信号转换成适合信道传输的信号，再进行传输；通过调制信号可以对多个基带信号进行频谱搬移，从而实现高效的频谱利用，传输数据量更大。扩频调制也可以扩展无线通信信号的带宽，提高抗干扰和抗衰落的能力。
首先介绍3种基本的数字调制方式，即ASK、PSK、FSK。数字信号对载波信号的振幅调制称为ASK。载波信号幅度是随着调制信号而变化的。调制信号为二进制数字信号时（即二进制数字调制时），载波在二进制控制下通断，可称为通断键控（on-off keying，OOK）或开关键控。在2ASK调制中，需要载波信号幅度的两个电平表示2个不同的符号，即0和1；在4ASK调制中，需要载波信号幅度的4个电平表示4个不同的符号，即00、01、10、11。进制越大，相同频带内可以传输的数据就越多，频带利用率越高。
数字信号对载波信号的相位偏移调制称为PSK。在二进制相移键控（binary phase-shift keying，BPSK）中，载波的相位随调制信号1或0而改变，通常1和0代表的相位差为180°。PSK又可称M-PSK或MPSK，M代表传送信号的符号类型数量。目前，PSK有BPSK、QPSK、16PSK、64PSK等，常用的是QPSK。
用数字信号去调制载波的频率称为FSK。在二进制频移键控（2FSK）中，载波频率随调制信号1或0跳变，1对应载波频率f1，0对应载波频率f0。在任意波形发生器中只有一个载波频率的概念，因此另一个载波频率被称为“跳频”。跳频信号抗噪声与抗衰减的性能较好，在中低速数据传输中得到广泛应用。常用的数字调制信号波形如图2-3所示。
图2-3 常用的数字调制信号波形
用两路独立的基带信号对频率相同、相位正交的两个载波幅度进行调幅称为QAM，与3种基本数字调制方式不同的是，QAM有更多的符号，每个符号有对应的相位和振幅。一般有二进制（4QAM）、四进制（16QAM）、八进制（64QAM）等。此外，32QAM（32符号正交调幅）、π/4 DQPSK（四相差分相移键控）、MSK（最小偏移键控）等调制方式也比较常用。通信系统中通常将数字信号表示在复平面上，该复平面称为IQ平面，以直观表示信号以及信号之间的关系，称为星座图。星座图是目前数字调制中的一个基本概念，学过通信原理或者数字通信知识的读者应该知道，要将数字信号发送出去，一般不会直接发送0或者1，而是先将0, 1信号（1 bit）按照一个或者几个组成一组，比如每2 bit组成一组，即有00, 01, 10, 11，总共4种状态；如果每3 bit组成一组则有8种状态，以此类推。选择4QAM（对应前面00,…,11的4种状态）时，4QAM的4个点组成一幅4QAM的星座图，每个点与相邻的点相差90°（幅度是相同的），一个星座点对应一个调制符号，这样每发送一个调制符号，其信息量是发送1 bit的两倍，从而提高传输速率。因此，星座图的作用主要是在调制时进行符号映射，而在接收时判断发送的到底是哪个符号点，从而正确解调数据。常见的星座图如图2-4所示。
图2-4 常见的星座图
基带信号是信息传输和处理的载体，基带信号既可以由基带信号发生器产生，又可以由任意波形发生器产生，还可以由矢量信号发生器内部的基带发生单元产生。基带信号发生器中，数字方式的应用非常广泛。
在研发、生产电子产品时，其电路中会存在各种干扰和响应，包括各式各样的信号缺陷和瞬变，如过脉冲、尖峰、突变、阻尼瞬变等，如果在电路设计中不考虑这些，很有可能会带来不良影响。
通常认为信号源主要给被测电路提供所需要的已知的各种波形信号，而实际上，信号源测试中，更多时候会根据工程师的要求，仿真各种测试信号来测试DUT。
旧式的函数发生器采用模拟的方法，只能产生正弦波、三角波、方波等几种有限的波形信号，且受模拟电路温度漂移、老化等特性影响，输出信号的频率精度低，不稳定。目前，主流的任意波形发生器具备函数发生器的所有功能，可以产生正弦波、方波、三角波等基本波形信号。除此之外，任意波形发生器还可以产生模拟和数字调制信号，支持线性/对数扫频信号和脉冲串的输出。
任意波形发生器有多种应用方式。在产品的调试阶段，工程师需要测试产品的各项参数，检验产品是否符合相关的出厂标准。在这个过程中，任意波形发生器需要发出标准规定的信号，通过测量并记录DUT的响应，将测量结果与标准规定的指标进行对照，并且得出测试结论。另外，对于新开发的模块电路，需要使用任意波形发生器通过测试来确定电路的线性度和单调性等指标。在部分测试项中，任意波形发生器需要在其提供的信号中增加已知的、数量和波形可重复的失真或损伤，通过控制失真或损伤相关的参数即可对DUT进行极限/余量测试。
部分函数/任意波形发生器支持调幅（amplitude modulation，AM）、调频（frequency modulation，FM）、调相（phase modulation，PM）、FSK、ASK、双边带调幅（double sideband amplitude modulation，DSB-AM）等模拟和数字调制功能，也支持扫频功能和脉冲串输出功能，可以通过内部、外部和手动进行触发。当选择内部和手动触发源的时候，可以实现多款不同仪器之间的触发同步。部分系列函数/任意波形发生器可以将离散的数据点存放在存储器中，通过系统时钟产生读取数据的触发信号（信号处理），经过D/A和信号调整，最终生成模拟波形（信号输出）。使用这种“采样原理”理论上几乎可以生成和编辑任意类型和参数的波形。图 2-5 所示为简化的数字化任意波形生成流程。
图2-5 简化的数字化任意波形生成流程
图 2-6 所示为细化的任意波形发生器组成，其基本原理是以一定的频率、顺序从特定的波形存储矩阵中读取幅度数据，形成波形的数字序列，然后通过DAC将数字序列转换为模拟波形。一般来说，波形存储矩阵中的序列是可以通过软件方式自定义的；采样时钟发生器的频率也是可调的；有一些任意波形发生器的采样频率连续可调，有一些只能被设置为主时钟频率的若干倍。
如果任意波形发生器以采样频率fs去采样频率为fo的正弦信号数字序列，则输出的时域波形及其对应的频谱分别如图2-7和图2-8所示。其中，A为幅度，t为时间。
图2-6 细化的任意波形发生器组成
图2-7 时域波形
图2-8 时域波形对应的频谱
fs和fo的比值越大，谐波越小；DAC的等效位越高，宽带杂散越少。在fs和fo的比值接近3 : 1的情况下，谐波已经相当可观，所以必须使用图2-8所示的fs/2低通滤波以滤除谐波，获得一个较纯净的频率分量。
就时域波形而言，任意波形发生器的DAC输出信号主要包含fo、（nfs ± fo）（n是自然数）的谐波频率分量，并且有宽带杂散。和谐波有关的频率分量可以使用式（2-1）粗略计算。其中，δ(t)为冲击函数，f是频谱坐标。
（2-1）
除了正弦连续波信号，任意波形发生器产生的脉冲信号在测试中也有广泛应用。对脉冲信号而言，边沿转换时间是一个非常重要的指标，边沿转换时间也称为上升时间和下降时间，该指标在方波脉冲上非常明显。边沿转换时间是指电平变化量从10%转换到90%所需要的时间，有时也采用从20%转换到80%所需的时间。在现代数字电路中，边沿转换时间通常只有几纳秒甚至更短。该指标主要是由DAC的性能决定的。在高速数字系统中，如果边沿转换时间和脉冲宽度（pulse width）接近，则信号波形将发生紊乱。图2-9展示了脉冲信号边沿转换时间指标。
图2-9 脉冲信号边沿转换时间指标
传统的DAC产生的最大脉冲幅度一般为10 V左右，上升沿一般是500 ps或者以上。但是有的测试需要应用脉冲幅度为100 V～10 kV，甚至更高，并且上升沿达到100 ps量级的脉冲发生器，即高压快沿脉冲发生器。我国已经有多家单位对此开展研究，其中较为常用的架构是Marx源架构（即Marx发生器）。这是一种电压脉冲发生器，能够产生高压脉冲。这种装置利用电容器并行充电、串行放电的原理，从而将较低的直流输入电压转换为高幅度的脉冲电压。Marx发生器的基本结构通常包括以下部分。
（1）电容器：Marx发生器的主要组成部分，它们并行连接以在低压下充电。
（2）开关：每个电容器通过开关与其他电容器串联。这些开关一开始是打开的，并在触发时关闭，使电容器能串行放电。
（3）触发装置：用于控制开关的关闭时机，以确保电容器串行放电。
（4）电阻器：在电路中，电阻器被用来限制电流，以防止器件损坏。
在操作时，所有电容器在并联状态下充电。当需要产生高压脉冲时，触发装置按顺序关闭各个开关，使电容器串行放电。这种架构是由物理学家埃尔温·奥托·马克斯（Erwin Otto Marx）提出的，故称为“Marx源架构”。Marx源架构在高场强电磁效应模拟方面有重要用途，也可用于金属表面处理、污染治理、激光应用、半导体加工测试等。由Marx源架构可知，其输出波形参数可调的自由度不大，而应用场景又差别很大，故市面上缺乏通用的仪表型号，主要以针对某项应用的定制开发为主，后面会介绍典型生产企业。
任何周期性的信号都可以表示为不同频率的正弦波信号之和。正弦波（周期为T）的振幅通常由其峰值电压VPeak、峰峰值电压VPk-Pk或均方根值VRMS来指定，如图2-10所示。测量这些值时都假定波形的偏移电压为零。
波形的峰值电压VPeak是波形中所有点的最大绝对值，峰峰值电压VPk-Pk是最大值和最小值之差。均方根值电压VRMS是通过以下计算方式得到的：将波形中每个点的电压的平方相加，然后用总和除以点数，再求出商的平方根。波形的均方根值也可计算信号在一个周期的平均功率P，即
（2-2）
式中，
为当前系统的负载阻值。
图2-10 一个周期正弦波信号的多种振幅表示方式
波峰因数是信号幅度峰值与其均方根值之比，由于波形的不同，波峰因数会有所不同。表2-2列出了常见的波形及其均方根值。
表2-2 常见的波形及其均方根值
| 波形 |
峰值VPeak |
均方根VRMS |
功率/W |
|
|---|---|---|---|---|
| 正弦波 |
|
|
|
|
| 方波 |
|
|
V |
|
| 三角波 |
|
|
|
|
在任意波形发生器的选择中，以下指标是较为关键的。
就图2-6所示而言，每样值分辨率指标指波形数据和D/A的二进制位数。如某任意波形发生器的每样值分辨率为14 bit，则DAC是14 bit的。该指标越高，说明波形量化越细腻，因量化产生的杂散频谱分量越少。该指标决定了任意波形发生器能够输出的幅度分辨率，以及量化噪声。对于DAC来说，其量化噪声决定的信噪比为
SNR=6.02b+1.76 dB （2-3）
式中，b为DAC的位数。
可见，位数越大，量化噪声带来的信噪比越高，位数每增加1 bit，信噪比就提高约6 dB。
波形深度指波形存储器中的样值点数。现代无线通信系统中很多信号都是非周期性的，一个完整的信号序列需要较长的持续时间。波形深度越大，生成长时间复杂信号的能力越强。例如，某任意波形发生器的波形深度是8 Mpts，则说明最多存储800万个数据点。
最高采样率指DAC的最高采样速率，根据奈奎斯特定理，该指标越大，则能够产生频率越高的分量。对于宽带无线通信中的基带信号，由于其码片速率较高，对应带宽大，就必须采用具有相应采样率的任意波形发生器。需要特别指出的是，一般任意波形发生器的采样率可以在最高采样率允许的范围内设置，在目标信号和现有任意波形发生器硬件配置一定的情况下，并非将采样率设置得越高越好，因为存在以下约束关系。
采样率×波形定义时间=波形深度 （2-4）
在波形深度一定的情况下，采样率越高，则波形定义时间越短。波形定义时间短则有可能不足以完整地描述信号，所以设置采样率必须折中考虑。
由于任意波形发生器的结构特点，谐波的产生是不可避免的，故必须使用滤波器，即使如此，谐波仍然残存。总谐波失真（total harmonic distortion，THD）被定义为所有谐波分量和基波分量的功率比值。例如，某任意波形发生器的总谐波失真是0.04%，说明谐波分量功率总和是基波分量功率总和的0.04%。
时钟精度又称为时基精度，是信号源产品最重要的指标之一，它决定了信号源输出频率与理想频率之间的误差，通常以10−6（百万分之一）为单位，由信号源采用的时钟振荡器的精度决定。例如，某任意波形发生器标称的出厂时钟精度为2×10−6，则意味着输出频率和理想频率之间的误差小于百万分之二。另外，时钟精度指标是会随时间的推移而恶化的，称为老化率。一般有第一年老化率和10年老化率指标，也以10−6为单位。如果一款任意波形发生器标称的出厂时钟精度为2×10−6，第一年老化率为1×10−6，则出厂之后一年内能保证的时钟精度为3×10−6。
垂直精度指特定频率下输出信号幅度的精度，包括增益误差和直流偏置误差两部分，一般用±(x%+y)的形式来表示，其中x%表示增益误差的相对值，y表示直流偏置误差的绝对值。例如，某任意波形发生器的垂直精度为±(1%+1 mV)，表示它的输出增益误差在1%以内，直流偏置误差在1 mV以内。对于100 mV幅度的输出，其最大误差的绝对值为100 mV×1%+1 mV=2 mV；对于0 V的直流输出，其最大误差的绝对值为0×1%+1 mV=1 mV。
幅度平坦度即频率响应，与示波器的频率响应指标定义是一致的。不同的是，信号源会针对单音信号做专门的校正和补偿，因此对单音信号来说，幅度平坦度可以做到比较好的精度。这也可以解释，为什么用正弦波测试和用高斯白噪声测试得到的信号源频率响应是不一样的。
输出阻抗为信号源的内阻。因为信号源一般采用特征阻抗为50 Ω的同轴电缆与外部连接，所以输出阻抗一般取值为50 Ω，以达到阻抗匹配的目的。
射频表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围为300 kHz～300 GHz，对于有些在这个频率范围以外但靠近这个频率范围的信号发生器，工程上为了方便也可以统称“模拟信号发生器”。模拟信号发生器主要用来生成连续波信号、AM信号、FM信号、PM信号和部分脉冲调制信号等，不具备数字矢量调制功能。也许有的读者会产生这样的疑问：既然多功能矢量信号发生器既可以产生基带信号，还可以产生连续波信号和矢量调制信号，那么模拟信号发生器还有什么意义？“专用”往往意味着“精良”，模拟信号发生器尽管功能相对简单，但是与矢量信号发生器相比，它往往能够提供电平和频率更加精确、稳定的模拟信号，另外其成本一般更低。
接下来分析模拟信号发生器的技术指标。就信号发生器而言，功率、频率是非常基本的参量，在无线通信测试中，这些参量是其他复杂参量的基础，要保证信号发生器参量的准确性，选择高质量的仪表、建立严格的仪表计量管理制度是必要的。下面介绍主要指标。
最大输出功率：信号发生器能提供给额定负载阻抗的最大功率。
输出功率范围：在给定频段内可以获得的可调功率范围。
功率（或电平）准确度和稳定度：准确度是指信号发生器功率设置值和实际功率值的一致性，一般用两者的差值表征；稳定度是指信号源的输出功率随时间变化的特性。在无线通信测试中，一旦功率随时间发生显著变化，将影响测试结果的一致性。
功率平坦度：在某一指定输出功率条件下输出信号的实际输出功率值随频率的相对起伏值。
功率电平转换时间：从电平开始变化起，到电平接近新选定的额定值并且保持在所规定的误差范围内的时间间隔。
输出功率分辨力：在给定输出功率范围内能够得到并重复产生的最小功率变化量。
输出电平稳定度：输出电平随温度、负载、电源电压等条件变化而变化的程度。
输出阻抗：在信号发生器输出端往里看所呈现的阻抗。
源电压驻波比：信号发生器由于外接负载特性而引起的射频输出端口驻波电压最大值和驻波电压最小值之比，它反映了信号发生器输出阻抗偏离标称阻抗的程度。
稳幅模式：微波信号发生器中稳幅环路的工作模式，有内稳幅、外稳幅、功率计稳幅和源模块稳幅等几种。内稳幅是指采用内置功率传感器作为稳幅环路的反馈检测器件的工作模式。外稳幅是指采用外置功率传感器作为稳幅环路的反馈检测器件的工作模式。功率计稳幅是指采用外置功率计作为稳幅环路的反馈检测器件的工作模式。源模块稳幅是指采用外置倍频源模块中的功率传感器作为稳幅环路的反馈检测器件的工作模式。
频率的准确性和稳定性取决于内部时基，频率的不稳定性体现在随时间、电源稳定度、温度变化等的变化。例如，fcw（连续波频率）=1 GHz，τaging（漂移率）= 0.1×10−6/年，校准间隔为1年，则精度（最差情况下）=连续波频率×漂移率×校准间隔=(1×109)×(0.1×10–6)×1=100 Hz。
除了功率和频率的准确性，频谱纯度也值得关注。影响频谱纯度的非理想因素包括单边带相位噪声（SSB phase noise）、谐波寄生、分谐波寄生、非谐波寄生、剩余调频等，如图2-11所示。
频谱纯度是衡量输出信号频率稳定性的一项非常重要的指标，它主要是因为有非随机或确定的信号、不确定的信号、噪声（包括散粒噪声和1/f噪声）被调制到载波上产生的。调制的途径有幅度调制和相位调制两种。
有关信号发生器频谱纯度的指标主要如下。
谐波：频率为基波频率整数倍的正弦波。
图2-11 影响频谱纯度的非理想因素
分谐波：频率为基波频率整分数（比如1/2、1/3）的正弦波。
非谐波：频率不等于基波频率整分数或整数倍的正弦波。
载波的相对谐波含量：一个或一组谐波输出信号的有效值（或功率值）与载波基波有效值（或功率值）之比，用百分数或低于载波功率的分贝数表示。
载波的相对分谐波含量：规定的分谐波输出信号的有效值（或功率值）与载波基波有效值（或功率值）之比，用低于载波功率的分贝数表示。
剩余调频：信号发生器输出的无调制连续波信号在规定带宽内的等效调频频偏。
单边带相位噪声：随机噪声对载波信号的调相产生的连续谱边带，用距离载波某一频偏处单边带中单位带宽内的噪声功率对载波功率的比值表示。
在无线通信测试中，可以通过滤波等技术手段对谐波等因素进行限制。下面重点介绍相位噪声指标。
一个理想的连续波信号的表达式为
C(t)=cos2πfct （2-5）
式中，fc为载波频率；t为时间。但是由于存在相位噪声，因此有
C(t)=cos[2πfct+θ(t)] （2-6）
式中，θ(t)为一个随机变量。从时域上看，θ(t)表现为抖动；从频域上看，θ(t)表现为相位噪声。相位噪声不同于宽带白噪声，从频谱上看，距离载波越近，相位噪声的功率谱密度越大，所以滤波对于消除相位噪声的效果不明显。相位噪声太大，意味着引入了新的干扰。
图2-12所示为创远信科（上海）技术股份有限公司（简称创远信科）T3661A信号源（7.5 GHz）采用选件H03A后测得的单边带相位噪声。
一般来说，随着频率提高，相位噪声有增加的趋势。这主要是由于在频率合成技术中，高频段使用了倍频器等非线性器件，引入了新的相位噪声。
图2-12 创远信科T3661A信号源（7.5 GHz）采用选件H03A后测得的单边带相位噪声
即使在无线通信高度数字化的今天，在无线通信测试中，AM信号、FM信号、PM信号等模拟信号应用仍然广泛，如在电磁兼容测试中，AM信号就被较多使用。因此，模拟信号发生器一般具备AM、FM、PM等功能。和这些调制相关的参量包括调幅频率、调幅深度、调频频率、最大调频频偏、调相频率、相位偏移等。下面介绍几种模拟调制。
（1）调幅
调幅是按照给定的规律，改变载波幅度的过程。调幅信号波形如图2-13所示。调幅的主要技术参数如下。
图2-13 调幅信号波形
调幅带宽：在给定调幅误差容限的情况下调制信号的频率范围。
调幅深度：调幅信号最大和最小幅度之差的一半与这些幅度平均值之比。
调幅频响：在给定调幅深度的情况下，在调制信号的频率范围内实际调幅深度随调制信号频率的相对起伏。
调幅失真：理想解调后的调幅信号相对调制前调幅信号的波形变化。
调幅准确度：调幅深度指示值和相应的真值的接近程度。
特别地，对于AM信号，还有一个容易被忽略的指标：调幅的伴随调相（incidental phase modulation）。下面介绍该指标。一个理想的载波频率为fc、调幅频率为fa、调幅深度为D的AM信号的表达式为
（2-7）
但是实际上由于调幅器件的不理想，在调幅的时候往往伴随调相，实际发射的调幅信号表达式为
（2-8）
式中，Ψ为相位差；β为伴随调相指数，是衡量AM信号纯度的一个重要指标。
从频谱上看，式（2-8）所示的信号不是理想的“载波+两个边带连续波分量”形式，而是存在大量调相产生的谐波分量。在对调幅信号频谱纯度要求高的测试场合，应当选择伴随调相较小的AM信号发生器。传统上对伴随调相的测量是比较困难的，为了解决这一问题，笔者提出了基于正交矢量解调的测量技术，可以用简单、明确的方法测量伴随调相。
（2）调频
调频是按照给定的规律，改变载波频率的过程。调频信号波形如图2-14所示。其中，横轴t指时间（μs），纵轴A指幅度（V）。
图2-14 调频信号波形
调频的主要技术参数如下。
最大调频频偏：已调载波频率相对未调制载波频率的最大偏移量。
调频失真：理想解调后的调频信号相对调制前的调频信号的波形变化。
调频带宽：在给定调频频偏误差容限的情况下调制信号的带宽范围。
调制频偏准确度：调频频偏指示值和相应的真值的接近程度。
调频频偏灵敏度：调制信号强度的单位变化引起的调频频偏的变化量。
（3）调相
调相是按照给定的规律，改变载波信号相位的过程。与调相有关的技术参数如下。
最大相位偏移：已调载波相位相对未调制载波相位的最大偏移量。
调相失真：理想解调后的调相信号相对调制前的调相信号的波形变化。
调相带宽：在给定调相相偏误差容限的情况下调制信号的带宽范围。
调相相偏准确度：调相相偏指示值和相应的真值的接近程度。
调相相偏灵敏度：调制信号强度的单位变化引起的调相相偏的变化量。
（4）脉冲调制
脉冲调制：按给定规律，载波在未调制电平和零电平之间重复接通和断开，而形成随脉冲变化的射频脉冲信号的过程。脉冲调制信号波形如图2-15所示。
与脉冲调制有关的技术参数如下。
图2-15 脉冲调制信号波形
脉冲周期：在周期脉冲序列中，某个脉冲波形的起始时间与紧邻的脉冲波形的起始时间的间隔。
脉冲重复频率：脉冲重复周期的倒数。
脉冲宽度：脉冲起始时间与脉冲终止时间的间隔，一般是从脉冲幅度的50%到50%的时间间隔。
开关比：脉冲内输出的载波信号功率与在其余时间输出的剩余载波信号的功率之比，以分贝形式表示。
上升、下降时间：已调脉冲包络前后沿过渡波形的过渡持续时间，一般是从脉冲幅度的10%～90%的变化时间，有时也指20%～80%的变化时间。
脉冲压缩：已调载波脉冲宽度相对基带脉冲信号宽度的变化。
射频脉冲时延：已调载波脉冲前沿相对基带脉冲前沿的时间间隔，在脉冲幅度的50%处测量。
脉冲过冲：已调载波脉冲前后过渡的失真，在此期间其数值超过稳态脉冲幅度，以脉冲幅度的百分数表示。
电平准确度：已调载波脉冲电平相对未调制前的连续波电平的变化量，以分贝形式表示。
在生成基带信号、任意波信号、连续波信号等方面，有一些具有共性的技术。
例如，频率合成技术是指用于生成功率和频率稳定的连续波信号的技术。连续波是非常简单、基础的信号。目前，主流的频率合成技术的比较如表2-3所示。
表2-3 主流的频率合成技术的比较
| 频率合成技术 |
优点 |
缺点 |
应用 |
|---|---|---|---|
| 直接模拟频率合成技术 |
稳定度高 |
频率固定 |
参考时钟 |
| 间接频率合成技术 |
可达到很高的频率和较折中的频率分辨率 |
需要折中相位噪声和频率分辨率 |
上下变频的本振源，射频载波信号 |
| 直接数字频率合成（direct digital frequency synthesis，DDS）技术 |
频率分辨率高，频率切换速度快 |
频率范围较低，同时含有谐波和量化杂散分量 |
复杂波形的合成，跳频通信系统的载波 |
在现代信号发生器的频率合成模块中，多种技术结合使用可以达到频率范围、频率分辨率、相位噪声、电平准确度等指标折中和优化的目的。
直接模拟频率合成技术利用一个或多个不同的晶体振荡器作为基准信号源，经过倍频、分频、混频等途径直接产生许多频率离散的输出信号。
间接频率合成技术主要指锁相环（phase-locked loop，PLL）技术。锁相环技术利用频率和相位负反馈原理实现频率变换，集成锁相环体积小、质量轻、功耗低、方便、灵活，寄生输出大幅度降低。它通过相位负反馈的方法把一个电调谐振荡器［如压控振荡器（voltage controlled oscillator，VCO）］与频率参考相联系。环路中的鉴相器比较来自频率参考为fr的输入信号和来自VCO反馈网络的频率为fv的输入信号的相位，输出一个与相位误差成单调关系的误差电平，经环路滤波器形成VCO调谐电压，调整VCO的频率，使VCO的输出频率fo锁定到参考频率fr上。这样我们可以通过选取频率稳定度高的频率参考来提高输出信号的频率稳定度。由于锁相环本身的特性，锁相式频率合成器的频率切换时间相对较长，基本在几十微秒以上。
DDS技术通常被视为第三代频率合成技术。DDS技术突破了以往技术，从相位的概念出发进行频率合成。这种技术不仅可以产生不同频率的余弦波，而且可以控制波形的初始相位，产生任意波形。
目前，任意波形发生器普遍采用DDS技术来实现任意波形的输出。DDS技术使用数字查表的方法来产生周期信号，再经过高速DAC将数字波形转换为模拟波形输出。相对于直接模拟频率合成技术，使用DDS技术产生的信号的频率具有稳定度好、分辨率高和切换速度快等优点，并且只要更新波形查找表的内容，理论上可生成任意波形的周期信号，非常灵活。
DDS技术有查表法和计算法两种基本合成方法。对于查表法，RAM查询法结构简单，故现在的函数信号发生器或者基带信号发生器基本都以RAM查询的方式实现信号生成，只需要在RAM中存放所需信号的不同相位对应的幅度序列，然后通过相位累加器的输出对其进行寻址，经过D/A和低通滤波（LPF）输出便可以得到所需要的模拟信号。DDS系统的基本原理结构如图2-16所示。
图2-16 DDS系统的基本原理结构
如图2-16所示，在时钟脉冲的控制下，频率控制字（frequency tuning word，FTW）由相位累加器得到相应的相位。相位寻址波形存储器（RAM）进行相位到幅度的变换以输出不同的幅度编码，经过DAC得到相应的阶梯连续波，最后经过低通滤波器（low-pass filter，LPF）对阶梯连续波进行平滑，即得到由FTW决定的连续变化的模拟信号。相位累加器是实现DDS技术的核心，它由一个N位字长的二进制加法器和一个由固定时钟脉冲取样的N位相位寄存器组成，在每个时钟脉冲到达时，相位寄存器采用上个时钟周期内相位寄存器的值与FTW之和，并将其作为相位累加器在这一时钟周期的输出。
但DDS技术在产生任意波形时有两个固有缺陷：波形细节的丢失和抖动。
下面分析波形细节丢失的原因，DDS系统的工作时钟频率（fs）是固定的，通过改变查表的地址间隔来实现指定的输出频率（fout），这个可变地址间隔称为即为FTW，它的二进制位数为N。fout的计算遵从式（2-9）。
（2-9）
当FTW＞1，即fout ＞fs/2N时，波形存储器中的某些点会被跳过。这对于正弦波来说是无关紧要的，但是对于包含某些重要细节（如毛刺）的任意波形，则意味着信息的丢失。
以图2-17所示为例，以每3个点的间隔输出波形，以FTW=2输出，会导致部分波形细节的丢失。
图2-17 DDS系统采样中波形细节丢失示意
使用DDS技术产生带有波形阶跃的任意波形时，如果fs与fout不成整数倍关系，输出会产生一个采样周期的抖动。以图2-18所示为例，假设存储在波形查找表中的波形为10个点的方波，以FTW=3输出，则实际输出周期可能为4个采样周期，也可能为3个采样周期。
图2-18 采样周期示例
如果DDS系统采用可变时钟的方案来实现任意波形逐点输出，那么我们可以将它理解为采样时钟频率fs可变，且FTW=1的DDS技术。此时，波形数据是逐点输出的，因此不存在波形细节丢失的问题；由于波形查找表的长度L是固定的，根据fout的计算公式：
（2-10）
可以看到，要改变fout的大小，就必须改变fs。因此，这种方法需要采样时钟源能够输出可变的、频率分辨率极高的高速采样时钟，无疑会大大增加系统的设计复杂度和成本。
考虑DDS技术的缺点，下面将介绍DDS技术的改进。我国企业在DDS技术上进行了改进，形成了一些新的信号生成技术，如下所述。
深圳市鼎阳科技股份有限公司（简称鼎阳科技）提出了脉冲发生算法，即EasyPulse技术，如图2-19所示。基于这项新的技术，信号源能够产生低抖动、具有不受频率影响的快速上升/下降沿、占空比极小、边沿和脉宽可大范围精细调节的脉冲信号。
图2-19 EasyPulse技术
EasyPulse技术的创新表现在：在频率很低（小于1 Hz）时仍然能够输出具有快速上升/下降沿（6 ns）的脉冲；低频率时同样可以保持最小12 ns的脉宽，占空比可小至0.0001%；不需要更新任何波形数据，脉冲的各个参数可快速改变；边沿、脉宽可大范围精细调节。
图2-20、图2-21所示为普通DDS技术和EasyPulse技术基于同一组数据的对比。输出1 Hz频率脉冲时，EasyPulse脉冲宽度可以为最小值12 ns，占空比极小（小于0.0001%）；但是普通DDS脉冲宽度较大，占空比大于0.3%。EasyPulse技术可实现比普通DDS技术更陡的脉冲边沿。
图2-20 EasyPulse脉冲与普通DDS脉冲的占空比对比
图2-21 EasyPulse脉冲与普通DDS脉冲的上升沿对比
如图2-22所示，输出0.1 Hz频率脉冲时，EasyPulse脉冲的边沿可以大范围调节，最小边沿为6 ns，最大边沿可调到6 s；普通DDS脉冲的边沿调节受到较大限制。
图2-22 EasyPulse脉冲与普通DDS脉冲的可调节边沿范围对比
鼎阳科技提出的TrueArb技术，兼顾了DDS技术的简单、灵活和逐点输出技术对信号原始信息保留的优点。它采用频率固定的工作时钟，在现场可编程门阵列（field programmable gate array，FPGA）中实现采样率的转换，做到任意波形逐点输出。
如图2-23所示，采样时钟方面，TrueArb技术和DDS技术一样使用固定频率为fs的工作时钟，避免了使用复杂度高的可变采样时钟方案；采样时钟进入FPGA后，通过DDS的方式产生逐点输出需要的等效采样数字时钟频率
，保证查表方式按FTW=1的逐点输出形式来进行；从查找表输出的数据率与同步，需要经过采样率转换后切换到fs的时钟域，再通过DAC以fs的固定采样率转换为模拟信号。
图2-23 TrueArb原理
图2-24所示为DDS技术和TrueArb技术基于同一组数据的对比。DDS技术由于不采用逐点输出，其信号细节（叠加在低电平上的等间隔毛刺）已丢失；TrueArb技术能无失真地还原数据。
图2-24 DDS技术和TrueArb技术基于同一组数据的对比
图2-25所示为DDS技术和TrueArb技术在输出同一个任意波形时，在抖动指标上表现出来的差异。在这个例子中，DDS技术和TrueArb技术的工作时钟频率都是 300 MHz，输出信号频率相同且与工作时钟频率不成整数倍关系。从图 2-25中可以看出，在10 ns的时基下放大观察，DDS技术的输出信号存在1个工作时钟周期（3.3 ns）的抖动；TrueArb技术则不存在这个问题，其输出抖动非常小。
图2-25 DDS技术与TrueArb技术抖动测量结果对比
高保真脉冲波形生成技术是指能够产生具有高精度、低失真和快速边沿的脉冲信号的技术。这种技术在雷达、通信、测量、高速数字电路测试以及科学研究中有着广泛的应用。
为消除DDS技术高频时混叠产生的失真，有的任意波形发生器［如优利德科技（中国）股份有限公司（简称优利德）的UTG9604T］中的方波采用将正弦波通过比较器的方式产生，并通过改变比较器的阈值，改变波形的占空比。方波产生电路如图2-26所示。
图2-26 方波产生电路
此外，为获得分辨率高、频率抖动小、边沿连续可调节的宽频带脉冲波，可以采用不同于DDS技术的全新设计技术——高保真脉冲波形生成技术。该技术产生的脉冲波由上升沿、脉宽高电平、下降沿和脉宽低电平4个阶段组成，如图2-27所示，并按照状态机的4个状态循环工作。
图2-27 脉冲运行状态
边沿查找表中只存储脉冲波边沿的波形，并通过状态机的控制依次输出脉冲波的4种状态。为了得到精确的边沿时间精度控制，在原有的相位累加架构上增加了16位二进制浮点运算，这样可以大幅度提高边沿相位分辨率。脉冲波生成硬件架构如图2-28所示。
图2-28 脉冲波生成硬件架构
软件定义无线电技术基于软件定义的无线通信协议和波形而非通过纯硬件实现。换言之，频带、空中接口协议和波形等可通过软件下载来更新、升级，而不用更换硬件。它提供针对多模式、多频和多功能无线通信的灵活、快速解决方案。
典型地，中星联华科技（北京）有限公司（简称中星联华科技）的SignalPro信号生成软件即软件定义无线电技术的应用，可实现填表式生成各类复杂调制信号，用户无须了解信号机理，只需填入所需信号的基本参数信息即可方便、快捷地一键式生成所需波形。另外，在信号生成软件界面上会直观显示待生成信号的时域、频域及调制域的仿真结果。整个信号产生过程简单直观、方便快捷，大幅度减少了测试人员的工作时间，降低了测试难度，提高了测试效率。
SignalPro信号生成软件是一套以数字方式合成同相正交（in-phase quadrature，IQ）基带信号、中频（intermediate frequency，IF）信号和射频（RF）信号的工具软件包，该软件支持广泛的调制信号种类，以及中星联华科技的SL4301A射频信号采集记录回放系统。
SignalPro信号生成软件广泛兼容主流厂家的任意波形发生器和矢量信号源，是一款兼容性极佳的平台级信号生成产品，其使得复杂场景模拟更加简单。SignalPro信号生成软件的主要特点如下。
（1）支持丰富的调制方式（有55种调制方式，如图2-29所示）。
图2-29 SignalPro信号生成软件支持的调制方式
（2）集成度高：集射频/中频/基带（RF/IF/IQ）信号生成和编辑功能于一体。
（3）操作简单：填入基本参数信息即可方便、快捷地一键式生成所需波形。
（4）多域显示：直观显示待生成信号的时域、频域及调制域的仿真结果。
（5）功能强大：支持雷达、无线通信、卫星通信、复杂电磁环境、回放、跳频、多音、预失真校准、高斯噪声等信号的生成。
（6）支持国外主流厂家的信号源。
（7）具有预失真校准功能：支持国外主流实时示波器进行预失真校准；支持RF校准、“IF+变频器”校准、“IQ+变频器”校准。
（8）支持在线和离线波形生成。
（9）支持仪器内置和远程计算机控制。
宽带微波毫米波频率合成技术可分为两大类：YIG（钇铁石榴石）式和直接模拟式。YIG式是基于YIG振荡器实现的，并利用间接频率合成技术将其锁定在一低相位噪声参考上，该技术在10 MHz～40 GHz的频率范围内具有非常低的相位噪声基底（-160 dBc），其切换速度受限于YIG调谐线圈的电感量，建议是ms级以上。直接模拟式是基于直接模拟频率合成技术实现的，它组合使用DDS技术以得到精细的频率步进，该技术更加复杂，但它能够实现快速切换（0.2 μs）的同时相位噪声更低，且信号调制模拟能力很强。
目前信号源的幅度或功率控制技术主要有两种：直接衰减和自动电平控制。直接衰减利用机械的或电子的衰减器提供衰减以实现大范围的功率输出。自动电平控制（automatic level control，ALC）是目前常用的幅度控制技术，它利用负反馈技术实现了高精度和高稳定度的信号幅度控制。
在典型的ALC环结构中，射频信号的一部分经检波器转换为与射频信号幅度成正比的直流电压信号，将该电压在ALC驱动器里与预设的参考电压相比，积分后形成误差电压，误差电压调整ALC调制器的衰减量直到检波直流电压和参考电压相同，从而调整输出信号幅度与预置电平幅度一致，实现自动电平控制。通过改变ALC驱动器中的参考电压，即可方便地改变输出信号幅度。
模拟信号发生器可以提供广泛的功能，但更复杂的调制方案或数字信号的调制需要矢量信号发生器来实现。矢量信号发生器比模拟信号发生器多了基带信号发生器和调制器，能够进行复杂的正交调幅，以生成复杂的调制制式矢量信号，比如3GPP（第三代合作伙伴计划）规定的各类移动通信信号、GNSS导航信号、各种雷达信号等。
图2-30所示为矢量信号发生器的结构，可以看到，矢量信号发生器内部有基带成形滤波器、连续波发生器和符号映射器等。
如图2-30所示，矢量调制信号即图中的V(t)。前面已经阐述了任意波形发生器和连续波发生器的结构、指标。使用IQ基带信号对连续波进行正交调制，就可以得到矢量调制信号。将连续波和基带信号联系起来成为调制信号的是调制器，调制器是一种特殊的半导体器件。衡量调制器的指标有群时延、带宽等，目前，较先进的调制器带宽可超过2 GHz。在现代信息通信系统中，数字调制信号是应用非常广泛、非常重要的信号。绝大多数数字调制信号可以通过正交调制结构生成。正交调制结构的通用性体现在：只需对基带信号进行合理定义，而不需要对调制器硬件做任何调整就能够得到各种不同的信号。由于基带信号的波形可以通过数字和软件方式灵活定义，这种结构在成本受限的前提下，大大丰富了矢量信号发生器的功能和应用。如果基带的同相分量信号为I(t)，正交分量信号为Q(t)，载波频率是fc，则从图2-30所示可知，理想的正交调制信号可以表示为
（2-11）
图2-30 矢量信号发生器的结构
图2-31所示为从基带信号调制到射频信号的示意。
图2-31 从基带信号调制到射频信号的示意
基带信号一般是中心频率为0的信号。基带信号和已调制信号的频谱如图2-32所示。
图2-32 基带信号和已调制信号的频谱
在图2-30所示的结构中，基带成形滤波器是为了限制带宽而设置的，为了不引入码间干扰，一般使用滚降升余弦滤波器（raise cosine filter，RCF），这种滤波器的关键参数是滚降系数α，α越小，则滤波器频率响应越陡峭，信号占用带宽（occupied bandwidth）越小。设符号速率为Fs，则已调制信号的占用带宽B表示为
（2-12）
升余弦滤波器参数α对带宽幅度响应的影响如图2-33所示。
图2-33 升余弦滤波器参数α对带宽幅度响应的影响
显然，α越小，滤波器性能越理想，但是在通信系统中性能和复杂度往往是相互制约的。由于频域相乘等效为时域卷积，目前数字滤波器很多是通过时域卷积实现的，卷积运算的基本流程是：信号抽样与加权系数相乘、相加。在FPGA等硬件中实现时，α越小，则需要的抽头数越多，意味着更大的集成电路面积和更高的复杂度，也耗费更多的数字信号处理时间。
在无线测试中，矢量调制信号要经过各种各样的传输通道，如射频同轴线、微带线等。如果这些传输通道的频率响应不够理想（指幅频特性不平坦和相频特性非线性），信号通过后会失真，典型的误差指标即EVM会变大，解调后从眼图中可以观察到明显的码间干扰。为了让读者有更直观的认识，下面给出一组试验结果，在试验中，让宽带矢量调制信号（BPSK信号）通过某同轴滤波器截止频率附近的非理想频段，解调后发现EVM值从0.5%上升到12%左右，从矢量图和眼图中观察到了码间干扰。图2-34和图2-35所示分别为失真调制信号的眼图和矢量图。
图2-34 失真调制信号的眼图
图2-35 失真调制信号的矢量图
关于根据传输通道的非理想特性计算矢量调制信号的误差指标，我们曾做过专题研究。在实际测试中，老化损坏的射频电缆、频率响应不理想的微带线、天线等，均有可能对矢量调制信号造成损伤。在传统的低阶调制（如BPSK）和带宽不大（如1 MHz以下）的情况下，这种损伤对于系统性能和测试结果的影响是不显著的；但是随着无线通信调制结构越来越复杂、带宽越来越大（如5G信号、Wi-Fi 6信号、Wi-Fi 7信号），这种损伤对于调制信号是不容忽视的。图2-36展示了存在码间干扰的QPSK和64QAM信号矢量图，显然矢量图是发散的，可以直观判断；程度类似的码间干扰对64QAM系统误比特率的影响更大，这主要是因为高阶调制对干扰（无论是外来干扰还是码间干扰）更加敏感。因此，在涉及高阶、宽带调制信号的无线测试场合，为保证测试、测量准确度，建议使用高质量的信号发生器及其配件（如电缆、天线）。
对于I/Q增益不平衡、相位不平衡、外加连续波干扰、相位噪声、加性高斯白噪声等因素造成的数字调制信号EVM恶化，此处不展开论述。
图2-36 存在码间干扰的QPSK和64QAM信号矢量图
（1）CUSTOM模式。CUSTOM模式就是自定义模式/快速创建模式，可以本地生成对应的符合测试标准的通用调制类型的信号，一般信号的种类如下。
QAM：16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM、512QAM、1024QAM等。
PSK：BPSK、QPSK、8PSK、DBPSK、DQPSK、D8PSK、OQPSK、PI/8-D8PSK、PI/4-DQPSK等。
FSK：2FSK、4FSK、8FSK、16FSK、MSK等。
ASK：2ASK、4ASK、8ASK、16ASK等。
（2）ARB（波形回放）模式。ARB模式主要用来播放预先生成的任意波形文件，包括CUSTOM模式产生的文件，MATLAB、Excel等产生的波形数据流文件；播放波形序列。具体形式如下。
① 播放波形文件。在易失性波形段及波形序列目录下，选择需要播放的波形段或波形序列，选中的波形段或波形序列会被突出显示。
（a）易失性存储器，是一种基带信号发生器（BBG）存储介质，类似计算机的内存，可以从这一存储介质中选择播放或编辑波形文件。
（b）非易失性存储器，是一种内部存储介质或外部［通用串行总线（USB）］存储介质，类似计算机的硬盘，可以在其中存储波形文件，但不能直接播放在其中存储的波形文件。
② 播放波形序列。波形序列可以包含一个或者多个波形段，或者波形段和其他波形序列的自由组合。在播放波形序列时，信号发生器会对波形段进行拼接，然后将其加载到内存中进行播放，同时可以设置包含在波形序列中的波形段或者序列的重复次数。
（3）添加AWGN模式。噪声是所有通信信道的一个固有部分。通过香农定理可以知道在存在噪声的情况下，一定带宽的通信信道的信道容量C可表示为
（2-13）
式中，C是信道容量，单位为bit/s；B是信号带宽，单位为Hz；S是在信号带宽上接收的平均功率，单位为W；N是在信号带宽上的噪声平均功率，单位为W。
要想以可重复的方式仿真真实的信道条件，必须将AWGN添加到信号上，如图2-37所示。AWGN是一个数学模型，这个模型是线性增加的宽带噪声，具有平坦的频谱密度和高斯分布的幅度。AWGN不适用于衰落、互调和干扰等的测试。
图2-37 将AWGN添加到信号上
为保证矢量信号发生器的宽带调制、多通道相参、采样率调节、多制式信号质量等特性，要实现宽带功率调整、宽带功率补偿、宽带滤波处理、多通道宽带本地振荡器（local oscillator，LO）源、高分辨率分频、通道相位温度稳定性、功率稳定性、多通道同步控制、高速接口设计等技术。在硬件设计和开发过程中，需要对高速印制电路板（PCB）制板、模块屏蔽、模块装配、整机装配等关键工艺的实现方法进行研究，需要明确样机试制后的性能指标验证方法、软硬件测试方法、可靠性测试方法、环境适应性测试方法等，保证样机指标一致性高、稳定性高，满足设计需求。此外，还需对样机转产、中试验证、产业化建设方案等进行研究，确保能有完整配套的生产能力，能批量生产出功能及性能指标满足要求的合格产品，实现高可靠性、高一致性的量产。
目前鼎阳科技（SIGLENT）函数/任意波形发生器有6个系列，包括SDG800、SDG1000、SDG1000X、SDG2000X、SDG6000X/X-E和SDG7000A等，输出带宽为5 MHz～1 GHz，最高采样率达5 GSa/s，任意波长可达512 Mpts，最高垂直分辨率为16 bit，有单通道和双通道可选，所有产品均采用了鼎阳科技独创的EasyPulse技术，能够输出稳定度高、抖动小、占空比小、脉宽可调的脉冲波。同时，SDG2000X、SDG6000X/X-E、SDG7000A机型还采用了创新的TrueArb技术，不仅具备传统DDS技术的所有优点，而且弥补了其抖动和失真的缺陷，可实现逐点输出任意波形，不会遗漏或重复数据点。
除此以外，SDG6000X和SDG7000A还具备噪声、IQ信号、伪随机码（PRBS）码型和各种复杂信号生成的能力，能满足更广泛的应用需求。下面重点介绍SDG7000A系列函数/任意波形发生器及其设计特色。
（1）鼎阳科技SDG7000A系列双通道任意波形发生器
SDG7000A系列双通道任意波形发生器的最大带宽为 1 GHz，具备 5 GSa/s的数模采样率和14 bit的垂直分辨率，能够产生最高2.5 GSa/s采样率的逐点任意波形和最大500 MSymb/s的基带矢量信号，同时具备连续波、脉冲信号、噪声、PRBS码型和16 bit数字总线等多种信号生成的能力，并提供调制、扫频、脉冲串和双通道复制、相加、互相调制等复杂信号生成的能力，是一款高端、多功能的波形发生器。其输出支持差分/单端切换，最大可提供±24 V的输出范围，并且在高频输出下仍然能保证较大的幅度，可在一定应用范围内节省外接功率放大器（简称功放），满足更广泛的需求。图2-38所示为该系列SDG7102A型号的外观。
图2-38 SDG7102A型号的外观
（2）设计特色
① 超宽输出幅度范围。24 Vpp模拟输出能力叠加±12 V直流偏置，最大可提供±24 V的输出范围。
② 强大的任意波形生成能力。
AFG模式：采用传统的DDS技术输出任意波形。
AWG模式：采用创新的TrueArb技术，可以在0.01 Sa/s～2.5 GSa/s的范围里任意设置采样率，不仅具备传统DDS技术的所有优点，而且弥补了其可能增加抖动和失真的缺陷；提供零阶保持、线性插值和sinc插值等多种插值方式。
通过分段编辑和播放，如图2-39所示，可提供最多1024段任意波形无缝拼接，可为每段波形单独设置重复次数（最多65 535次）。切换任意波形时不会产生空闲电平，适用于对波形切换平滑度要求很高的场合。
图2-39 波形的分段编辑和播放
EasyWaveX软件可提供功能强大的任意波形编辑功能，支持手动绘图、直线绘图、坐标绘图、方程式绘图等多种绘图方式。该软件内嵌在SDG7000A的系统中，也可以在上位机中安装并通过USB或LAN（局域网）接口与SDG7000A交互，如图2-40所示。
图2-40 EasyWaveX软件和仪表硬件的交互
③ 高速低抖动脉冲。采用DDS技术输出方波脉冲时，如果采样率和输出频率不成整数倍关系，将产生一个采样周期的抖动。SDG7000A采用的EasyPulse技术能够弥补这个缺陷，将抖动降低一个数量级，如图2-41所示。SDG7000A可支持最小脉宽1 ns，可在任意频率下获得；脉宽能够以10 ps的步进精细调节，如图2-42所示。上升/下降沿最小值为500 ps，调节步进小至100 ps，可在任意频率下获得。上升/下降沿可分别设置，用于产生非对称脉冲，如图2-43所示。
图2-41 SDG7000A输出方波脉冲时的低抖动特性
图2-42 最小脉宽1 ns的实现
图2-43 灵活设置上升/下降沿
④ 矢量信号输出。SDG7000A可生成常用的FSK、PSK、QAM等调制类型的IQ基带信号。采用创新的重采样技术，可以在250 Symb/s～500 MSymb/s范围内的任意符号率下获得合适的EVM。可使用上位机软件EasyIQ来生成各种类型的IQ基带信号，如图2-44所示。
图2-44 以软件方式生成IQ基带信号
⑤ 配合附件板卡可支持16路LVTTL或LVDS输出，比特率在1 μbit/s～ 1 Gbit/s范围内可任意设置，如图2-45所示。
⑥ 增强的双通道功能。SDG7000A支持两种相位模式；支持两条通道间的跟踪、复制和耦合等；能够将两通道波形合并后输出（见图2-46），具备实时性好，可叠加噪声、调制信号、扫频信号、Burst信号、EasyPulse波形和TrueArb波形等优点；两条通道可互为调制源（见图 2-47），为提供复杂的调制波提供了新的手段。
图2-45 可支持16路LVTTL或LVDS输出
图2-46 将两通道波形合并后输出
图2-47 两条通道可互为调制源
（1）DG70000系列任意波形发生器
普源精电科技股份有限公司（简称普源精电，英文名为RIGOL）开发的DG70000系列任意波形发生器，独创SiFi Ⅲ技术平台。DG70000系列任意波形发生器支持多种切合实际应用的功能，例如创建高级序列可以实现用户自定义复杂波形，而多通道高精度同步、大带宽低抖动波形的输出，可满足用户在多种工业和通信领域的应用需求。DG70000系列任意波形发生器还带来了全新的用户界面（UI）和交互体验，配备可触控的15.6 in（1 in≈2.54 cm）显示屏，支持多窗口高清显示。其丰富的标准配置接口，可轻松实现仪器的远程控制。其主要功能特点有：
① 采样率高达5 GSa/s（内插最高为12 GSa/s）；
② −70 dBc无杂散动态范围；
③ 16 bit的垂直分辨率，每条通道1.5 Gpts（样点）存储深度；
④ 逐点输出任意波形，不失真地还原信号；
⑤ 总抖动低至10 ps，随机抖动低至350 fs；
⑥ 采样率精确可调，可变范围为100 Sa/s～12 GSa/s；
⑦ 高精度同步，任意两条通道间的偏移重复性为±10 ps；
⑧ 支持创建高级序列，定义多种复杂输出波形，支持外部波形文件导入；
⑨ 可产生IQ基带信号；
⑩ 支持标记应用。
DG70000系列任意波形发生器的应用场景及优势如表2-4所示。
表2-4 DG70000系列任意波形发生器的应用场景及优势
| 应用场景 |
需求特点 |
优势 |
|---|---|---|
| 量子计算 |
● 多波形输出，可根据触发信号进行快速切换； ● 多通道信号同步，通道间抖动或时延小于1 ns，每一个量子比特至少2～3通道； ● 性能要求低：带宽≥300 MHz，垂直分辨率为8 bit，采样率为1 GSa/s |
● 集成5种模式，提供一站式射频测试方案； ● 低至1 Hz的中频滤波带宽，有效分辨邻近信号； ● 低至−165 dBm的显示平均噪声电平，保证小信号的有效测试； ● 可实现触控操作的全新UI设计，提供网页控制（WebControl）； ● 具备高级序列功能，可满足多波形切换； ● DG70000单机通道间时延抖动小于10 ps； ● 理论上最多224条通道同步； ● 性能：瞬时带宽≥1.5 GHz，垂直分辨率为16 bit，采样率为5 GSa/s，可内插至12 GSa/s |
| 新无线 |
● 调制带宽随协议更新增大； ● 高阶调制，如OFDM（Wi-Fi、4G/5G）、1024QAM（Wi-Fi 6）； ● 随复杂调制而提高对EVM的要求（1024QAM在Wi-Fi 6中应用时要求EVM为−35dB） |
● 调制带宽≥1.5 GHz； ● 提供IQ调制、高阶复杂调制应用（后续版本开发）； ● 16 bit的垂直分辨率，−70 dBc低杂散，保证调制质量 |
| 高速总线 |
● 低抖动高速PRBS信号，速率≥1.5 Gbit/s； ● 可编程的预加重/去加重和预冲； ● 码间干扰（ISI）失真建模（去嵌入）； ● 波峰因数仿真（CFE） |
自有低抖动、10 ps的峰峰值抖动、350 fs的有效值抖动 |
| 复杂场景 |
● 多发射机，时序可调； ● 复杂长信号还原 |
● 多通道同步； ● 具有1.5 Gpts/Ch的样点长度及高级序列功能 |
下面介绍一款DG70000系列任意波形发生器的典型型号DG70004，其技术指标如表2-5所示。
表2-5 DG70004波形发生器的技术指标
| 指标名 |
指标值 |
|---|---|
| 采样率 |
12 GSa/s |
| 垂直分辨率 |
16 bit |
| 通道数 |
4 |
| 最大模拟带宽 |
5 GHz |
| AC直接输出 |
−20 dBm～+10 dBm |
| 无杂散动态范围 |
−70 dBc |
| 可变采样时钟 |
支持 |
| 最大同步通道数 |
256 |
| 通道间偏移重复性 |
10 ps |
| 最大存储深度 |
最大4 Gpts，每通道1.5 Gpts |
| 高级序列任意波形创建 |
支持 |
（2）DG5000系列函数/任意波形发生器
DG5000系列函数/任意波形发生器集任意波形发生器、脉冲发生器、IQ基带源/中频源、跳频源、码型发生器、函数发生器等6个器件的功能于一身，其实物如图2-48所示。DG5000系列函数/任意波形发生器采用DDS技术，可生成稳定、精确、纯净和低失真的输出信号；具有人性化的界面设计和键盘布局；具有丰富的标准配置接口，可实现远程控制。该系列仪表包括单通道、双通道型号，双通道型号中两通道的功能完全对等，通道间相位精确可调。
图2-48 DG5000系列函数/任意波形发生器实物
其功能特点有：
① 1 GSa/s的采样率，128 MB的任意波形长度；
② 支持内外 IQ 调制功能；
③ 丰富的模拟/数字调制功能；
④ 丰富的扫频功能（标配）；
⑤ 直观的IQ信号星座图显示；
⑥ 选配跳频功能；
⑦ 丰富的接口，支持数字逻辑信号输出。
（3）其他系列函数/任意波形发生器
普源精电其他系列函数/任意波形发生器的功能特点如表2-6所示。
表2-6 普源精电其他系列函数/任意波形发生器的功能特点
| 系列号 |
采样率/ |
最高输出频率/ |
功能特点 |
|---|---|---|---|
| DG800 |
125 |
35 |
● 采用SiFi Ⅱ技术，逐点生成任意波形，精确输出高质量波形； ● 内置8次谐波发生器； ● 标配波形叠加以及通道跟踪功能 |
| DG900 |
250 |
100 |
● 采用SiFi Ⅱ技术，逐点生成任意波形，精确输出高质量波形； ● 内置最高8次谐波发生器； ● 250 MSa/s的采样率及16 Mpts的存储深度 |
| DG1000 |
200 |
60 |
● 内置高精度、宽频带频率计，可测量范围：100 mHz～200 MHz（单通道）； ● 配置任意波形编辑软件Ultrawave； ● 采用先进的DDS技术，双通道输出，14 bit的垂直分辨率； ● 输出线性/对数扫描和脉冲串波形； ● 丰富的输入和输出：波形输出、同步信号输出、外接调制源、外接10 MHz参考时钟源、外触发输入 |
| DG2000 |
250 |
100 |
● 采用SiFi Ⅱ技术，逐点生成任意波形，精确输出高质量波形； ● 内置最高8次谐波发生器； ● 250 MSa/s的采样率及16 Mpts的存储深度 |
| DG4000 |
500 |
200 |
● 内置150种任意波形； ● 多种扫频模式； ● 噪声发生功能和突发模式功能； ● 高达16次的谐波输出的功能 |
中电科思仪科技股份有限公司（简称思仪科技）出品的1652A函数/任意波形发生器的采样率为2.5 GSa/s，垂直分辨率为14 bit，最高输出频率为500 MHz（直流耦合模式），双通道，存储深度为1 Gpts/Ch；1652B函数/任意波形发生器的采样率为5 GSa/s（插值到10 GSa/s），垂直分辨率为16 bit，最高输出频率为4 GHz，有双通道、4通道可选，存储深度为每通道2 Gpts。以上型号可以实现常规函数波形产生、可编辑任意波形产生、环境模拟信号产生、I/Q矢量基带信号产生等，内置任意波形编辑、公式编辑等功能，支持定时播放、外触发播放、循环播放等多种播放方式，每次播放的次数可自定义，并支持通道间同步、多台仪器间同步等，主要用于通信设备、导航设备等，以及半导体芯片的测试与试验，也可为相关电子设备的调试提供函数激励信号。
思仪科技1652AM任意波形发生器是另一款多通道、多功能的任意波形发生器。它在兼顾输出信号高质量的同时实现了高通道密度。它可与其他通用或专用模块化测试仪器构成综合测试系统或平台，支持众多解决方案，包括量子计算机调控信号生成、大规模多输入多输出（MIMO）信号生成、多通道相干信号生成等。
1652AM标配4通道，单台整机可根据用户需求最多配置64通道，所有通道可精密同步输出，且信号输出时延可精确调节。多台整机之间同样具备同步机制，同步精度不下降。每条通道均具备512 Mpts的存储深度，可独立编程，能实现常规函数波形产生、可编辑任意波形发生等功能。任意波形播放支持定时播放、外触发播放、循环播放等多种播放方式，每次播放的次数可自定义。
1652AM配备了独特的高精度同步定时器，其采用新型高精度数字延迟架构，可实现通道间/多模块间/多机箱间精密同步，如图2-49所示。任意波形模式下：同一模块内4条通道同步精度可达30 ps；不同模块间、多机箱间通过定时同步器，实现高精度的信号输出同步，同步精度同样可达30 ps；每条通道输出信号的时延独立可调，调节步进为1 ps级。
图2-49 1652AM任意波形发生器多机箱间精密同步
1652AM针对脉冲信号做了特殊的算法优化，可以在保证较短信号边沿时间的同时实现低过冲、高平坦度、高通道密度的脉冲信号生成，如图2-50所示，可满足量子计算调控脉冲信号生成的要求。
图2-50 1652AM任意波形发生器生成低过冲、高平坦度、高通道密度的脉冲信号
优利德UTG9000T系列函数/任意波形发生器如图2-51所示，该系列拥有3个型号：UTG9604T、UTG9504T和UTG9354T。
图2-51 优利德UTG9000T系列函数/任意波形发生器
该系列仪表采用DDS技术，可生成高精度、稳定、纯净、低失真的信号，还能提供高频率且具有快速上升沿和下降沿的方波，是一款高性能、多功能的4通道函数/任意波形发生器，可应用于半导体测量、电子设备开发、高等教育及科研、移动通信检测、自动化设备控制等领域。其主要功能特点有：
① 10 in高清电容触摸屏；
② 4通道输出；
③ 9种基本波形；
④ 15种调制信号；
⑤ 4种频率扫描模式；
⑥ 最大任意波形长度为64 Mpts；
⑦ 超200组任意波形存储；
⑧ 16次谐波输出；
⑨ 一键输出信噪比；
⑩ 上升/下降时间＜1.5 ns；
⑪ 1 mHz～600 MHz可调带宽噪声；
⑫ 带有800 MHz高精度频率计；
⑬ 数字协议输出；
⑭ 任意波形编辑器；
⑮ 通道合并与通道耦合。
优利德UTG9000T系列函数/任意波形发生器不同型号的技术指标如表2-7所示。
表2-7 优利德UTG9000T系列函数/任意波形发生器不同型号的技术指标
| 指标名 |
指标值 |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 主通道CH1、CH2 |
辅通道CH3、CH4 |
|||||
| UTG9604T |
UTG9504T |
UTG9354T |
UTG9604T |
UTG9504T |
UTG9354T |
|
| 正弦波频率/MHz |
600 |
500 |
350 |
200 |
200 |
160 |
| 采样率/（GSa·s−1） |
2.5 |
625 |
||||
| 垂直分辨率/bit |
16 |
14 |
16 |
|||
| 工作模式 |
连续、调制、扫频、脉冲串、频率计、数字协议输出 |
|||||
| 连续信号 |
正弦波、方波、斜波、脉冲波、谐波、噪声、PRBS、直流（DC）、任意波形 |
|||||
| 调制类型 |
AM、FM、PM、DSB-AM、QAM、ASK、FSK、3FSK、4FSK、PSK、BPSK、QPSK、OSK、PWM、SUM |
|||||
| 扫频类型 |
线性、对数、步进、列表 |
|||||
| 脉冲串类型 |
N周期、门控、无限 |
|||||
| 数字协议类型 |
SPI、I2C、UART |
|||||
| 硬件频率 |
100 mHz～800 MHz、直流/交流耦合 |
|||||
| 频率分辨率/μHz |
1 |
|||||
| 正弦波频率范围 |
1 μHz～600 MHz |
1 μHz～500 MHz |
1 μHz～350 MHz |
1 μHz～200 MHz |
1 μHz～200 MHz |
1 μHz～160 MHz |
| 方波/脉冲波频率范围 |
1 μHz～200 MHz |
1 μHz～160 MHz |
1 μHz～120 MHz |
1 μHz～−60 MHz |
1μHz～ |
1 μHz～50 MHz |
| 斜波频率范围 |
1 μHz～30MHz |
1 μHz～30 MHz |
1 μHz～20 MHz |
1 μHz～−10 MHz |
1μHz～ |
1 μHz～8 MHz |
| 噪声频率范围 |
1 mHz～600 MHz |
1 mHz～500 MHz |
1 mHz～350 MHz |
1 mHz～200 MHz |
1mHz～200MHz |
1 mHz～160 MHz |
| 任意波形频率 |
1 μHz～100 MHz |
1 μHz～100 MHz |
1 μHz～80 MHz |
1 μHz～−60 MHz |
1μHz～ |
1 μHz～50 MHz |
| PRBS传输速率范围 |
1 μbit/s～120 Mbit/s |
1 μbit/s～120 Mbit/s |
1 μbit/s～80 Mbit/s |
1 μbit/s～60 Mbit/s |
1 μbit/s～60 Mbit/s |
1 μbit/s～40 Mbits |
| 谐波频率范围 |
1 μHz～300 MHz |
1 μHz～250 MHz |
1 μHz～175 MHz |
1 μHz～100 MHz |
1 μHz～100 MHz |
1 μHz～80 MHz |
| 通信接口 |
USB Host、USB Device、LAN |
|||||
成都玖锦科技有限公司（简称玖锦科技）开发的典型任意波形发生器型号是MAG2000A，其外形如图2-52所示。
图2-52 玖锦科技MAG2000A
任意波形发生器外形
MAG2000A 任意波形发生器具备带宽大、使用灵活的优点，大量应用于常规测试、信号模拟、多通道相参测试等领域，其应用范围比较广泛，具体可实现采集记录的宽带信号的实时回放、MIMO系统的设计与验证、复杂电磁信号的模拟等应用。
MAG2000A任意波形发生器软件集成了丰富的多制式信号库，用户可便捷地生成所需信号波形，而无须额外的波形生成软件辅助。同时，用户也可使用第三方仿真软件生成自定义波形，再通过波形导入界面轻松导入、播放，实现仿真模拟到真实还原的转换。MAG2000A除具备一般任意波形发生器的特点，还具备以下扩展的功能和特点：运算时间短、能够产生多种不同的信号、能够模拟信号叠加、能够进行长时间播放、能够模拟静态目标方位、能够模拟动态目标信号、能够进行多目标模拟等。
MAG2000A任意波形发生器的技术指标如表2-8所示。
表2-8 MAG2000A任意波形发生器的技术指标
| 指标名 |
指标值 |
|---|---|
| 垂直分辨率 |
16 bit |
| 最大调制带宽 |
2 GHz（大带宽）、1.6 GHz（高采样率） |
| 最高采样率 |
大带宽：5 GSa/s（10 GSa/s，通过内插实现双倍数据速率） |
| 高采样率：6 GSa/s（12 GSa/s通过内插实现双倍数据速率） |
|
| 有效输出频率 |
4 GHz（采样率为10 GSa/s）、4.8 GHz（采样率为12 GSa/s） |
| 频率分辨率 |
0.01 Hz |
| AC耦合直接输出幅度范围 |
−17～−5 dBm |
| AC耦合直接输出幅度精度 |
±0.5 dB |
| AC耦合直接输出幅度分辨率 |
0.1 dB |
| AC耦合放大输出选件幅度范围 |
−85～+10 dBm（10 MHz～4 GHz） |
| −85～+5 dBm（4～4.8 GHz） |
|
| AC耦合放大输出选件幅度精度 |
±0.5 dB |
| AC耦合放大输出选件幅度分辨率 |
0.1 dB |
| AC直接输出平坦度（典型值） |
±2.0 dB（10 MHz～2 GHz） |
| AC放大输出平坦度（典型值） |
±2.0 dB（10 MHz～2 GHz） |
| 偏置为1 kHz时的相位噪声 |
小于−115 dBc/Hz（输出频率为1 GHz），相参模式 |
| 小于−90 dBc/Hz（输出频率为1 GHz），非相参模式 |
中星联华科技多通道任意波形发生器与数字化仪目前已广泛应用于量子计算、MIMO测试、微波和雷达测试等领域，ADC位数为14 bit，最大采样率为1.2 GSa/s，通道间时延精度为200 ps，输出频率范围为DC至500 MHz，每条通道最多可支持512 M波形样点。
该仪表整机采用3U插卡结构，其外形如图2-53所示，包含1个系统槽位、1个时钟槽位和16个外设槽位等，单机箱能够支持最多64路任意波形发生器或64路数字化仪，通道间支持独立运行及同步输出，可多机箱同步，应用程序接口（API）支持Python、C++、MATLAB、.NET等程序设计语言。
图2-53 中星联华科技多通道任意波形发生器外形
此外，高速串行误码仪本质上是一种具备误码分析功能的码型信号发生器，典型型号如中星联华科技XBERT系列高速串行误码仪，其脉冲码型发生器（PPG）差分信号输出幅度从100～1200 mV可调，支持各种常用的码型（PRBS7/9/11/13/ 15/23/31、PRBS7Q～PRBS31Q、SSPRQ、用户自定义码型），可支持NRZ和PAM4信号生成及对应的误码检测，最高速率可达到56 Gbaud。
该仪表采用可插拔式多通道模块化设计，如图2-54所示，有1～8通道可选，通道间时间差可调，且选件可支持相位调节、高压输出、抖动注入、噪声注入等功能。
图2-54 中星联华科技XBERT系列
高速串行误码仪
该仪表具备丰富的抖动注入功能（包括正弦抖动SJ、周期抖动PJ、随机抖动RJ和有界无界抖动BUJ），抖动频率可以达到250 MHz，且具备扩频时钟（SSC）注入和噪声注入功能（包括直接媒体接口DMI、截波多路转换器接口CMI和宽带噪声）。在误码分析方面，其支持眼图特征信息分析功能、前向纠错（FEC）分析功能、误码率门限时间设置功能等。
Marx源架构决定了其输出波形的参数可调自由度不大，故市面上缺乏通用的设备型号（主要以针对特定应用场景的定制开发为主）。北京瑞天智讯信息技术有限公司（简称北京瑞天智讯）与我国高校合作，已经开发多款Marx源架构高压快沿脉冲源，其外形采用标准尺寸铝合金机箱，典型外机箱尺寸为50 cm×18 cm×50 cm。
高压快沿脉冲源由上位机模块、电源模块、脉冲模块等组成，如图2-55所示。其中，脉冲模块是核心部分。
图2-55 高压快沿脉冲源的组成
高压快沿脉冲源的核心技术是触发电路设计和器件键合工艺，从而可以兼顾100 ps量级的上升沿和千伏级的电压输出。其可定制的参数如下。
① 脉宽：500 ps～5 ns。
② 脉冲波形式：高斯脉冲、准方波脉冲。
③ 脉冲极性：正极性、负极性，可配用于极性转换的巴伦转换器。
④ 输出接口形式：50 Ω同轴接口，SMA或者N型接口。
⑤ 最高脉冲输出电压：10 kV（与波形有关）。
⑥ 电压调节方式：数控衰减器，1 dB步进。
⑦ 最高重复频率：≥50 kHz（与最高脉冲输出电压相关）。
⑧ 最小20%～80%上升沿：≤100 ps。
⑨ 工作温度范围：−20～30 ℃。
其已经开发产品的典型输出波形如图2-56～图2-58所示。
图2-56 正极性高斯脉冲输出的衰减后波形，实际峰值电压约6 kV（图中①和②是测量标记）
图2-57 负极性高斯脉冲输出的衰减后波形，实际峰值电压约9 kV（图中①和②是测量标记）
图2-58 准方波脉冲输出的衰减后波形，实际峰值电压约230 V，
20%～80%上升时间为97 ps，50%～50%脉宽为5.1731 ns
模拟信号发生器是微波测量仪器中应用范围最广泛的仪器之一，被应用于各类整机、系统及部件的测试中，用来提供激励或模拟仿真信号。下面介绍其典型型号。
思仪科技模拟信号发生器产品覆盖射频、微波、毫米波和太赫兹波段等，在模拟信号发生领域，可提供超过170 dB动态范围的标准正弦信号输出和模拟调制信号输出，宽带同轴型仪器频率可达110 GHz，频率分辨率可达0.001 Hz，并可通过倍频源模块将频率扩展至750 GHz。模拟调制方式包括幅度调制、频率调制、相位调制及脉冲调制等，调制波形有正弦波、三角波、锯齿波、方波、扫频正弦波、双正弦波等。其中，思仪科技1466系列信号发生器是一款面向微波、毫米波尖端测试的通用测试仪器。
思仪科技1466系列信号发生器无须外接变频器，直接同轴输出频率范围为6 kHz～110 GHz，保证了输出信号幅度具有更高精度和更大动态范围。同时支持外接8240X系列变频器，可将频率进一步扩展至750 GHz。
思仪科技1466系列信号发生器具有较高的频谱纯度：1 GHz载波单边带相位噪声典型值为−145 dBc/Hz@10 kHz频偏；10 GHz载波典型值为−132 dBc/Hz@ 10 kHz频偏。10 GHz载波杂散＜−80 dBc，谐波＜−55 dBc。
思仪科技1466系列信号发生器的最大输出功率典型值：5 GHz时为+27 dBm；20 GHz时为+24 dBm；30 GHz时为+25 dBm；60 GHz时为+22 dBm；110 GHz时为+3 dBm。其最小输出功率（minimum output power）为−150 dBm（可设置），动态范围超过 170 dB。该仪表具有较高的功率准确度，典型值＜0.5 dB（20 GHz以下）。
思仪科技1466系列信号发生器具有丰富的内置功能：可支持幅度调制、频率调制、相位调制及脉冲调制等；具备双脉冲、脉冲串、重频参差、重频抖动、重频滑变等复杂脉冲调制功能；支持步进扫描、列表扫描、模拟扫描（斜坡扫描）、功率扫描等功能；采用11.6 in触摸屏，支持用户自定义菜单，根据测试习惯，可量身定制个性化用户操控界面，实现一个窗口内的多功能操作，避免菜单层级太多、反复查找的困扰；支持跨平台客户端及浏览器访问操控；支持同时连接多个客户端，仪器工作状态同步刷新；支持移动设备的Web浏览器访问控制；支持SCPI指令同步录制，脚本一键生成，不仅可以一键导出录制的SCPI指令，还能自动生成C++、C#、QT、MATLAB、LabWindows/CVI等的程控示例工程。
在终端测试应用方面，思仪科技推出的1435系列信号发生器基于创新的技术实现了性能、经济性、体积及质量的平衡设计，1 GHz载波@10 kHz频偏的单边带相位噪声达到−136 dBc/Hz，10 GHz载波@10 kHz频偏的单边带相位噪声达到−116 dBc/Hz；具有高功率输出和大动态范围，最大输出功率可达20 dBm@20 GHz，动态范围大于150 dB；可实现快速频率切换，频率切换时间约1 ms；具有性能优异的模拟调制、脉冲调制功能；采用先进的频率合成和射频通道信号处理技术，获得高性能的同时降低了成本；具有7 in触摸LED（发光二极管）屏，同时支持触摸屏、面板按键、旋转按钮、外接鼠标及键盘等多种操作方式；采用3U便携式机箱结构，体积小、质量轻，便于携带。1435系列信号发生器既可以满足研发阶段对性能测试的需求，也可以满足生产阶段对高效率测试的需求。思仪科技1435系列信号发生器外观如图2-59所示。
图2-59 思仪科技1435系列信号发生器外观
思仪科技推出的1451系列捷变信号发生器采用DDS技术和直接模拟合成技术（DAS）相结合的设计方案，实现覆盖10 MHz～3 GHz/20 GHz/40 GHz全频段的频率捷变，功率捷变动态范围大于60 dB，捷变时间小于200 ns。该仪器拥有高频率分辨率、低相位噪声和高的频谱纯度，还具备调频、调相、调幅、脉冲调制等功能，通过灵活的序列编辑界面，可实现多参数调制捷变和灵活多变的多序列点捷变输出。该仪表通过网络接口控制，可实现外部直接频率控制和外部序列控制；提供外部中频输入接口，可作为捷变上变频器使用。该仪表提供GPIB（通用接口总线）、LAN、USB、VGA（视频图形阵列）等标准接口，可外接键盘、鼠标进行操作，采用10.1 in大屏幕液晶显示，可多窗口操作。该仪表可满足跳频通信等领域对捷变信号激励与信号模拟的需求。
中星联华科技推出的SLFS系列微波模拟信号发生器是一款低相位噪声、高功率输出的微波信号发生器。该产品不同型号的频率范围为9 kHz～12 GHz、24 GHz、40 GHz、45 GHz和67GHz等，频率分辨率低至0.001 Hz，并具备窄脉冲调制功能，可实现多通道相参信号输出，单机最高可支持8条通道，每条通道频率、功率独立可调，也可联动调节，支持双音信号输出。SLFS系列微波模拟信号发生器在要求低相位噪声（相位噪声−115 dBc/Hz@10GHz频偏1 kHz）、大动态输出功率范围（输出功率范围为−120 dBm～+20 dBm）、多通道同步测试和便携性的应用领域有着良好的表现。
此外，中星联华科技SLFS-Pro系列低相位噪声微波信号发生器的频率范围为5 kHz～3 GHz、6 GHz、12 GHz、24 GHz、45 GHz、50 GHz和67 GHz等，并具备窄脉冲调制功能，最小脉宽为20 ns。该产品相位噪声＜−132 dBc/Hz（@10 GHz，10 kHz偏移，典型值），适用于需要纯净射频信号的应用，产品可实现多通道相参信号输出，每条通道频率、功率独立可调，亦可联动调节，还可支持双音信号输出。
中星联华科技SLFS系列微波模拟信号发生器如图2-60所示。
图2-60 中星联华科技SLFS系列微波模拟信号发生器
中星联华科技SLFS系列微波模拟信号发生器的相关应用有本振替代、元器件/微波组件测试、接收灵敏度测试、相控阵天线测试、ADC测试等。
中星联华科技还推出了多通道相参信号发生器，支持射频输出范围为10 MHz～24 GHz/40 GHz，各通道之间独立可控，相位严格相关，具有良好的频率精度和频率稳定性。该仪器具备高频参考输入和输出端口，可以保证多条输出通道及多台仪器间的相位严格相关并保持长时间稳定，恒温下连续工作24 h相位偏移不超过1°，各通道相位可以任意调节，相位步进0.1°。在相控阵天线测试中，该仪表可快速产生多路相参激励信号，并分别对每一路激励信号的幅度/相位进行精确控制，模拟相控阵天线实际动态扫描的场景。中星联华科技多通道相参信号发生器如图2-61所示。
图2-61 中星联华科技多通道相参
信号发生器
此外，我国还有玖锦科技 ASG3000B 型射频模拟信号发生器，依据不同的配置，频率覆盖范围为8 kHz～6 GHz/20 GHz/40 GHz，部分频段最大输出功率可达30 dBm。限于篇幅，这里不展开说明。
思仪科技在更高频段毫米波信号生成方面，提供了倍频源模块毫米波扩频解决方案。其中，82401/06系列倍频源模块如图2-62所示，可实现信号发生器的频率扩展，分频段实现50～500 GHz信号的产生，可满足毫米波雷达、通信、雷达散射截面等对高频信号的测试需求。
该系列倍频源模块可与信号发生器搭建成毫米波、太赫兹信号发生系统，如图2-63所示，倍频源模块所需射频信号通过射频电缆从信号发生器输入，软件控制通过USB电缆实现，倍频源模块使用时的频率、功率等参数由信号发生器控制，电源通过专用的电源适配器提供。该系列倍频源模块与思仪科技信号发生器连接可实现型号自动识别，直观显示状态。
图2-62 82401/06系列倍频源模块
图2-63 82401/06系列倍频源模块与信号发生器
思仪科技82401/06系列倍频源模块主要型号的技术指标如表2-9所示。
表2-9 思仪科技82401/06系列倍频源模块主要型号的技术指标
| 指标名 |
指标值 |
||||
|---|---|---|---|---|---|
| 82406 |
82401N |
82406A |
82401QA |
82406B |
|
| 输出频率范围/GHz |
50～75 |
60～90 |
75～110 |
90～140 |
110～170 |
| 输出功率/dBm |
≥+13 |
≥+11 |
≥+10 |
≥+5 |
≥+2 |
| 倍频系数 |
4 |
6 |
6 |
6 |
12 |
| 输入频率范围/GHz |
12.5～18.75 |
10～15 |
12.5～18.33 |
15～23.33 |
9.17～14.17 |
| 外形尺寸（宽×高×深，无护角） |
120 mm×85 mm×240 mm |
||||
| 电源输入形式 |
15 V适配器 |
||||
| 功耗/W |
≤30 |
||||
| RF输入接口 |
3.5 mm阴头连接器 |
||||
| 输出接口 |
WR14.8 |
WR12.2 |
WR10.0 |
WR8.0 |
WR6.5 |
| 指标名 |
指标值 |
||||
| 82406C |
82401SA |
82406D |
82401TA |
82406E |
|
| 输出频率范围/GHz |
170～220 |
170～260 |
220～325 |
260～400 |
325～500 |
| 输出功率/dBm |
≥−2 |
≥−6 |
≥−8 |
≥−12 |
≥−18 |
| 倍频系数 |
12 |
12 |
18 |
18 |
36 |
| 输入频率范围/GHz |
14.17～18.33 |
14.17～21.67 |
12.22～18.06 |
14.44～22.23 |
9.02～13.89 |
| 外形尺寸（宽×高×深，无护角） |
120 mm×85 mm×240 mm |
||||
| 电源输入形式 |
15 V适配器 |
||||
| 功耗/W |
≤30 |
||||
| RF输入接口 |
3.5 mm阴头连接器 |
||||
| 输出接口 |
WR5.1 |
WR4.3 |
WR3.4 |
WR2.8 |
WR2.2 |
KSW-VSG02 是成都坤恒顺维科技股份有限公司（简称坤恒顺维）研发的高端矢量信号发生器，可以配置成双通道，频率范围为100 kHz～44 GHz，具备优异的矢量调制性能，其内置基带信号发生器设置简单、性能灵活、调制样式多，还可以根据用户需求编辑、下载并配置所需要的波形，进行各种复杂信号模拟。该仪表具备最大2 GHz的射频带宽，可满足大带宽信号模拟需求；可生成高质量连续波和矢量调制信号，既是理想的本振源和时钟源，也是高性能的复杂矢量调制模拟仿真信号发生器；采用专利的 IQ 调制器校准方法，能实现闭环、实时校准，实现优良的本振泄漏、镜像抑制和调制信号平坦度指标。KSW-VSG02的技术指标如表2-10所示。
表2-10 KSW-VSG02的技术指标
| 指标名 |
指标值 |
|---|---|
| 频率范围 |
100 kHz～44 GHz |
| 通道数目 |
单通道或双通道 |
| 功率范围 |
−120～+21 dBm |
| 调制带宽 |
≤2 GHz |
| 样点存储（内存） |
2 GSa |
| 波形存储（硬盘） |
1 TSa |
| 内部基带最大IQ采样率 |
1.5 GHz@Fc≤3 GHz； 3.0 GHz@Fc＞3 GHz |
| 频率切换时间 |
≤20 ms |
| 杂散抑制 |
≤−75 dBc@F≤6 GHz； ≤−62 dBc@F≤20 GHz； ≤−55 dBc@F≤44 GHz |
| 谐波抑制 |
≤−30 dBc |
| EVM |
＜0.5%@典型值：BW = 200 MHz，QPSK |
| ACPR |
＜−68 dBc@WCDMA 64DPCH, 1.8～2.2 GHz； ＜−53 dBc@5G NR, FR1, 100 MHz, 256QAM |
| 带内平坦度 |
≤±1.0 dB@BW＜2 GHz |
| 频率准确度/频率稳定度 |
≤0.5×10−7 |
| 相位噪声 |
＜−140 dBc@F=1 GHz，20 kHz频偏SSB（标配）； ＜−120 dBc@F=10 GHz，20 kHz频偏SSB（标配）； ＜−146 dBc@F=1 GHz，20 kHz频偏SSB（低相位噪声选件）； ＜−130 dBc@F=10 GHz，20 kHz频偏SSB（低相位噪声选件） |
| 脉冲调制 |
关断比＞80 dB，上升/下降时间＜10 ns |
| 窄带脉冲 |
30 ns |
| 输出功率分辨率 |
0.01 dB |
| 输出功率精度 |
＜0.6 dB@F≤6 GHz, Pout≥ −100 dBm； ＜0.9 dB@F≤20 GHz, Pout≥ −100 dBm； ＜1.2 dB@ F≤40 GHz, Pout≥ −100 dBm |
| 输出功率动态范围 |
−120～+18 dBm(PEP)@100 kHz～10 MHz； −120～+21 dBm(PEP)@10 MHz～6 GHz； −120～+18 dBm(PEP)@6～20 GHz； −120～+14 dBm(PEP)@20～40 GHz； −120～+12 dBm(PEP)@40～44 GHz |
| 支持触发输入输出、参考时钟输出 |
10 MHz、100 MHz |
| 外部参考时钟输入 |
5～100 MHz |
| 外部控制接口 |
LAN、SCPI指令 |
思仪科技在矢量调制信号发生领域，可提供最高频率达到67 GHz的高性能矢量信号发生器系列产品，内部调制带宽可达2 GHz ，外部宽带调制带宽为5 GHz，调制方式有PSK、APSK、MSK、QAM、FSK等，具备序列编辑与播放功能，支持任意波形的导入与播放，可满足蜂窝移动通信、卫星通信等的测试需求。
在通信信号模拟领域，基于高性能矢量信号发生器和通信信号模拟软件，可实现5G NR、LTE/LTE-A、GSM/EDGE、NB-IoT、Wi-Fi等的协议物理层信号模拟，具备频分双工/时分双工（FDD/TDD）模式，具有上下行子帧配置/资源分配、TestModel/FRC标准样式信号，具有带内、保护带、独立3种蜂窝物联网部署模式，支持多天线、多用户、载波聚合、跨载波调度、EPDCCH（增强型物理下行控制信道）、半持续调度等关键特性模拟，覆盖 IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax标准规定的各类无线局域网（WLAN）协议，满足蜂窝移动通信、蜂窝物联网、WLAN设备的多种测试需求。
其中，思仪科技1466D-V系列信号发生器配合模拟软件可实现多场景信号仿真模拟，满足蜂窝移动通信、卫星通信、WLAN等复杂场景的测试需求，具有大屏触控图形引导交互、移动端浏览器访问控制、多厂家功率计连接识别、多客户端部署、SCPI命令录制、操控界面自定义等一系列新功能。思仪科技1466D-V系列信号发生器如图2-64所示。
图2-64 思仪科技1466D-V系列信号发生器
思仪科技1466D-V系列信号发生器10 GHz载波相位噪声典型值为−132 dBc/Hz@ 10 kHz频偏；最大输出功率典型值在5 GHz时为+27 dBm，20 GHz时为+24 dBm，30 GHz时为+25 dBm，60 GHz时为+22 dBm；具有优异的功率准确度，典型值＜0.5 dB（20 GHz以下）。此外，1466D-V系列信号发生器能够提供最大2 GHz的射频调制带宽，根据不同应用场景，支持 500 MHz、1 GHz、2 GHz带宽灵活选配，使用外部宽带基带信号输入时，射频调制带宽为5 GHz，QPSK调制EVM实测值为0.4%（2 GHz载波），5G NR的邻信道泄漏比（ACLR）典型值为−55 dBc@2 GHz载波和−45 dBc@42.5 GHz。该仪表支持多机级联，可为MIMO、波束赋形、信号分集测试提供解决方案。
1466D-V系列信号发生器具有以下丰富的内置功能。
① 支持幅度调制、频率调制、相位调制及脉冲调制等，具备双脉冲、脉冲串、重频参差、重频抖动、重频滑变等复杂脉冲调制功能。
② 支持步进扫描、列表扫描、模拟扫描（斜坡扫描）、功率扫描等功能。
③ 支持30多种数字标准调制信号（PSK信号、FSK信号、QAM信号、APSK信号）的产生，包括数字通信重要频段和调制样式。
④ 支持用户自定义任意波形数据变采样率播放功能。配合便捷基带预览功能，方便在时域和频域验证数据的正确性。
⑤ 支持连续波多音及复杂多载波调制功能。
⑥ 支持纯噪声、加性高斯白噪声、连续波干扰等加干扰功能。
⑦ 支持包括线性调频、巴克码、调相码等多类型脉内调制。
⑧ 支持实时衰落模拟。最多支持衰落路径20条，支持纯多普勒、瑞利、莱斯、瑞利+对数正态等衰落类型，支持预设衰落场景模式，可模拟3GPP定义的衰落信道模型。
⑨ 支持移动通信信号模拟。面向移动通信基站或终端测试，1466D-V 系列信号发生器通过内嵌包含5G NR在内的600多种TestModel/FRC，支持标准协议信号的一键模拟及多种通信协议信号的灵活编辑。
⑩ 支持WLAN信号模拟。面向WLAN终端研制、生产的测试，具备IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax无线信号模拟功能。
面向终端测试应用，思仪科技推出的1435B-V系列信号发生器的频率范围为9 kHz～6 GHz，具备200 MHz的内部调制带宽和齐全的数字调制样式，可满足各种宽带数字调制信号的模拟需求；单边带相位噪声在1 GHz载波@10 kHz频偏条件下为−136 dBc/Hz，在6 GHz载波@10 kHz频偏条件下为−120 dBc/Hz；具有高输出功率和大动态范围，最大输出功率可达22 dBm@3 GHz；采用3U便携式机箱结构，体积小、质量轻，便于携带。1435B-V系列信号发生器如图2-65所示。
T3661A是创远信科推出的一款矢量信号发生器，如图2-66所示，其具有良好的射频性能和矢量调制特性。
图2-65 1435B-V系列信号发生器
图2-66 T3661A矢量信号发生器
T3661A矢量信号发生器具有以下特点。
① 频率范围：1 MHz～6 GHz/12.75 GHz。
② 调制带宽高达400 MHz。
③ 内部基带单路时钟采样率可达491.52 MHz，适用于更多的场景。
④ 用户可以自定义任意波形。
⑤ 支持脉冲调制。
⑥ 良好的频率、功率、频谱纯度、EVM、ACPR等指标。
⑦ 操作界面友好、直观、使用方便。
T3661A矢量信号发生器的技术指标如表2-11所示。
表2-11 T3661A矢量信号发生器的技术指标
| 指标名 |
指标值 |
|---|---|
| 频率范围 |
1 MHz～6 GHz/12.75 GHz |
| 功率范围 |
−120～+20 dBm |
| 功率精度 |
±0.5 dB（−20～+1 dBm） |
| 谐波 |
−40 dBc（幅度＜0 dBm） |
| 分谐波 |
−80 dBc |
| 非谐波 |
−70 dBc |
| 单边带相位噪声（10 GHz载波、10 kHz频偏时） |
−126 dBc/Hz |
| 邻道泄漏比ACLR（QPSK，输出功率为0 dBm， |
−55 dBc |
| 内置基带信号发生器的调制带宽 |
400 MHz |
T3661A矢量信号发生器具有较小的EVM，在1 MHz、QPSK条件下，EVM仅为0.2%。图2-67所示为该仪器在5G NR 256QAM FRI 100 MHz条件下测得的EVM。
基于高性能的平台，T3661A矢量信号发生器可以满足绝大多数信号模拟需求，并可提供定制服务。图2-68、图2-69所示为T3661A矢量信号发生器发射5G NR信号的测量结果。
图2-67 T3661A矢量信号发生器在5G NR 256QAM FRI 100 MHz条件下测得的EVM
图2-68 T3661A发射5G NR TM3.1A FR1 FDD 100 MHz信号的EVM测量结果
图2-69 T3661A发射5G NR TM3.1A FR1 FDD 100 MHz信号的ACLR测量结果
中星联华科技矢量信号发生器如图2-70所示。
图2-70 中星联华科技矢量信号发生器
中星联华科技矢量信号发生器的主要技术指标及特点如下。
① 频率范围：100 kHz～3 GHz /6 GHz/12 GHz/20 GHz/44 GHz/50 GHz/67 GHz。
② 输出功率范围：−110～+15 dBm。
③ 相位噪声：−138 dBc/Hz@1 GHz频偏10 kHz。
④ 调制带宽为2 GHz。
⑤ 支持数字调制。
⑥ 支持多音信号。
⑦ 支持多载波数字调制。
⑧ 支持雷达脉冲信号产生。
⑨ 支持高斯噪声。
⑩ 支持跳频信号。
⑪ 支持预失真校准等功能。
对于鼎阳科技SSG3000X、SSG5000X、SSG5000A、SSG6000A系列矢量信号发生器，最高输出频率为40 GHz，最大输出功率为+26 dBm，内部基带源带宽为150 MHz；支持多种调制方式，包括AM/FM/PM模拟调制、脉冲调制、IQ调制等；搭配电容触摸屏，支持外接鼠标、键盘，支持远程桌面。典型型号SSG5000X系列矢量信号发生器的介绍如下。
SSG5000X系列矢量信号发生器如图 2-71 所示，其输出频率范围为9 kHz～6 GHz，电平设置范围为−140～26 dBm，幅度精度≤0.7 dB；标配 AM/ FM/PM模拟调制，同时有脉冲调制、脉冲序列发生、功率计控制等功能；内置IQ基带源，可产生常用的数字调制信号，包括5G NR、WLAN、LTE、Bluetooth等常用通信协议信号；射频输出具有出色的 150 MHz 宽带特性、合适的ACPR，可满足研发、生产等各种环境下的应用。
图2-71 SSG5000X系列射频信号发生器
该仪表的设计特色如下。
① 脉冲序列输出，最多可支持2047个脉冲，如图2-72和图2-73所示。
图2-72 双脉冲序列输出
图2-73 多脉冲序列输出
② 采用ARB模式：除了通常的任意波形模式，还可以加入实时AWGN，如图2-74所示。
图2-74 ARB模式下调制信号加入实时AWGN
玖锦科技开发的多通道相参信号发生器MCSG5000A是一款特殊的矢量信号发生器，如图2-75所示。
图2-75 玖锦科技MCSG5000A多通道相参信号发生器
MCSG5000A多通道相参信号发生器是一款通道间相参调整准确度高、稳定度高的相干多通道信号发生器，为移动通信、卫星通信、卫星导航、相控阵雷达、电子侦察与电子对抗等电子设备科研、生产领域提供关键技术支撑。
多通道相参信号发生器主要由高稳频率源单元、相干基带信号产生单元、相干微波变频与调理单元、全相干自校准单元、主控单元等组成，如图2-76所示。
（1）高稳频率源单元：为信号发生器提供高稳定性和高精度的参考、本振和触发信号。
（2）相干基带信号产生单元：实现频率调制、相位调制、幅度调制、脉冲调制、线性调频等多种调制类型信号的基带输出，并完成幅度、相位、时延等参数的配置和调节。相干基带信号产生单元支持内部数据源和外部数字IQ信号输入。
（3）相干微波变频与调理单元：实现信号频率扩展，频率范围为1 MHz～50 GHz，并进行输出信号功率调理，输出信号功率范围为−90～+5 dBm。
（4）全相干自校准单元：采用网络分析技术，通过多通道比幅/比相，实际监控测量输出微波信号的幅相误差并通过相干基带信号产生单元进行调整，保证输出幅相一致。
（5）主控单元：完成系统参数配置和单元控制。控制信息主要通过总线与背板传输。
图2-76 多通道相参信号发生器的组成
多通道相参信号发生器的技术核心包含发枪令相干同步模型和微波实时相干自校准模型。
（1）发枪令相干同步模型
在发枪令相干同步模型中，多通道、多板卡状态机形成了统一的同步机制，所有的同步和触发均通过统一的主控单元发送指令实现，每条需同步的输出通道均需确认后方能输出信号，类似体育比赛中的发枪令功能，如图2-77所示。
图2-77 发枪令相干同步模型示意
同步过程需完成同步和触发两个步骤，执行过程通过状态机确认具体状态，步骤如下。
第一步，主控单元下达同步指令，所有待同步通道进行时钟同步，完成后通道处于待触发状态，主控单元确认所有通道状态均为待触发后，进行下一步操作。
第二步，在操作界面单击“输出”按钮后，主控单元下达触发输出指令，由高稳频率源单元输出同步触发信号，每条通道在相同触发边沿输出信号。同步通道状态机模型如图2-78所示。
图2-78 同步通道状态机模型
在发枪令相干同步模型中，相位相干性保障和精确相位调节通过高精度数字时钟同步技术中的同步与触发技术和相干相位一致性技术实现。下面介绍这两种技术。
① 同步与触发技术。
同步和触发是影响系统相干性的一个重要因素。相位相干中的同步与触发技术如图2-79所示。要实现系统的时钟同步，就需要在系统中设置一个（也是唯一的一个）时钟信号源，虽然每个模块都可以自行产生时钟信号，但是每个系统中只能设置一个时钟信号源，这是因为每个模块中的时钟信号决定模块的采样频率，时钟信号不一致会导致采样频率不统一，系统达不到同步工作状态，会出现噪声等问题。在设计相干系统时，采用一个同步模块作为时钟信号源，将该模块产生的时钟信号输入数字模块。
在多通道相干应用中，有3种同步方式，即级联同步、并联同步，以及混合同步，根据不同的需要可以选择不同的同步方式。
（a）级联同步不需要额外的同步模块，但其缺点是随着同步模块的增加，同步时钟的稳定性会降低，从而降低系统相干性指标。
（b）并联同步需要外接同步模块，其主要缺点是一个同步模块能够同步的数字模块比较少。在优点方面，并联同步连接时钟的器件减少，能够保证比级联同步更高的稳定性。
（c）混合同步则同时兼顾上述两种方式，将相邻的模块级联，并将其作为一个整体并联在同步模块下面。
图2-79 相位相干中的同步与触发技术
触发时延如图2-80所示，表示从触发信号的上升沿到信号开始输出的这段时间，触发时延通常可分为固定时延（由线缆时延和异步电路引起）、数值确定的时钟周期时延（由内部触发器引起）和数值不确定的时钟周期时延。
图2-80 触发时延
例如，在14位模式下的触发时延计算公式为
（2-14）
式中，clkcycles指时钟周期。
如图2-81所示，数值不确定的时钟周期时延是通过重复触发事件观察到的触发时延的不确定性变化。
图2-81 触发时延的不确定性变化
采样率越低，相应的数值不确定的时钟周期时延会越长。虽然固定时延可以很容易地通过系统设置来补偿，但是触发时延的不确定性是许多应用不可接受的。同步时钟减少触发时延的原理如图2-82所示。
图2-82 同步时钟减少触发时延的原理
为了减少触发时延的不确定性，应确保触发输入与数字模块外部输入的同步时钟是同步的。
为了使用多个数字模块产生多通道的信号输出，应使用同步模块进行触发同步。在同步模式下运行时，所有的数字模块使用相同的采样时钟和开始播放的时间。其中一个数字模块被指定为主模块。将主模块产生的主触发信号送入同步模块中，通过多个同步触发接口，可以同步触发多个具有数值确定的时钟周期时延的数字模块，以实现多通道相干信号输出。
② 相干相位一致性技术。
为保证应用要求的相干相位一致性，需同时保证数字模块与模拟电路的严格相干，数字模块应具备微小步进时延调节能力。
（a）各数字模块尽可能采用多通道DAC，使用同源采样时钟，即可确保模块之间的通道相位相干，降低系统校准难度。
（b）采用多通道时钟输出芯片驱动各数字模块，各数字模块的采样时钟需具备精细调节能力，调节步进应满足系统校准需求。
（c）各数字模块可满足时钟校准需求，能够补偿系统校准误差。
（d）数字模块的基带处理部分需支持微小步进的延迟调整，具备幅度修正等能力。
（2）微波实时相干自校准模型
建立微波实时相干自校准模型需要以下关键技术。
① 超宽带耦合技术。
为了对发射功率进行精准的监控和形成闭环电平控制，需要实时从输出信号中提取一小部分进行功率测量。对信号进行提取时一般采用耦合法或者电桥法，对应的器件是定向耦合器和射频方向性电桥。
（a）定向耦合器。
定向耦合器的主要设计目标是在其带宽内使耦合因子保持恒定，因此，带宽受耦合因子限制。要实现大带宽，一个可行的设计方法是采用等纹波响应或切比雪夫响应。定向耦合器与射频方向性电桥的区别之一是，定向耦合器是理想的无损耗器件，其功率不是被耦合（到耦合端口或者内部负载）就是通过耦合器传输出去。隔离损耗Lcoupler与耦合因子Ccoupler的近似关系表示为
（2-15）
定向耦合器通常有3种类型：波导耦合器、微带线耦合器和电介质条状线耦合器。波导耦合器在毫米波频段上较常用，但是由于波导的窄带性质，它仅能用于窄带上。波导耦合器是一个四端口设备，其主臂通过孔洞通向第2个波导。第2个波导可以有1～2个端口连接内部终端。耦合是对称的：理论上可以把任意端口当成耦合端口，但在实际使用中通常在耦合臂上嵌入负载。根据波导耦合器的基本功能，前向耦合波来自离测试端口最近的波导端口。
微带线或电介质条状线耦合器使用不同的电磁结构来完成耦合。它们的耦合端口是离测试端口最远的一个端口。如图2-83（a）所示，端口①～④分别为电长度为θ 的微带线耦合器的输入端口、耦合端口、隔离端口和直通端口。在图2-83（b）中，I1是输入端电流，IL是I1在耦合线上的感应电流、IC2和IC3是通过耦合电容耦合到耦合线两端的电流。微带线耦合器主要有一个不足之处，就是在微带线中存在一些色散，耦合线中的奇模波与偶模波实际经过的电介质不同，导致它们的传播速率也不同，进而要制造出具有良好隔离性的微带线耦合器非常困难。因此，许多耦合器采用悬空的电介质条状线。电介质条状线耦合器拥有相当稳定的耦合性与隔离因子。
实际应用中，定向耦合器输出阻抗的匹配非常重要。测试端口的不匹配会导致方向性（directivity）测试结果的误差较大。定向耦合器的输出端口不匹配会影响方向性的测试结果。耦合器输出端口的不匹配和输入端口的不匹配会影响源的匹配。当测试端口有较大的反射信号时，源的匹配会影响耦合端口测量到的功率。这种情况下测试端口处的反射信号在输入端口处再次反射，测试端口处又二次反射，最终叠加到总的反射信号中，导致耦合端口处产生功率误差。
图2-83 微带线耦合器
（b）射频方向性电桥。
射频方向性电桥的重要特性是在相当宽的频率范围内，甚至在极低的频率上，能够保持良好的耦合性与隔离性。常见的射频方向性电桥的实现形式是平衡惠斯通电桥，对这一简单的电桥进行改进可以创造出性能与定向耦合器性能极为相似的元件，同时拥有更宽的频率范围与极低的工作频率。平衡惠斯通电桥通常用于计量领域，在这种情况下，可以利用平衡直流电阻负载路径来测试各种参数。图2-84所示为平衡惠斯通电桥的一种常见表示法，图中，VS是信号源输出电压，RS是信号源内阻，R1、R2、R3、R4分别是电桥的4个臂，当Rdet中无电流时，电桥处于平衡状态，此时
。
图2-84 平衡惠斯通电桥的一种常见表示法
② 微波通道幅相校准技术。
在MCSG5000A多通道相参信号发生器中，最多支持8路相干信号的输出，在实际应用中，参考频率、触发时延、采样时钟、本振稳定度等因素都会影响多通道信号的相干性，甚至连接线缆、信号的频率以及设备使用环境的温度都会对信号造成影响。因此，在产生多通道相干信号时，应该综合考虑多种因素。
在宽频率范围条件下，以各通道间器件的稳定性和一致性来保证通道具有严格幅相一致性比较困难，因此，需要对通道幅相进行实时测量和校准。幅相校准硬件通道的设计和高效、准确的校准算法将直接影响多通道相干系统的性能。微波通道幅相技术指标如表2-12所示。
表2-12 微波通道幅相技术指标
| 指标名 |
指标值 |
|---|---|
| 频率范围 |
1 MHz～50 GHz |
| 频率分辨率 |
1 MHz～20 GHz（0.1 Hz）； 20～40 GHz（0.05 Hz）； 40～50 GHz（0.1 Hz） |
| 功率分辨率 |
0.1 dB |
| 相参通道数 |
8 |
| 通道间相位调节范围 |
0°～360°或−180°～+180° |
| 通道间相位调节分辨率 |
0.1° |
除了前面介绍的MCSG5000A多通道相参信号发生器，玖锦科技还推出了一款PXle模块化矢量信号发生器MSG2000A，这种结构的仪表方便在机架、工业场合集成安装，该仪表外形如图2-85所示。
图2-85 玖锦科技PXle模块化
矢量信号发生器MSG2000A外形
MSG2000A技术指标如表2-13所示。
表2-13 MSG2000A技术指标
| 指标名 |
指标值 |
|---|---|
| 频率范围 |
250 kHz/10 MHz～6 GHz /20 GHz /40 GHz |
| 调制带宽 |
≤100 MHz |
| 功率范围 |
−120～+8 dBm/+18 dBm |
| 结构形式 |
标准PXle模块 |
本实例展示在1 GHz的频点下调节IQ平衡和本振泄漏。下面首先介绍IQ调节原理，其次使用鼎阳科技SSG5000X系列射频信号发生器进行操作演示。
为简化叙述，下面使用单音信号进行分析。假设一个IQ基带信号是单音信号，载波信号角频率是ωc。基带信号V(t)在正交坐标系上是一个以角速度ω旋转的矢量圆，可表示为
（2-16）
调制到射频后，对应信号表示为
（2-17）
显然，C(t)是一个单音信号，但是调制信号往往存在IQ增益不平衡、幅度不平衡、载波泄漏（carrier leakage）等缺陷。如果V(t)在调制过程中存在IQ增益不平衡度g和相位不平衡度φ，且存在一定的载波泄漏AL，C(t)变换为Cim(t)，即
（2-18）
C(t)的理论频谱如图2-86所示。用三角函数积化和差公式进行分析，可知Cim(t)的频谱如图2-87所示，多了角频率为ωc的载波信号和角频率为(ωc+ω)的镜像信号。
图2-86 C(t)的理论频谱
图2-87 Cim(t)的频谱
IQ调节的原理是信号经过调整IQ调制的正交相位和IQ直流偏置，达到抑制信号的本振泄漏和镜像信号的目的，只保留想得到的单边带信号。
（1）以 ARB 模式播放单音信号波形
① 输出载波，选择ARB模式，基带波形是一个单音信号，如图2-88所示。
图2-88 波形选择
② 在频谱分析仪上观察调制后的信号频谱，如图2-89所示。
图2-89 调制后的信号频谱
（2）调节IQ镜像
选择正交相位调节，如图2-90所示，微调到使镜像泄漏最小，并在频谱分析仪上观察频谱，如图2-91所示。
图2-90 正交相位调节
（3）调节本振泄漏
调节本振泄漏通过调节I偏置和Q偏置实现，步骤如下。
图2-91 调节IQ镜像后的频谱
① 调I偏置或者Q偏置某一路，往本振泄漏幅度会减小的方向微调，一直调到本振泄漏幅度不再减小或者开始增大。
② 调另外一路，也是往本振泄漏幅度会减小的方向微调，一直调到本振泄漏幅度不再减小或者开始增大。
③ 一直重复步骤①和②，直到本振泄漏无法调小，如图2-92所示。
图2-92 调节I偏置和Q偏置
④ 输出I路和Q路的信号，并在频谱分析仪上观察频谱，如图2-93所示，可知调节的目的基本实现。
图2-93 调节IQ镜像和本振泄漏后的频谱
信号源生成信号的大致过程：数据经历了信道编码、成帧、过采样后经DAC转换成模拟信号再上变频由射频模块输出。波形回放（ARB）模式在DAC之前的过程都是通过相应的软件在个人计算机上实现的，将数据编码后以波形文件的形式存储到信号源中的RAM里，由信号源循环播放波形文件。
ARB模式应用灵活，用户可以自定义任意波形，在软件上实现信号处理的难度低，因此开发周期短。如果用户只需要几帧的测试信号，信号波形长度较短，那么推荐用户使用ARB模式，只需要产生自己想要的波形文件并将其存储到信号源的RAM里，然后循环播放即可完成相关测试。
本节主要介绍使用鼎阳科技SSG5000X系列射频信号发生器在ARB模式下设置衰减、设置标识、设置触发、设置多载波等功能，并使用示波器和频谱分析仪观察演示效果。
首先介绍几个重点概念，其次介绍如何为QPSK_Halfsin波形设置衰减等。
缩放：设置波形段的幅度缩放百分比。
削峰：对波形段进行圆形削峰或矩形削峰。通过削峰降低峰值平均功率比，减少频谱增生。削峰通过把I数据和Q数据削减到最高峰值的选定百分比，来限制波形功率峰值。
圆形削峰：|I+jQ|削减应用到合成I/Q数据中（I和Q数据同等削减）。削减电平对所有矢量相位恒定不变，在矢量表示中表现为一个圆，如图2-94所示。
图2-94 圆形削峰
本示例介绍如何为QPSK_Halfsin波形设置衰减并用示波器观察，具体步骤如下。
① 输出一个载波，ARB设置界面如图2-95所示。
② 在示波器上观察QPSK_Halfsin波形，如图2-96所示。
图2-95 ARB设置界面
图2-96 在示波器上观察QPSK_Halfsin波形
③ 缩放参数为50%的QPSK_Halfsin波形如图2-97所示。
④ 削峰参数为50%的QPSK_Halfsin波形如图2-98所示。
图2-97 缩放参数为50%的QPSK_Halfsin波形
图2-98 削峰参数为50%的QPSK_Halfsin
接下来首先介绍标识功能的作用，其次使用一个实例演示如何设置波形标识。
标识功能可用于输出辅助信号，使另一台仪器与波形同步，或作为触发信号在波形的某个点上开始测量。也可对标识进行配置，引起RF消隐。标识功能可以标识出波形的某个采样点，提供给用户用于定位，比如用户需要定位一个波形中间的某个采样点，直接用IQ波形给示波器触发显然是不方便的，但使用波形标识来触发就很方便。
鼎阳科技SSG5000X为标记波形段的特定点提供了4个波形标识，可为每个标识设置极性和标识点（在一个采样点上或多个采样点上）。在信号发生器遇到激活的标识时，一个脉冲信号会经由后面板的[IQ_EVENT]连接器输出。本示例为QPSK_Halfsin波形的第一个和最后一个采样点设置标识，并在示波器上用标识触发，信号源使用单次触发的模式发射信号，具体操作步骤如下。
① 在ARB模式下设置QPSK_Halfsin波形，然后进行标识设置，右边界面里的数字代表采样点，1代表第一个标识点，最后一个标识点指最后一个输出标识的标识点，如果与第一个标识点相同，那么整个波形就只输出一个标识，如果不同，那么根据后面设置的间隔来等间隔地输出标识点，如图2-99所示。
图2-99 标识点设置
② 设置单次触发，在示波器上可以看到每隔512点有标识输出，标识的极性可以调整，这里采用的是反极性，即到了标识点会输出一个反极性的信号，如图2-100所示。
图2-100 标识触发波形
下面介绍ARB的触发。触发，即触发一次就回放一次波形，既可以一次一次地发射调制信号，也可以连续发射调制信号，或者由外部的控制来发射调制信号。触发分为连续触发、单次触发、段提前触发、门选通触发等。本节将分别介绍连续触发、单次触发、段提前触发的概念和操作步骤。
（1）连续触发即播放重复波形，直到关闭信号或选择不同的波形、触发类型或连续模式。连续模式可分为自由播放、触发&播放、复位&播放等。自由播放：打开ARB的播放开关后，由仪器自己连续不断地回放波形，不受任何控制，回放结束后立刻从头开始回放。在连续触发下立即触发和播放波形，波形的播放是连续的，会忽略后续触发。
接下来介绍如何在连续触发时发射 QPSK_ Halfsin波形，并用示波器观察，具体步骤如下。
① 设置相关选项，如图2-101所示。
图2-101 设置相关选项
② 在示波器上观察QPSK_Halfsin波形，如图2-102所示。
图2-102 在示波器上观察QPSK_Halfsin波形
（2）单次触发即播放一次波形。单次触发分为忽略重触发、触发缓冲、触发重启等。忽略重触发：打开ARB的播放开关且收到触发信号之后，会从头到尾回放一次波形，回放结束后会停止，直到收到下一次触发信号又重新开始。忽略重触发指在波形回放的过程中，如果还收到触发信号，则忽略这次触发。
接下来介绍如何在单次触发时发射QPSK_ Halfsin波形，并用示波器观察，具体步骤如下。
① 在 ARB 模式下进行相关设置，如图2-103所示。
图2-103 进行相关设置
② 在示波器上观察QPSK_Halfsin波形，如图2-104所示。
图2-104 在示波器上观察QPSK_Halfsin波形
（3）段提前触发只在触发时播放序列中的一个波形段。段提前触发分为段提前单次触发和段提前连续触发。
段提前单次触发：收到触发信号后，播放序列中的第一个波形段一次，忽略重复设置，然后停止播放，等待触发；收到触发信号后，再播放序列中的第二个波形段一次；然后按上述步骤依次播放序列中的下一个波形段一次，直到最后一个波形段播放完成后从头开始循环。“单次”指触发后从头到尾发射波形段，发射结束则停止。如果在播放波形段时收到触发信号，会播放该波形段直到完成。然后进入下一个波形段，播放该波形段直到完成。
段提前连续触发：连续播放序列中的第一个波形段，直到波形收到另一个触发信号，开始连续播放序列中的第二个波形段，直到最后一个波形段播放完成，然后从头开始循环。“连续”指一次触发会连续不断地发射当前的波形段，不会停止。如果在播放波形段时收到触发信号，会播放该波形段直到完成，然后进入下一个波形段，连续播放该波形段。
接下来介绍在段提前触发时发射SINE_ WAVE和RAMP_WAVE交替的波形序列，并用示波器观察，具体步骤如下。
① 在ARB模式下进行触发设置，设置为段提前单次触发，如图2-105所示。
图2-105 触发设置
② 在示波器上观察波形，如图 2-106所示。
（a）RAMP_WAVE波形段
（b）SINE_WAVE波形段
图2-106 在示波器上观察波形
也可以设置为段提前连续触发，其波形如图2-107所示。
（a）RAMP_WAVE波形段
（b）SINE_WAVE波形段
图2-107 段提前连续触发波形
本例中，功率器件动态参数双脉冲测试的对象为 MSOFET（金属-半导体氧化物场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极型晶体管），测试项目包括器件在长时间工作时的温度变化特性、开通与关断时的极限冲击电压特性、栅极驱动电压特性、开通时间/关断时间特性、导通电阻特性等。
功率器件动态参数双脉冲测试原理如图2-108所示。
图2-108 功率器件动态参数双脉冲测试原理
接下来介绍MSOFET IGBT动态参数双脉冲测试的具体实验装置搭建过程，信号发生器选用优利德任意波形发生器UTG9604T提供双脉冲驱动信号。MSOFET IGBT动态参数双脉冲测试系统如图2-109所示。
图2-109 MSOFET IGBT动态参数双脉冲测试系统
测试过程如图2-110和图2-111所示。
如图2-111所示，UTG9604T产生的双脉冲信号幅度值调节到13 Vpp能够使功率器件进入工作状态，从而测量开关时功率器件 Vds的动态变化情况，即使双脉冲时间为微秒级别，器件的开关尖峰电压恢复都在瞬间完成。
图2-110 将绘制好的波形烧录在UTG9604T中，选择任意波形，可任意调节幅度、频率等参数
图2-111 UTG9604T产生的双脉冲信号测量功率器件
随着汽车工业的发展，汽车上的电子设备种类日益增多。汽车电子测试涉及传感器测试、传输总线测试、接口测试、汽车电子系统测试，以及近年来发展迅速的激光雷达测试、互联测试、毫米波雷达测试等。汽车电子测试应用的主要需求如图2-112所示。在汽车电子设备研发、汽车电子系统集成设计与联调测试中，需要能够模拟多种测试激励信号的仪表，如何应对新型汽车电子设备的测试和复杂工况下汽车电子系统的容错能力测试、降低测试成本、提高测试效率是需要重点考虑的问题。
图2-112 汽车电子测试应用的主要需求
先进的任意波形发生器具有输出信号可任意编辑、直流耦合输出、多通道精密同步输出等特点，可以生成汽车电子测试中需要的多种测试激励信号，以及容错测试中的异常信号或故障信号等。思仪科技的1652系列任意波形发生器具备最高4 GHz的输出带宽，通过外部变频器可扩展到更高频段，支持多通道精密同步输出，在汽车电子测试中的几种典型应用如下。
典型汽车激光雷达测试系统如图2-113所示。
图2-113 典型汽车激光雷达测试系统
汽车激光测距/成像雷达的测试需要可变时延脉冲信号，用来模拟不同距离的目标物体的反射时间。利用任意波形发生器可以生成变时延脉冲信号，并且利用其多通道以及内置的时延存储器可以对目标物体进行建模，从而模拟出目标物体的三维模型，如图2-114所示。思仪科技1652系列任意波形发生器的一些型号的脉冲输出同步通道数量大于128条，可为每条通道独立配置时延值序列，时延分辨率可达到10 ps，可满足该测试应用需求。
图2-114 目标物体建模与对应脉冲信号生成
在汽车电子系统设计中，需要模拟各种传感器信号，用来检测汽车电子控制单元（ECU）控制器的处理性能。利用任意波形发生器可以模拟多种汽车传感器信号，如电机控制信号、防抱制动系统（ABS）信号、氧传感器信号、空气流量传感器信号、发动机轴信号、CAN总线模拟信号等。先进的任意波形发生器可同时模拟输出多路信号，并且输出信号可以被编辑，能够模拟正常信号、故障信号及异常信号等，可为汽车多型传感器测试以及汽车电子系统测试节省成本与时间。汽车传感器的信号模拟应用如图2-115所示。
图2-115 汽车传感器信号模拟应用
噪声功率比（NPR）信号常用于放大器或转发器的信噪比与非线性失真评估。典型功放测试系统如图2-116所示。
图2-116 典型功放测试系统
利用任意波形发生器可以生成两种高质量的测试激励信号：带陷的宽带噪声信号，如图2-117所示；带陷的间隔多音信号，如图2-118所示。任意波形发生器可以在用户指定位置进行陡峭陷波，动态范围可达到50 dB以上。NPR信号模拟方法适用于通信系统中的射频/微波放大器或转发器的测试，同样可用于高质量音响功放的测试。
图2-117 带陷的宽带噪声信号
图2-118 带陷的间隔多音信号
当前，任意波形发生器已经能够模拟汽车电子测试中的多种测试信号，随着车联网、智能驾驶、新能源等技术的快速发展，以及国产任意波形发生器性能的快速提升、相关测试软件的不断完善，国产任意波形发生器在汽车网络通信测试、电源电池管理、车用毫米波雷达测试等领域的应用还将进一步拓展。
玖锦科技MAG2000A任意波形发生器具备多通道相参功能，可以实现多通道波束形成，实现相控阵天线模拟。MAG2000A的通道扩展非常方便，可以灵活控制需要模拟的天线阵元数。对于多站定位，用户可将站点分布参数分解为通道的基本参数，利用MAG2000A任意波形发生器进行通道参数控制，可实现目标定位模拟，如图2-119所示。
用户还可以使用航迹模拟软件将坐标参数转换为信号特征参数，然后将其下载到任意波形发生器中，从而实现航迹模拟功能，如图2-120所示。由于MAG2000A任意波形发生器具备参数动态调节功能，因此其播放时间不会受到存储深度以及播放速度的限制，具备一定的实时性，从而解决了传统任意波形发生器播放时间受限的难题。目标定位和航迹解析系统如图2-121所示。
图2-119 MAG2000A任意波形发生器模拟目标定位
图2-120 将MAG2000A任意波形发生器用于航迹模拟
图2-121 目标定位和航迹解析系统
本节分3个部分进行介绍，第一部分介绍无线基站接收机灵敏度测试，第二部分介绍无线基站接收动态范围测试，第三部分介绍无线基站共信道干扰、邻信道干扰、窄带阻塞抑制测试。
以3GPP 5G NR基站的接收机测试为例，3GPP TS 38.141文档中包括“传导模式接收机性能”（Conducted Receiver Characteristic）章节，对于灵敏度的测试，其连接如图2-122所示，从左到右依次为：被测基站（需要其软件自备BER/BLER即误码率/误块率统计功能）；衰减器或环形器；具备5G NR上行信号和固定参考信道（fixed reference channel，FRC）产生功能的矢量信号发生器，此例选用坤恒顺维KSW-VSG02矢量信号发生器。
图2-122 无线基站接收机灵敏度测试系统
在基站接收机灵敏度测试过程中，基站是主设备，矢量信号发生器是从设备，因此需要基站给矢量信号发生器提供帧同步信号和10 MHz的频率参考信号。帧同步信号一般是10 ms周期脉冲。但是有些基站会使用其他的频率参考信号，例如12.8 MHz的晶振时钟。因此需要矢量信号发生器能支持灵活的频率参考信号，如图2-123所示，该矢量信号发生器可以支持5～100 MHz的频率参考信号且可灵活设置。
图2-123 矢量信号发生器支持灵活的频率参考信号
传统方案中，无线基站接收动态范围测试需要一个信号发生器产生有用信号，另一个信号发生器产生AWGN信号，并可以灵活调节两者的功率及信噪比。
而先进的信号发生器内置AWGN功能，通常一台信号发生器即可完成测试，AWGN是在数字域产生的，在数字域和有用信号叠加。下面以坤恒顺维KSW-VSG02矢量信号发生器为例，其内置AWGN参数的设置如图2-124所示。
图2-124 坤恒顺维KSW-VSG02矢量信号发生器内置AWGN参数的设置
该方案除了节省设备，不需要外部的合路器，还可在数字域进行信号叠加，实现的信噪比更加精确。
传统方案中，该测试需要另外一个信号源产生共信道干扰，即模拟在同一个载波内的不同终端上行信号的干扰。邻信道干扰，即不同载波上的终端上行信号的干扰。窄带阻塞，即窄带功率信号的干扰。
使用双通道矢量信号发生器能极大地方便该项测试。例如，可以使用坤恒顺维KSW-VSG02矢量信号发生器的双通道版本，只需一个外部合路器即可把有用信号和干扰信号叠加，并且同一台信号源内部能实现两个终端信号的触发同步，使用背板总线触发，同步性能更好，不需要外部触发线，测试系统如图2-125所示。
图2-125 采用双通道矢量信号发生器测试无线基站共信道干扰、邻信道干扰、
窄带阻塞抑制能力的系统
玖锦科技MCSG5000A多通道相参信号发生器具备输出通道间幅度差和相位差的调节功能。由于相控阵系统所接收的目标信号相位并不相同，MCSG5000A可根据相控阵系统接收通道间的距离和排布方式，计算出每路信号相对于参考信号的相参相位，根据来波方向不同时各接收通道间的幅度差和相位差，并配置到MCSG5000A多通道相参信号发生器中，进而模拟出不同来波方向的测试信号。MCSG5000A用于相控阵系统测试的场景如图2-126所示。
图2-126 MCSG5000A用于相控阵系统测试的场景
同时，MCSG5000A多通道相参信号发生器具备出色的通道间隔离度、相位噪声等指标，能够提供多路（最多至8路）相参射频信号作为收发组件的激励信号，由频谱分析仪接收并测试信号，通过这种方式，可以测试得到TR组件的工作频率范围、通道增益、相位噪声、通道间隔离度等参数。此外，MCSG5000A通过多通道一体化的设计，能够有效提升测试效率，节约测试成本。MCSG5000A多通道相参信号发生器构建的相控阵测试系统如图2-127所示。
图2-127 MCSG5000A多通道相参信号发生器构建的相控阵测试系统
本章的研究和写作工作受国家重点研发计划课题（2021YFF0600303）的支持，在此致谢。
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