N5182B MXG矢量信號(hào)發(fā)生器的工作原理

N5182B是一個(gè)系列名稱，它屬于是德科技的MXG X系列矢量信號(hào)發(fā)生器。理解它的工作原理，需要從兩個(gè)層面來(lái)看：一是作為一臺(tái)基礎(chǔ)射頻信號(hào)發(fā)生器，二是作為一臺(tái)矢量信號(hào)發(fā)生器。

一、核心工作原理：直接頻率合成+ I/Q調(diào)制

N5182B采用了現(xiàn)代高性能信號(hào)發(fā)生器最主流的直接矢量頻率合成 技術(shù)。其核心原理可以用下面這個(gè)簡(jiǎn)化的框圖來(lái)理解：

讓我們一步步分解這個(gè)過(guò)程：

1. 數(shù)字基帶部分

這是信號(hào)的“大腦”和“源頭”。

波形生成：您想要產(chǎn)生的信號(hào)（如5G NR、WLAN、復(fù)雜調(diào)制信號(hào)等）首先在數(shù)字域被定義。這可以通過(guò)兩種方式：

內(nèi)置基帶發(fā)生器：N5182B內(nèi)部有強(qiáng)大的處理器和硬件，可以實(shí)時(shí)生成各種標(biāo)準(zhǔn)制和自定義的數(shù)字基帶信號(hào)（I和Q兩路數(shù)據(jù)）。

外部基帶輸入：通過(guò)后面的I/Q輸入接口，可以接入外部的基帶信號(hào)（例如來(lái)自ADS、MATLAB等軟件生成的波形文件，通過(guò)任意波形發(fā)生器播放）。

數(shù)字上變頻：生成的數(shù)字基帶信號(hào)（I和Q）會(huì)在數(shù)字域進(jìn)行第一次“上變頻”，將其搬移到一個(gè)中間的頻率。

2.數(shù)模轉(zhuǎn)換

經(jīng)過(guò)數(shù)字處理后的I和Q兩路信號(hào)，分別由兩個(gè)高精度、高采樣率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換為模擬的、低中頻的I路和Q路信號(hào)。

3.I/Q調(diào)制器

這是矢量信號(hào)發(fā)生的核心環(huán)節(jié)。

本地振蕩器：一個(gè)非常純凈和穩(wěn)定的射頻本振源會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻載波信號(hào)。

90度移相器： 這個(gè)載波被分成兩路，其中一路保持原樣（0度），另一路被移動(dòng)90度相位。

混頻器：模擬的I路信號(hào)與0度載波混頻；模擬的Q路信號(hào)與90度載波混頻。

合成：將兩個(gè)混頻器輸出的信號(hào)合并。通過(guò)精確控制I和Q兩路的幅度和相位，就可以在輸出端合成出任何形式的調(diào)制信號(hào)（如QPSK， 16QAM， OFDM等）。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，I/Q調(diào)制就像一個(gè)“萬(wàn)能調(diào)制器”，通過(guò)改變I和Q，可以精確控制輸出信號(hào)的幅度、頻率和相位，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制。

4. 上變頻、濾波和放大

從I/Q調(diào)制器出來(lái)的信號(hào)頻率可能還不夠高，如果需要更高的輸出頻率（例如毫米波），它會(huì)再經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)上變頻混頻級(jí)，與更高頻率的本振混頻，將信號(hào)頻譜搬移到最終的輸出頻率。

濾波器：在每個(gè)變頻級(jí)之后，都會(huì)使用帶通濾波器來(lái)濾除混頻產(chǎn)生的不需要的雜散信號(hào)和鏡像頻率，確保輸出信號(hào)的頻譜純凈度。

放大器：信號(hào)最后會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?衰減器，以便精確控制輸出信號(hào)的功率電平。放大器確保信號(hào)有足夠的強(qiáng)度，而衰減器則用于實(shí)現(xiàn)非常低的功率輸出和精細(xì)的功率控制。

5. 輸出與控制

最終，純凈且功率可控的射頻信號(hào)通過(guò)輸出端口送出。

整個(gè)流程由中央處理器單元精確同步和控制，包括頻率設(shè)置、功率控制、調(diào)制開(kāi)關(guān)、列表模式掃描等所有復(fù)雜操作。

二、N5182B的關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

理解了基本原理后，我們來(lái)看看N5182B作為一款高端儀器的具體實(shí)現(xiàn)和優(yōu)勢(shì)：

1.直接模擬合成技術(shù)

N5182B在生成基礎(chǔ)連續(xù)波時(shí)，結(jié)合了直接數(shù)字合成和直接模擬合成的優(yōu)點(diǎn)。它的參考源（時(shí)基）質(zhì)量極高，確保了極低的相位噪聲和極高的頻率精度與穩(wěn)定度。

2.先進(jìn)的數(shù)字基帶

高帶寬：支持高達(dá)160MHz的射頻調(diào)制帶寬，能夠生成復(fù)雜的寬帶信號(hào)，如5G或雷達(dá)信號(hào)。

高分辨率DAC： 高性能的DAC確保了在生成復(fù)雜矢量信號(hào)時(shí)，具有很高的信噪比和動(dòng)態(tài)范圍，從而降低了信號(hào)的誤差矢量幅度。

3.ALC與電平控制

采用閉環(huán)自動(dòng)電平控制。它會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出端口的實(shí)際功率，并與設(shè)定值進(jìn)行比較，通過(guò)反饋回路動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)部衰減器和放大器的增益，確保在整個(gè)頻率和功率范圍內(nèi)輸出電平的準(zhǔn)確性。

4. 高精度本振源

其內(nèi)部的本振源基于分?jǐn)?shù)-N頻率合成等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從9 kHz到6 GHz（或更高，取決于型號(hào)）的連續(xù)頻率覆蓋，同時(shí)保持了非常低的單邊帶相位噪聲，這對(duì)于測(cè)試高性能接收機(jī)的靈敏度至關(guān)重要。

5. 強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理

所有復(fù)雜的調(diào)制格式、加擾、濾波（如升余弦濾波器）都是在數(shù)字域完成的，這比模擬方法更精確、更靈活、可重復(fù)性更好。

三、總結(jié)：一個(gè)形象的比喻

您可以把N5182B想象成一個(gè)頂級(jí)的“數(shù)字廚房”：

食譜：您想要生成的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（如5G NR）或自定義波形文件。

廚師：內(nèi)部的數(shù)字基帶處理器，按照食譜準(zhǔn)備“食材”（I/Q數(shù)據(jù)）。

切菜與配菜：數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字的“食材”切成可用的“模擬形狀”。

炒鍋：I/Q調(diào)制器是核心烹飪工具。I路和Q路是兩種基礎(chǔ)調(diào)料，載波是火。通過(guò)控制兩種調(diào)料的比例和火候（相位），可以炒出任何口味的菜（任何調(diào)制樣式的信號(hào)）。

裝盤與上菜：上變頻、濾波和放大過(guò)程就像最后的裝盤，確保菜品的賣相（頻譜）干凈，分量（功率）準(zhǔn)確，然后通過(guò)輸出端口“端”給客人（被測(cè)設(shè)備）。

總而言之，N5182B的工作原理核心是利用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和精密的模擬I/Q調(diào)制，將數(shù)字域定義的復(fù)雜信號(hào)，高保真、高純凈度地轉(zhuǎn)換為可在射頻端口輸出的物理信號(hào)，以滿足現(xiàn)代通信、航天國(guó)防等領(lǐng)域?qū)?fù)雜信號(hào)測(cè)試的苛刻要求。