利用下一代信号发生器提高幅度精度
白皮书
利用下一代信号发生器提高幅度精度
生成真正性能
信号发生器可以为各种元器件和系统测试应用提供精确而高度稳定的测试信号。在射频测试系统中，您可以将测量精度从信号发生器的输出端扩展至被测器件（DUT）。在仪器和被测器件之间的路径中，电缆、元器件和开关的特性可能会降低测量精度。
本白皮书将帮助您提高在使用信号发生器进行测量时的幅度精度。在了解为什么幅度精度很重要以及如何优化幅度精度之前，让我们首先介绍一下射频功率测量的基础知识。
什么是“功率”？
国际单位制将瓦特（W）定义为功率单位；一瓦特等于每秒一焦耳，用于量化衡量能量传递速率。在直流和低频领域，电压和电流的测量非常简单，可以直接测量。功率（P）是电压（V）和电流（I）的乘积。对于低频信号来说，电压和电流都会随时间发生变化。能量传递速率（瞬时功率）也会随时间发生变化。在图 1 中，瞬时功率（P）围绕周期（蓝色曲线）发生改变。通过对 P 曲线以下的面积进行积分运算，可以求取平均值。
不过，随着频率的增加，电压和电流测量变得难以获得并且不切实际。相反，在大多数应用中，开始直接进行功率测量。图 2 显示了拥有相同电压电平，但是不同频率的三个连续波。Pi（绿色）是瞬时功率，它随时间而变化。Pavg（红色）代表着平均功率。
您可以看到，平均功率保持不变，并且与频率无关。对于高频信号，平均功率是一个良好的量化指标。让我们澄清一下针对射频测量功率的不同定义。
平均功率
随着频率的增加，阻抗将会变化。由于瞬时功率变化太快，没有实际意义，因此人们普遍使用“平均功率”。该术语可用于表示几乎所有射频和微波系统的功率。平均功率是跨越多个最低频率时间周期的平均能量传递速率。对于连续波（CW）信号来说，最低频率和最高频率是相同的，因此“平均功率”和“功率”也是相同的。对于幅度调制信号来说，功率必须是信号调制分量多个周期的平均值。
包络功率和峰值包络功率（PEP）
对于某些应用，工程师无需查看射频载波波形的细节，便可以检查调制或瞬态条件的影响。下面的图 3 显示了高频调制信号功率测量结果。上图是调制信号的电压包络。左下图中的绿色是信号的瞬时功率，红色是信号的平均功率。与最高调制频率的周期相比，包络功率是通过在长时间周期内对功率进行平均而测量的，但是与载波的周期相比，包络功率的周期很短。右下方图 3 中的红色部分显示的是包络功率。最大包络功率称为“峰值包络功率”（PEP），它是指定射频发射机的一个重要参数。
功率统计 — 互补累积分布函数
许多数数字调制信号在时域和频域中看起来就像噪声一样。功率互补累积分布函数（CCDF）曲线有助于表征数字调制信号的更高级功率统计。您可以使用信号发生器的 CCDF 图来确定信号波形的峰均比（PAR），如图 4 所示。信号波形为 64 QAM，符号率为 1 Msps，并使用 RRC（根升余弦）基带滤波器波形。PAR 为 5.95 dB。如果输出幅度设置为 0 dBm（平均功率），PEP 等于输出幅度加上 PAR，即 +5.95 dBm。
PEP = Pout + PAR
其中，Pout 是信号发生器上的幅度设置（平均输出功率）。
信号发生器的增益压缩
如果信号发生器的输出功率饱和，则不仅会影响输出功率电平精度，还会由于 AM 至 AM 压缩影响调制质量。对于 PAR 信号，信号发生器的幅度电平设置不能大于其最大输出功率（即 PEP）减去峰均比。例如，信号发生器的最大输出功率为 +18 dBm。该信号的 PAR 为 10 dB。则您在信号发生器上所使用的最大幅度设置（平均功率）为 +8 dBm（18 - 10 = 8）。这可以防止信号发生器的功率放大器饱和。
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