第三章信号发生器4-5..

13-4射频信号发生器指能产生正弦信号，频率范围部分或全部覆盖300kHz～1GHz（允许向外延伸），并且具有一种或一种以上调制或组合调制（正弦调幅、正弦调频、断续脉冲调制）的信号发生器，也称为高频信号发生器。按国家标准规定，射频信号发生器分为调谐信号发生器锁相信号发生器合成信号发生器为了适应对接收机等设备的测试需要，要求高频信号发生器:有可调节的微弱信号的输出（可小于1μV）有调制功能有良好的屏蔽第三章信号发生器2高频信号发生器框图如下图所示。不同类别的发生器的主要区别在于振荡器即产生高频正弦波的方法不同。主振荡器调频器调制度计内调制信号振荡器缓冲放大器调幅器电子电压表步进衰减输出级电源调制输出外调制输入K1K2FMAM－输出图3.4-1高频信号发生器框图第三章信号发生器3-4射频信号发生器33-4.1、调谐信号发生器振荡器通常为LC振荡器，根据反馈方式，又可分为下图所示三种变压器反馈式电感反馈式（电感三点式）电容反馈式通常用改变电感L来改变频段，改变电容C进行频段内频率细调。bce＋1UC2U＋－L2L（a）CLce2L＋－1U?11Yb(b))2/(10LCf?振荡频率细调粗调图3.4-2变压器反馈振荡器bceC＋－1U1L2L＋－2U(a)121UY22Y2U＋－2L1L1U＋－cebC11Y(b)12LLL)2/(10LCf振荡频率bce-2U1C2CL++-1U(a)121UY22Y1C+-2U2C+-1UL11Yceb)/(2121CCCCC(b))2/(10LCf振荡频率图3.4-3电感反馈式振荡器图3.4-4电容反馈式振荡器第三章信号发生器4放大器通常采用调谐放大器作用：是放大振荡器输出的高频信号电压，在输出级和振荡器间起隔离作用（因此也叫缓冲放大器）以提高振荡频率稳定性，兼作调幅信号的调幅器。调频在振荡级直接进行用改变偏压的方法改变LC振荡器中电容以达到调频的目的。70年代后，逐步用宽频带放大器、宽频带调制器和相应的滤波器，替代了传统的调谐放大器，省去了多联可变电容等元件，提高了高频信号发生器的可靠性、稳定性及调幅特性。第三章信号发生器3-4.1、调谐信号发生器53-4.2、锁相信号发生器LC振荡电路或RC振荡器为主振器的信号发生器已不能适应更高的技术指标和要求。锁相信号发生器优点：在高性能的调谐式信号发生器中增加频率计数器，用锁相原理将信号源的振荡频率锁定在频率计数器的时基上。频率计数器以高稳定度的石英晶体振荡器为基准输出频率的稳定度和准确度大大提高。信号频谱纯度等性能特性也有很大的改善第三章信号发生器63-4.2、锁相信号发生器组成：电压控制振荡器（简称VCO）鉴相器（简称PD，其输出端电压随其两个输入信号的相位差改变）低通滤波器（简称PLF）晶体振荡器原理：基准晶振鉴相器压控振荡器低通滤波器1fPD)(tud)(tucLPFVCO2f输出图3.4-6锁相环基本方框图应用锁相环电路形式有多种，根据不同的电路结构，锁相环可以完成频率的加、减、乘、除运算。第三章信号发生器73-4.3、合成信号发生器A、特点合成信号发生器是用频率合成器代替信号发生器中主振荡器。优点：①既有信号发生器良好的输出特性和调制特性，又有频率合成器的高稳定度、高分辨率的优点。②同时输出信号的频率、电平、调制深度等均可程控，是一种先进高档次的信号发生器。合成信号发生器一般都相当复杂，但其核心是频率合成器。B、原理频率合成器是把一个（或少数几个）高稳定度频率源经过加、减、乘、除及其组合运算，以产生在一定频率范围内，按一定的频率间隔（或称频率跳步）的一系列离散频率的信号发生器。频率合成的方法分为直接合成法和间接合成法两类。第三章信号发生器81.直接合成法直接合成法：将基准晶体振荡器产生的标准频率信号，利用倍频器、分频器、混频器及滤波器等进行一系列四则运算以获得所需要的频率输出。分为非相干式直接合成器和相干式直接合成器。若用多个石英晶体产生基准频率，产生混频的两个基准频率之间相互独立，就叫做非相干式直接合成器。如果只用一个石英晶体产生基准频率，然后通过分频、倍频等，使加入混频器的频率之间是相关的，就称为相干式频率合成器。3-4.3、合成信号发生器第三章信号发生器9例如：晶振产生1MHz基准信号，并由谐波发生器产生相关的1MHz、2MHz、…、9MHz等基准频率，然后通过十进制分频器完成10运算，最后产生4.628MHz输出信号。性能：只要选取不同次谐波进行合适的组合，就能得到所需频率的高稳定度信号，频率间隔可以做到0.1Hz以下。特点：频率转换速度快，频谱纯度高。但它需要众多的混频器、滤波器，因而显得笨重。目前多用在实验室、固定通讯、电子对抗和自动测试等领域。3-4.3、合成信号发生器第三章信号发生器103-4.3、合成信号发生器晶振谐波发生器（倍频）分频（）混频（＋）混频（＋）混频（＋）滤波滤波滤波分频（）分频（）1010ZMH2ZMH4ZMH8.2ZMH28.6ZMH628.4ZMH628.0ZMH28.0ZMH8ZMH610图3.4-8相干直接式频率合成器原理框图第三章信号发生器1MHz112.间接合成法间接合成法即锁相环路法，图中压控振荡器输出频率经分频后得到f/n1频率的信号送往鉴相器，与来自晶振输出经n2次分频的频率为f0/n2的信号进行相位比较，由前面的锁相环路介绍可知:当f/n1＝f0/n2，即f=(n1/n2)f2时，相位锁定，输出信号按上式的频率输出，且具有与(晶振信号)同样的稳定度。3-4.3、合成信号发生器晶振分频（）PD鉴相PLF分频（）VCO2n1n0f20/nf1/nfff图3.4-9间接式频率合成器原理框图第三章信号发生器122.间接合成法为了有效地锁相，需要鉴相器两个输入信号频率足够接近。3-4.3、合成信号发生器晶振分频（）PD鉴相PLF分频（）VCO2n1n0f20/nf1/nfff图3.4-9间接式频率合成器原理框图如果两信号频率相差较大，可进行鉴频，用鉴频器输出控制VCO实现频率粗调，而后利用鉴相器输出控制VCO实现频率细调。间接式频率合成器的优点是省了滤波器和混频器，因而电路简单，价格便宜，但频率转换速度较慢。第三章信号发生器13实际应用的合成信号发生器往往是多种方案的组合，以解决频率覆盖、频率调节、频率跳步、频率转换时间及噪声抑制等问题。当前合成信号发生器的发展趋势仍是宽频率覆盖、高频率稳定度和准确度、数字化、自动化、小型化和高可靠性3-4.3、合成信号发生器第三章信号发生器143-5扫频信号发生器扫频信号发生器是一种输出信号的频率随时间在一定范围内反复变化的正弦信号发生器，它是频率特性测试仪（扫频仪）的核心，主要用于直接测量各种网络的频率响应特性。第三章信号发生器153-5扫频信号发生器3-5.1、线性电路幅频特性的测量在测量技术中，频域测量占有重要地位，其主要原因是线性电路对正弦激励的响应仍是正弦信号，只是与输入相比，其振幅和相位发生了变化，一般情况下都是频率的函数。正弦稳态下的系统函数或传输函数N(jω)反映了该系统激励与响应间的关系(3.5-1)式中N(ω)与φ(ω)分别称为线性电路的幅频特性和相频特性)(.00)()()()(jiieNUUjUjUjN第三章信号发生器161.点频法测量幅频特性就是“逐点”测量幅频特性或相频特性的方法，图中为正弦信号源，接于被测电路输入端，由低到高不断改变信号源频率，信号电压不应超过被测电路的线性工作范围，用测量仪器在各个频率点上测出输出信号与输入信号的振幅比（幅频特性）和相位差（相频特性）。3-5扫频信号发生器～测量仪器fiu＋-＋-ouKLR被测电路K(f)0f(a)(b)图3.5-1点频法测量系统的幅频特性第三章信号发生器17点频法原理简单，需要的设备也简单。缺点：1、要逐点测量，操作繁琐费时，并且由于频率离散而不连续，非常容易漏掉某些特性突变点。2、当试图改变电路的结构或元件参数时，任何改变都必然导致重新逐点测量。3-5扫频信号发生器第三章信号发生器18如果能够在测试过程中，使信号源输出信号的频率按特定规律自动连续并且周期性重复，利用检波器将输出包络检出送到示波器显示，就得到了被测电路的幅频特性曲线。这种快速直观的测量方法就是扫频法测量的基本思想。提供频率可自动连续变换的正弦波信号源，称为扫频信号源或扫频振荡器。3-5扫频信号发生器第三章信号发生器193-5扫频信号发生器2.扫频法测量频率幅频特性扫频信号发生器实际上是频率可控的正弦振荡器，振荡频率受扫描电压控制。扫频振荡器调制信号(扫描信号)垂直放大器检波器被测网络iu0usu0u显示器(a)原理框图su(调制信号)(b)扫描信号maxfminfiu(等幅调频信号)(c)扫频信号ou(d)被测网络输出信号回扫正程回扫被测网络幅频特性00)(uue的包络tttt扫频振荡器调制信号(扫描信号)垂直放大器检波器被测网络iu0usu0u显示器(a)原理框图su(调制信号)(b)扫描信号maxfminfiu(等幅调频信号)(c)扫频信号ou(d)被测网络输出信号回扫正程回扫被测网络幅频特性00)(uue的包络tttt第三章信号发生器203-5扫频信号发生器2.扫频法测量频率幅频特性若扫描电压为三角波，则扫频信号发生器瞬时频率在扫描正程将随扫描电压的线性增加，由fmin线性地变到fmax，在回扫期间，又fmax由线性地变到fmin，如此周期性反复，而扫描信号的幅度始终保持不变。常用扫描信号还有锯齿波和对数波形等。扫频振荡器调制信号(扫描信号)垂直放大器检波器被测网络iu0usu0u显示器(a)原理框图su(调制信号)(b)扫描信号maxfminfiu(等幅调频信号)(c)扫频信号ou(d)被测网络输出信号回扫正程回扫被测网络幅频特性00)(uue的包络tttt扫频振荡器调制信号(扫描信号)垂直放大器检波器被测网络iu0usu0u显示器(a)原理框图su(调制信号)(b)扫描信号maxfminfiu(等幅调频信号)(c)扫频信号ou(d)被测网络输出信号回扫正程回扫被测网络幅频特性00)(uue的包络tttt第三章信号发生器21把振幅不变而频率在一定范围内连续变化的正弦信号加到被测电路（例如调谐放大器）的输入端。由于被测电路的增益随频率而变化，故其输出信号的振幅也将随频率而改变。3-5扫频信号发生器扫频振荡器调制信号(扫描信号)垂直放大器检波器被测网络iu0usu0u显示器(a)原理框图su(调制信号)(b)扫描信号maxfminfiu(等幅调频信号)(c)扫频信号ou(d)被测网络输出信号回扫正程回扫被测网络幅频特性00)(uue的包络tttt扫频振荡器调制信号(扫描信号)垂直放大器检波器被测网络iu0usu0u显示器(a)原理框图su(调制信号)(b)扫描信号maxfminfiu(等幅调频信号)(c)扫频信号ou(d)被测网络输出信号回扫正程回扫被测网络幅频特性00)(uue的包络tttt第三章信号发生器22u0的包络反映该放大器的幅频特性，经峰值检波器检出输出信号的包络u0’，将它送至示波管的垂直偏转系统，扫描信号us（三角波或对数波）加到示波管的水平系统作为扫描时基信号，由于扫频信号ui的瞬时频率和水平扫描电压us的瞬时值一一对应，使得示波管的水平轴成为线性的频率坐标轴。3-5扫频信号发生器扫频振荡器调制信号(扫描信号)垂直放大器检波器被测网络iu0usu0u显示器(a)原理框图su(调制信号)(b)扫描信号maxfminfiu(等幅调频信号)(c)扫频信号ou(d)被测网络输出信号回扫正程回扫被测网络幅频特性00)(uue的包络tttt扫频振荡器调制信号(扫描信号)垂直放大器检波器被测网络iu0usu0u显示器(a)原理框图su(调制信号)(b)扫描信号maxfminfiu(等幅调频信号)(c)扫频信号ou(d)被测网络输出信号回扫正程回扫被测网络幅频特性00)(uue的包络ttt