电子测量原理：主要技术指标解析

在实际测量中，对于通用信号源通常提出以下基本要求：①能够产生一个具有指定波形的振荡信号；波形的参数已知；波形失真应足够小。②信号的频率应在其有效范围内可调（步进调节或连续可调），输出信号的振幅应在其有效范围内可调（步进或连续可调）。③具有合适的输出阻抗，高频信号源通常为50Ω或75Ω，低频信号源一般为600Ω或1000Ω。

下面介绍最通用的正弦信号源的主要技术指标，主要包括频率特性、输出特性和调制特性等。

1.频率特性

频率特性是正弦信号源的一个重要工作特性，主要包括频率的范围、准确度和稳定度。

（1）频率范围

信号源的频率范围是指各项指标都能得到保证的输出频率范围，是“有效频率范围”的简称。为获得较宽的频率范围，可以采用波段式、差频式或合成式等方法。

（2）频率准确度

信号源的频率准确度是指频率的实际值f_x对其标称值（指示器的数值）f₀的相对偏差，其表达式为

式中，Δf为频率的绝对偏差，Δf=f_x-f₀。

用刻度盘读数的传统模拟信号源，其频率准确度为±（0.5%～10%），而具有数字显示的频率合成信号源，由于使用高稳定度的石英晶体振荡器，其输出频率的准确度可达10^-8～10^-10量级。

（3）频率稳定度

频率稳定度是指在一定的时间间隔内，在其他环境条件不变时，频率源维持其工作于恒定频率的能力。定义为

式中，f_max、f_min分别表示频率在任何一个规定的时间间隔内的最大值和最小值。

实际上，式（9-2）表示的是频率的不稳定度。频率稳定度可分为长期稳定度和短期稳定度。频率短期稳定度定义为信号源经规定的预热时间后，频率在规定的较短时间内（1s或15min）的最大变化。频率长期稳定度是指长时间内（年、月、天、小时的范围内）频率的变化，如3h、24h等。一般来说，振荡器的频率稳定度应高于其准确度1～2个数量级。频率稳定度很高的正弦信号源，可作为标准频率源，与其他各种频率源进行比对或校准。

2.输出特性

信号源的输出特性包括它的输出阻抗、输出电平特性、最大输出功率、波形特性及输出衰减等。(www.xing528.com)

（1）输出阻抗

低频信号源的输出阻抗一般为600Ω或1000Ω；功率输出时有多种阻抗可供选用，有50Ω、75Ω、150Ω、600Ω和5000Ω等挡位。高频信号源的输出阻抗一般使用50Ω或75Ω。

（2）输出电平特性

它是指输出电平的范围、输出电平的准确度和平坦度。例如，一般标准高频信号源的输出电压为0.1μV～1V，电平振荡器的输出电平为10～-60dB。现代信号源一般都使用自动电平控制电路，可使平坦度保持在±1～±0.1dB以内。输出电平的准确度包括0dB准确度、输出衰减器换挡误差、指示电表的刻度误差等几个方面。

（3）最大输出功率

最大输出功率又称资用功率或可用功率，是指信号源所能输出的最大功率，它是一个度量信号源容量大小的参数，只取决于信号源本身的内阻和电动势，是信号源的一个属性，而与负载无关。

（4）波形特性

波形特性包括输出波形的种类及其参数。信号源一般都可以输出正弦、脉冲等波形，函数信号源还可以输出方波、三角波、锯齿波、阶梯波，甚至任意波形。

正弦信号源应输出单一频率的正弦信号（纯正弦波），但由于非线性失真、噪声等原因，其输出信号中含有谐波等其他成分，即信号的频谱不纯。因此，要求信号源具有一定的频谱纯度，并常以失真度来表示。一般信号源的失真度应小于0.1%～1%。

多波形的信号源，输出脉冲信号时，有脉宽可调范围、上升时间和下降时间等参数指标。输出三角波信号时，则要限制其非线性等。

3.调制特性

实际的通信和雷达信号都是进行了某种调制的，信号源的调制功能决定了其模拟复杂信号的能力。对于高频信号源来说，一般还具有输出一种或多种调制信号的能力。调制特性包括调制的种类、频率、调幅系数、最大频偏和调制线性等。通常高频信号源中的调制特性为调幅和调频（调幅的调制频率一般固定为400Hz或1000Hz），高档的信号源往往同时具有调频、调幅、调相和脉冲调制等多种调制功能。调制波形则可以是正弦、方波、脉冲、三角波和锯齿波，甚至噪声。

有的信号源本身不提供调制信号，而只提供各种调制信号的接口，从外部送入适当的调制信号才能实现信号的调制，这种方式称为外调制。功能更丰富的信号源内置了一个函数波形发生器，不但可以接收外部调制信号，还能自己根据需要产生调制信号，用户只需简单地设定调制信号参数和调制参数即可获得所需的调制信号，这种称为内调制。

雷达测量中采用脉冲调制，这是一种特殊的幅度调制，主要参数包括脉宽、重复频率调节范围、脉冲前后沿时间及通断比（隔离度）。矢量信号源具有更为强大的信号调制能力，其核心部件是矢量调制器。矢量信号源的基带调制信号可以由外部输入，也可由内置的正交基带产生器生成。

信号源除了频率特性、输出特性和调制特性等技术指标外，通常还包括非线性失真度和频谱纯度等。