微波信号源的性能指标优化

微波信号源作为测量系统的激励源，被测器件各项性能参数的测量准确度，将直接依赖于微波信号源的性能指标。要准确地评价信号源的性能特性，必须掌握其输出信号的表征方法。微波信号源的性能指标主要包括频率特性、输出特性和调制特性三个方面。

1）频率特性

（1）频率范围

频率范围也称频率覆盖，即信号源能提供合格信号的频率范围，通常用其上、下限频率说明，频带较宽的微波信号源一般采用多波段拼接的方式实现。跳频性能的好坏取决于频率点变化的多少，信号频带越宽，频率点越多，侦察和干扰越困难。随着电子对抗技术的发展，特别是技侦设备的频率覆盖范围越来越宽，频率跳变范围将决定捷变合成信号源的通用性。目前，微波信号源已实现从10 MHz到60 GHz的同轴连续覆盖；再往上则分别覆盖每个波导波段，最高有178 GHz的产品出现。

（2）频率准确度和稳定度

频率准确度是信号源实际输出频率与理想输出频率的差别，分为绝对准确度和相对准确度。绝对准确度是输出频率的误差的实际大小，一般以kHz、MHz等表示；相对准确度是输出频率的误差（f-f0）与理想输出频率f0的比值，即

稳定度则是准确度随时间变化的量度。它表征微波信号源维持工作与恒定频率的能力。合成信号发生器在正常工作时，频率准确度只取决于所采用的频率基准的准确度和稳定度，稳定度还与具体设计有关。合成器通常采用晶体振荡器作为内部频率基准，影响长期稳定性的主要因素是环境温度、湿度和电源等的缓慢变化，尤其是温度影响。因此根据需要不同，可分别采用普通、温补甚至恒温晶振，必要时可让晶振处在不断电工作状态，目前通用恒温晶振的日稳定度可以达到5×10-10。若采用外部频率基准则表现为输出频率与时基同步。非合成类信号发生器的频率准确度取决于频率预置信号的精度及振荡器的特性，一般情况下在0.1%左右。

（3）频率分辨率

信号源能够精确控制的输出频率间隔为频率分辨率，它体现了窄带测量的能力，决定于信号源的设计和控制方式，目前一般可做到1 Hz或0.1 Hz，理论上可以更精细。但在一定的频率稳定性前提下，太细的频率分辨率并没有实用意义。

（4）频率切换时间

频率切换时间是指微波信号源从一个输出频率过渡到另一个输出频率所需要的时间，高速频率切换主要应用于捷变频雷达、跳频通信等电子对抗领域。直接式合成频率切换时间可以达到微秒级以下，射频锁相合成能达到毫秒级或者更快，宽带微波锁相合成则需要数十毫秒。信号源从某一稳态输出频率过渡到另一稳态输出频率的时间称为频率转换时间，描述了频率的瞬态响应特性。对间接频率合成主要是锁相环路的建立时间，对直接数字频率合成主要是数据传输、处理和D/A转换时间。只有达到特定输出幅度的信号才具有实际意义，而达到某一输出幅度所需时间往往大于频率转换时间，所以频率转换时间往往由幅度控制时间所决定。频率转换时间越少，跳频速率越高，驻留时间越短，抗多径衰落、抗截获、抗干扰能力越强。

（5）频谱纯度

理想的信号发生器输出的连续波信号应是纯净的单线谱，但实际上不可避免地伴有其他不希望的杂波和调制输出而影响频谱纯度。首先是信号的谐波，其次是设计不周而引入的寄生调制、交调、泄漏等非谐波输出，其中倍频器的基波泄漏也称为分谐波；另外一个重要的指标是相位噪声，是随机噪声对载波信号的调相产生的连续谱边带，一般来说越靠近载频越大，因此用距载频某一偏离处单个边带中单位带宽内的噪声功率与载波功率的比表示。需要特别指出的是，非合成信号源用剩余调频（即一段时间内的最大载波频率变化）来定义短期频率稳定度；但在合成源中消除了有源器件及振荡回路元件不稳定等因素所引起的频率随机漂移，现在倾向于采用载频两侧一定带宽内总调频能量的等效频偏定义剩余调频。事实上，短期稳定度、剩余调频和相位噪声表征的是同一个物理现象，只是观察角度不同，因而描述的侧重点不一样。

2）输出特性(www.xing528.com)

（1）输出电平

微波信号源一般以功率电平来表示，规定了特性阻抗后，可以折合为电压。作为通用微波测量信号源，其最大输出电平应大于0 dBm，一般达到10 dBm，大功率应用时要求更高。作为标准信号源，其最小输出电平应当能够连续衰减到-100 dBm以下。跳频幅度输出范围指频率跳变时输出幅度的最大快速控制范围，一般为信号源ALC稳幅环路和快变衰减器控制的输出电平范围。

（2）电磁兼容性

微波信号发生器必须有严密的屏蔽措施，防止高频电磁场的泄漏，既保证最低电平读数有意义，又防止它干扰其他电子仪器的正常工作。同时，这也是抵抗外界电磁干扰，保障仪器自身正常工作的需要。为此各国都有明确的电磁兼容性标准。

（3）输出电平的稳定度、平坦度和准确度

输出电平的稳定度是指输出电平随时间的变化；输出电平的平坦度是指在有效频率范围内调节频率时，输出电平的变化。具体指标取决于内部稳幅装置，或自动电平控制（ALC）系统的性能，软件智能补偿已经越来越成为提高综合性能的手段。另外，实际输出功率还与源阻抗是否匹配有关，一般来说微波信号源电压驻波比不应大于1.5。输出电平准确度一般在±（3～10）%的范围内。跳频幅度准确度是指在频率快速跳变状态下输出电平达到稳态时的精度，是电平平坦度、检波器精度、衰减器精度和温度影响等诸多因素造成的电平误差的总和。跳频幅度准确度还受ALC稳幅环路的开关和输出电平动态范围的影响。

3）调制特性

调制的含义是让微波信号的某个参数随外加的控制信号而改变。调制特性主要包括调制种类、调制信号特性、调制指数、调制失真、寄生调制等，调制种类有调幅、调频及调相，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。天线测量中会用到对数调幅；雷达测量中还会用到脉冲调制，这是一种特殊的幅度调制。一般微波信号源除简单的脉冲信号外本身不提供调制信号，而只提供接收各种调制信号的接口，并设置实现微波信号调制的必要驱动电路，从外部注入适当的调制信号才能实现微波信号的调制，称为外调制。功能更丰富的微波信号源不但接收外部调制信号，还能自己根据需要产生必要的调制信号，用户只需简单地设定调制方式和调制度即可获得所需的微波调制信号，称为内调制。其实后者只是内置一个函数波形发生器，属于低频或射频信号源范畴。

4）快速跳频控制特性

（1）最大信道数

存储在唯一地址单元中的某个跳频频率和幅度参数设置，称为一个“信道”，所有信道的集合称为“信道表”，最大信道数是信道表中能容纳的最大数目，信道数越大，跳频点越多。

（2）最大序列数

最大序列数是序列表中能容纳的最大数目，序列表反映了信道输出的顺序，序列数越大，组成的跳频图案越多，图案本身的随机性越强，抗干扰性能越好。