信號(hào)發(fā)生器可以為各種元器件和系統(tǒng)測(cè)試應(yīng)用提供精準(zhǔn)而穩(wěn)定的測(cè)試信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器 有一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，那就是輸出功率范圍。在接收機(jī)靈敏度測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器通常 需要輸出低至 -120 dBm 的信號(hào)，在射頻功率放大器測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器通常需要輸出 高達(dá) +20 dBm 的信號(hào)。它們需要在滿足關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)（如精度、頻譜純度和噪聲）的同 時(shí)實(shí)現(xiàn)這一寬動(dòng)態(tài)范圍。

功率有幾種類型，包括均功率、包絡(luò)功率和峰值包絡(luò)功率。在詳細(xì)了解每一種功率之 前，我們首先來(lái)了解一下功率的基礎(chǔ)知識(shí)。

什么是“功率”？

功率是能量傳輸?shù)乃俾?，測(cè)量單位為瓦（W）。一瓦等于一秒鐘內(nèi)傳輸?shù)囊唤苟芰俊?/span>

在直流（DC）中，功率是電壓和電流的乘積。在交流（AC）中也是如此，但是對(duì)于 交流而言，電壓和電流的變化會(huì)導(dǎo)致瞬時(shí)功率發(fā)生變化。

信號(hào)發(fā)生器的輸出功率是指輸出的平均功率。要得到平均輸出功率，我們只需要將 P 曲線下的面積求積分，如圖 1 所示。

圖 1. 直流和低頻功率測(cè)量。

關(guān)于 dB 和 dBm 的探討

如果沒(méi)有對(duì) dB 標(biāo)度進(jìn)行探討，那么關(guān)于功率的討論就不能稱之為完整。dB 代表分貝， 用于表示對(duì)數(shù)標(biāo)度的比率。將比率轉(zhuǎn)換為 dB 可以采用下面的公式：

其中，P0 是參考功率電平，P 是感興趣的功率電平。如果 P0 是 1 mW，您將得到 dBm。 換句話說(shuō)，dBm 是取 1 mW 做基準(zhǔn)值。

為什么要使用 dB 和 dBm？當(dāng)我們要表達(dá)非常大或者非常小的值時(shí)，dB 和 dBm 非常 有用。例如，10,000,000,000 的比率可以表示為 100 dB，而 0.000 000 000 1 的 比率則可以表示為 -100 dB。

使用 dB 的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，它能夠讓您輕松計(jì)算總的系統(tǒng)增益或損耗。您只需對(duì)增益做 加法，對(duì)損耗做減法即可。這樣做非常方便，特別是當(dāng)您的射頻系統(tǒng)中有多級(jí)放大器和 衰減器時(shí)。

什么是平均功率？

“平均功率”一詞通常用于射頻和微波系統(tǒng)，與之相對(duì)的是瞬時(shí)功率。瞬時(shí)功率變化 得太快，因此沒(méi)有意義。平均功率是在具有最低頻率分量的時(shí)間段內(nèi)傳遞的平均能量。 功率傳輸始終是一個(gè)正值，不像電壓和電流（可以在正負(fù)值之間波動(dòng)）。

了解包絡(luò)功率和峰值包絡(luò)功率

在表征射頻功率放大器時(shí)，您需要了解各種操作條件下的功耗。圖 2.3 所示為高頻調(diào)制 信號(hào)的功率測(cè)量。

包絡(luò)功率是通過(guò)對(duì)一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的功率取平均值來(lái)確定的，這個(gè)時(shí)間段比具有最高調(diào)制 頻率的時(shí)間段長(zhǎng)，但比載波周期短。包絡(luò)功率讓您可以檢查調(diào)制或瞬變條件對(duì)功耗的影 響。由于電池供電的移動(dòng)器件內(nèi)采用了許多射頻功率放大器，因此這一點(diǎn)尤其重要。峰 值包絡(luò)功率（PEP）是最大包絡(luò)功率，它是表征發(fā)射機(jī)的重要參數(shù)之一。

信號(hào)發(fā)生器- 調(diào)制信號(hào)的電壓包絡(luò)

圖 3. 高頻調(diào)制信號(hào)的電壓包絡(luò)和功率包絡(luò)。上圖是調(diào)制信號(hào)的電壓包絡(luò)。左下方圖中的綠色部分是信號(hào)的瞬時(shí)功率，紅色是平均功率。右下方圖中紅色曲線的是包絡(luò)功率。

了解功率技術(shù)指標(biāo)

談到功率技術(shù)指標(biāo)時(shí)，許多信號(hào)發(fā)生器的產(chǎn)品資料中會(huì)列出功率輸出范圍、分辨率和適 用的頻率范圍。有幾點(diǎn)需要注意：

輸出幅度受頻率范圍和工作溫度的影響。

通常會(huì)有選件可以滿足更高的輸出功率需求。

步進(jìn)衰減器提供粗略的功率衰減（步長(zhǎng)為 5 dB）來(lái)實(shí)現(xiàn)低功率電平。在衰減器的保 持范圍（hold range）內(nèi)由 ALC（自動(dòng)電平控制）提供精細(xì)的功率電平調(diào)節(jié)。

“最大輸出功率”用于連續(xù)波（CW）模式。一些產(chǎn)品資料中列出了 I/Q 調(diào)制的最大 輸出功率。對(duì)于 Keysight MXG/EXG 信號(hào)發(fā)生器而言，功率技術(shù)指標(biāo)指的是 PEP。

表 1. Keysight MXG/EXG 信號(hào)發(fā)生器的幅度技術(shù)指標(biāo) — 最大輸出功率。

有了調(diào)制之后，問(wèn)題變得有點(diǎn)復(fù)雜

在時(shí)域和頻域內(nèi)，大多數(shù)數(shù)字調(diào)制信號(hào)會(huì)出現(xiàn)類似噪聲的情況，而峰值似乎是隨機(jī) 的。您如何確定在這些峰值期間信號(hào)發(fā)生器未能達(dá)到飽和狀態(tài)？功率互補(bǔ)累積分布函 數(shù)（CCDF）曲線可以告訴我們這些峰值能達(dá)到的高度。例如，圖4 中的最高峰均比 （PAR）是 5.95 dB。

如果信號(hào)發(fā)生器的最大輸出功率為 18 dBm，那么信號(hào)發(fā)生器的最大功率輸出可設(shè)置為 12.05 dBm（18 dBm – 5.95 dB）。請(qǐng)記住，信號(hào)發(fā)生器的功率輸出是平均功率輸 出。如果將信號(hào)發(fā)生器的輸出設(shè)置為高于 12.05 dBm，那么峰值會(huì)被削減。

圖4. Keysight N5182B 信號(hào)發(fā)生器波形實(shí)用程序的 CCDF 圖。此處顯示的信號(hào)波形是符號(hào)速率為 1 Msps 的 64 QAM RRC（根升余弦）基帶濾波器波形。

信號(hào)發(fā)生器測(cè)量應(yīng)用

如果您需要的輸出功率不在這個(gè)規(guī)定范圍，則可以使用放大器增大輸出功率，或使用衰減器降低輸出功率。但是，您需要考慮放大器的增益不確定度和衰減器的平坦度和精 度。這里有幾個(gè)高輸出功率和低輸出功率的測(cè)試應(yīng)用。

高輸出功率測(cè)試應(yīng)用：

1. 降低自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）系統(tǒng)內(nèi)的切換損耗

2. 解決長(zhǎng)電纜內(nèi)的信號(hào)衰減問(wèn)題

3. 高功率放大器

4. 接收機(jī)阻塞測(cè)試

低輸出功率測(cè)試應(yīng)用：

5. 接收機(jī)靈敏度測(cè)量

6. 作為干擾信號(hào)