信号发生器（信号源）的失真性能

时间：2025-09-15 15:14:56

在现代无线通信和数字无线系统中，为了实现更高的频谱效率，各个频道之间相距很近。使用数字多载波调制方案的正交频分多路复用 (OFDM) 技术在宽带数字通信中得到广泛应用。

测试无用的非线性频谱失真对于频道间隔较窄、带宽较宽的通信系统至关重要。这些失真通常是由元器件、模块、子系统和整个设备造成的。

它们可能是信道内、频段内和频段外出现的多余频谱信号。它们不仅会降低发射机的性能，还会影响接收机的灵敏度。

失真可能会在信号发生器中累积。失真性能是信号发生器（信号源）的主要技术指标之一。失真性能可能对器件表征产生重大影响。在本章中，您将了解到各种不同类型的失真，以及它们对测量结果有何影响。

什么是失真？

我们都知道它听上去怎么样，它令我们的耳朵多么不舒适。当您加大数字设备的音量时，失真便会发生。当音频系统无法输出完整的幅度，峰值被削掉后，就会出现谐波失真。

失真是对原始波形的改变。在信号发生器中，有两种主要的非线性失真：谐波失真和互调失真

当纯正弦波的平滑电压变化突然遇到电压变化而中断时，便会发生谐波失真。这种突然变化通常是由非线性半导体造成的。谐波的频率是正弦波的整数倍。

互调失真是当您将两个或多个不同频率的信号混合在一起时，所获得的杂散输出。杂散输出是输入频率整数倍的和与差。

哪些是线性失真，哪些是非线性失真？

答：失真是对原始波形的改变。放大器的频率特性不好，对输入信号中不同频率成分的增益不同或延时不同，这样产生的失真称为线性失真。

非线性失真就是产生新的频率成分。在信号源中，有两种主要的非线性失真：谐波失真和互调失真。当纯正弦波的平滑电压变化突然遇到电压变化而中断时，便会发生谐波失真。这种突然变化通常是由非线性半导体造成的。谐波的频率是正弦波的整数倍。互调失真是当您将两个或多个不同频率的信号混合在一起时，所获得的杂散输出。杂散输出是输入频率整数倍的和与差。

测量失真

谐波失真
我们以一个连续波 (CW) 音频为例，介绍一下如何测量谐波失真。图7.1显示了一个谐波失真测量装置。被测器件 (DUT) 可能是一个放大器或混频器。信号发生器输出一个连续波，其频率为Fi。这个连续波通过一个低通滤波器，以便消除来自信号发生器的谐波失真。注意，这个低通滤波器的截止频率 Fc 小于 2Fi 。

信号发生器（信号源）的失真性能(图1)

图1 谐波失真测量装置

谐波表示为基频功率与谐波频率功率之比。例如，一次谐波可以表示为:

信号发生器（信号源）的失真性能(图2)

测过使用的信号发生器必须谐波失真很小，而月在信号发生器与被测器件之间必须有一个低通滤波器。这样可以确保测得的谐波是来自被测器件，而不是来自信号发生器。

互调失真一双音频互调

目前，评测互调失真的技术有很多。最简单的互调失真测量方法是使用双音频三阶互调法，也称 IP3 (三阶截获点）。IP3 法使用双音频输入信号，并测量被测器件非线性部分所生成的三阶失真信号。

图2显示了双音频三阶互调测量装置。被测器件可以是一个放大器或混频器。

F1 和 F2 是双音频输入的频率。两个信号发生器输出的两个频率通过混频，生成了这个双音频信号。双音频信号必须不包含任何三阶信号。这个三阶失真信号发生在2F1-F2 和 2F2-F1 频率处（红色），它也是距离原始双音频频率最近的失真。事实证明，要想通过滤波消除它们非常困难。在通信系统中，它们对相邻信道形成了干扰。

信号发生器（信号源）的失真性能(图3)

图2 双音频互调失真测量装置

假设两个测试音频的幅度相等，IP3是输入音频与三阶信号之差．

IP3(dB)=Po-Po3
其中，Po是其中一个输出音频的幅度，Po3 (红色）是双音频任何一侧三阶信号的幅度。

互调失真一频谱再生

在最新的无线标准中，通常使用更宽的带宽和多载波技术（例如载波聚合）来显著提高数据吞吐量。双音频三阶互调法无法全面表征宽带宽元器件的特性。

使用幅移和相移的数字调制会产生一定的失真，这也称为频谱再生。图7.3显示了数字调制信号的频谱再生（红色区域）。

频谱再生在主信道外扩散。此类失真可以通过相邻信道功率比 (ACPR) 测量来分析。它会测量主信道功率与落到相邻信道的功率之比。

信号发生器（信号源）的失真性能(图4)

图3 数字调制信号的频谱再生

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在大多数一致性测规范中，ACPR 测量都是一项关繾的发射枧特征。要执行ACPR测量，您需要使用失真极小的信号发生器，以生成符合特定标准的测试波形。

应用指南

"如何使用射频矢量信号发生器和信号分析仪确保完成对 LTE功率放大器进行快速准确的 ACPR测量。"

最大程度地提升器件性能

在长期演进 (LTE) 演进型节点 B (eNB) 功率放大器测试中，研发验证对 ACPR 测试的要求是在10 MHz 信道偏移时，失真大约为-60 dBc。N5182B 的典型失真性能为-69 dBc。由于发生器的失真极小，所以您可以充满信心地进行ACPR测量。表7.1显示了Keysight N5182B 信号发生器的3GPP LTE-FDD（频分复用）失真性能。

信号发生器（信号源）的失真性能(图5)