概要信息：

射频电路测试原理
第七讲 信号发生器原理
guolinli@tsinghua.edu.cn
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期2
参考文献
Agilent资料
The Science of Timekeeping, HP Application 
Note 1289
…
袁越智等，高频、微波信号源及其稳定，中国
计量出版社，1992
Ulrich L. Rohde, David P. Newkirk, 
RF/Microwave Circuit Design for Wireless 
Applications, John Wiley & Sons, 2000
刘光祜，张玉兴译，无线应用射频微波电路设计，
电子工业出版社，2004
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期3
目录
通过对信号发生器工作性能的讨论，尤其是相
位噪声产生的机制，理解信号发生器的各种性
能指标的定义及其对测试的影响
概述
连续波信号发生器 Continue Wave，CW
扫频信号发生器 Swept
调制信号发生器 modulation
信源指标对测试影响的分析例
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一、概述：分类
按输出波形分类
正弦信号发生器
函数发生器
脉冲信号发生器
其他：伪随机、
噪声、…
正弦信号发生器
按频段分类
射频信号发生器：kHz-3GHz
微波信号发生器：3GHz-30GHz
按频率产生和综合方法分类
直接频率合成法：DS
间接频率合成法（锁相环频率合成法）
直接数字频率合成法：DDS
按输出频率调节方式分类
连续波信号发生器：Continue Wave, CW
扫频信号发生器：Swept
调制信号发生器
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工作性能（一）
频率特性
有效频率范围
所有其他指标都得以保证的频率范围
分辨力
频率准确度
实际输出频率和标度频率的误差：10-6-10-2
频率稳定度
描述信号源输出频率的随机波动和漂移特性
时域描述：阿伦方差
频域描述：相位噪声
频谱纯度
相位噪声，谐波、杂波：-50dBc
%100
0
0 ×
−
=
f
ffγ
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频谱纯度
 
 ( )dBc相对幅度  
 0       
 20 −  
 40 −  
 60 −  
 80 −  
 100−  
 120−  
 选定频率  
 谐波  
 相位噪声  
 组合频率干扰
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工作性能（二）
输出特性
输出功率或输出电平
调节范围可达107以上
输出电平稳定度和平坦度
稳定度
输出电平随时间的变化：<0.1dB/min; <0.3dB/3h
平坦度
有效频率范围内，调节频率时幅度随频率的变化
为了保证信号发生器输出信号的电平稳定度和平坦度，信
号源输出往往都有自动电平控制（Automatic Level 
Control, ALC）电路，可保证平坦度在±1dB以内
输出电平准确度： ±3%
输出阻抗：50Ω，驻波比<1.2
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工作性能（三）
调制特性
调制类型
模拟调制、数字调制
调幅、调角
调制信号频率范围
调制指数
有效范围：调幅波调制指数，调频波频偏
准确度：误差小于<10%
线性度
寄生调制
残余调幅、残余调频：归入频率稳定度和幅度稳定度
调幅时的寄生调频，调频时的寄生调幅
其他特性
频率转换时间
Reverse power 
protection
可靠性指标
泄漏
功耗
体积、重量
环境条件
温度范围
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二、连续波信号发生器
基础理论
相位噪声
频率稳定度
典型的锁相环信号发生器
直接数字合成信号发生器
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2.1 基础理论：相位噪声
理想的连续波信号源
输出为正弦波，其频
谱为单根谱线，实际
信号源的输出谱线不
可能是单根谱线，事
实上，谱线旁边是相
位噪声
CW output
frequency
Po
w
er
 S
pe
ct
ra
l D
en
si
ty
measured as dBc/Hz
本振的相位噪声对通信系统有很大的影响；信源作
为系统调试中本振的替代物，为了有效应用于各种
调试背景，对其相位噪声有较高的要求
以反馈振荡器为例，讨论信源的相位噪声的产生机制
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只有当反馈放大器的反馈增益为无穷大时，它才有可能成为一个振荡器
反馈振荡器在振荡频率ωS达到反馈平衡，一定满足A(jωS)B(jωS)=1
反馈振荡器基本原理
 
 ( ) ( ) ( )ωϕωω jj AejAjA =  
 ( ) ( ) ( )ωϕωω jj BejBjB =  
 ( )ωjVo   ( )ωjVs  
 ( )ωjVB  
 ( )ωjVi  
反馈放大器
( ) io VjAV  ω=
( ) oB VjBV  ω=
Bsi VVV += 
( )
( ) ( ) so V
jBjA
jAV
ωω
ω
−
=
1
 ( ) ( )
( ) ( )ωω
ωω
jBjA
jAjH
−
=
1
 
( ) ( ) 1=SS jBjA ωω
( ) ( ) πϕϕ ωω n
SS jBjA 2=+
放大器
选频网络
带通滤波器
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放大器噪声
( ) kTBG
P
kTBG
PkTBG
kTBG
P
GP
P
PPP
P
PP
PP
SNR
SNRF
p
nA
p
nAp
p
no
pni
no
sisoni
no
noso
nisi
o
i +=
+
====== 1
FkTBGP pno =
有噪
放大器
无噪
放大器
siPsiP
kTB FkTB
noso PP + ( )FkTBPG sip +
R
PV si
rmss =,
R
FkTV rmsn =,
Hz1
mff −0 0f f mf mff −0 0f f mf+0 +0
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相位噪声的表述：-97dBc/Hz @ 100 kHz offset from a CW frequency at 20 GHz
附加于载波上的噪声
R
PV si
rmss =,
R
FkTV rmsn =,
( ) ( )[ ]
( ) ( )
( )
( )( )tVtVtV
ttVtV
ttVttV
ttVtv
smns
nss
nsns
nss
m
mm
m
00
0,0
,0,0
,0
sincoscos
sincos
sinsincoscos
cos
ωωω
ωθω
θωθω
θω
ω
ωω
ω
−=
−≈
−=
+=
mff −0 0f f mf+0
( ) tVt mnn m
ωθ ω cos, =
( )
sirmsS
rmsn
S
n
m P
FkT
V
V
V
VfS === 2
,
2
,
2
2
θ ( ) ( )HzdBckTPFfS sim     log10log10log10 +−=θ
( ) ( )HzdBcfS
dBmPdBNFf
m
sim
178174106
10,6
−=−−=
==
θ
较大时，可以采用：
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闪烁噪声
调制频率靠近载波时，相位噪声谱显示
出闪烁噪声（1/f噪声）
( ) ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+=
m
c
si
m f
f
P
FkTfS 1θ
( )mfSθ
siP
FkT
MHzGaAsFET
kHzSiBJT
HzSiFET
fc
1:
5:
50:
：闪烁转角频率
cf mfO
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期15
 
 ( ) ( ) ( )ωϕωω jj AejAjA =  
 ( ) ( ) ( )ωϕωω jj BejBjB =  
 ( )ωjVo   ( )ωjVs  
 ( )ωjVB  
 ( )ωjVi  
带通与低通
带通反馈网络，对频率偏移fm而言，是一
个低通网络
( )
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−+
=
ω
ω
ω
ω
ω
0
0
1
1
jQ
jH
( )( )
00
0
0
0
0
21
1
1
1
ω
ω
ωω
ω
ω
ωω
ωω
m
L
m
m
L
m
QjjQ
jH
+
≈
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
−
+
+
=+
( )
0
21
1
ω
ωω
m
L
m
Qj
jH
+
=
L
CRQ
LC
P=
=
1
0ω
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经过反馈网络
( ) ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+=
m
c
si
mi f
f
P
FkTfS 1,θ
( )
0
21
1
ω
ωω
m
L
m
Qj
jH
+
=
( )mo fS ,θ
BS
Q
BSBS o
mL
oi ,2
0
,,
21
1
θθθ
ω
ω
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
+ i
mL
o S
fQ
fS ,
2
0
, 2
1 θθ ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+=
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相位噪声的Leeson模型
( )
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+=
1
2
1
2
1
2
1
2
0
2
2
0
3
,
,
2
0
,
m
c
LmLm
c
is
m
c
ismL
mo
f
f
Q
f
fQ
f
f
f
P
FkT
f
f
P
FkT
fQ
ffSθ
W
hite PM
W
hite FM
Flick FM
( )
Flick PM
0
1
2
2
3
3
4
4
, ααααα
θ ++++=
mmmm
mo ffff
fS
Random
 walk  FM
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期18
降低相位噪声的信源设计规则
( ) ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+=
m
c
ismL
mo f
f
P
FkT
fQ
ffS 1
2
1
,
2
0
,θ
使无载Q值最大化
不惜代价地避免BJT进入饱和状态，不使二极
管进入正偏状态
选择尽可能低噪声系数和闪烁转角频率的放大
管
BJT发射极反馈电阻可使闪烁噪声降低40dB
正确的偏置，防止有源器件的输入输出电容产
生调制现象
调制将导致幅度变化转移到相位变化中，从而引入
相位噪声
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期19
残余调频
Residual FM is the undesired angular 
modulation or FM inherent in a signal 
generator with all the modulation turned off
It includes the effects of both spurious and 
phase noise
It is the integral or area under the SSB curve 
with limits set by the post-detection bandwidth. 
300 Hz to 3kHz and 20Hz to 15kHz are 
common bandwidths.  
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期20
( ) 0
1
2
2
3
3
4
4
, ααααα
θ ++++=
mmmm
mo ffff
fS
频率稳定度
频率稳定度是信号源最为重要的技术指标
相位噪声谱密度是频率稳定度在频域内的测度
时域内的测度，一般是根据误差理论，用随机误差
的标准方差（精度）来表征稳定度
由于信源噪声包含有非平稳随机过程，用标准方差
表征稳定度存在着不收敛问题（对随机游走调频噪
声和调频闪烁噪声两种噪声，标准方差不收敛），
因而一般采用Allan方差作为频率稳定度的时域测
度
平稳随机过程：统计特性不随时间变化的随机过程。
均值与时间无关，自相关只和时间间隔有关
平稳随机过程具有各态遍历性：
统计平均（均值和自相关）和时间平均相等
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期21
( ) ( )( )ttfVtv θπ += 00 2sin标准方差
( ) ( ) ( )( )ttfttft λπθπϕ +=+= 00 22
方差 ( ) ( ) ( )
dt
tdf
dt
tdtf
π
θ
π
ϕ
22 0 +==
测量次数
频率的随机起伏是
一个随机变量，是
时间t的随机函数，
不可能测量其瞬时
值，实际测量获得
的是有限时间段内
的平均值
( ) ( ) ( )
dt
td
ff
ftft θ
π
γ
00
0
2
1
=
−
=
( ) ( ) ( )( )
( ) ( )( )kk
kk
t
tk
tt
tt
f
dttk
k
λτλ
τ
θτθ
τπ
γ
τ
γ
τ
−+=
−+== ∫
+
1
2
11
0
( ) ( )∑
=
−
−
=
N
k
kkN
N
1
22
1
1,ˆ γγτσ
标准方差随观测次数是变化的，对平稳过程
它是收敛的，对非平稳过程，它是发散的
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期22
( ) ( )
0
0
f
ftft −
=γ ( ) ( )∑
=
−
−
=
N
k
kkN
N
1
22
1
1,ˆ γγτσ
( ) ( )
2
,2ˆ
2
1222 −−
= kk
k
γγτσ阿伦方差
( )
( )
( )
( )∑
=
−→∞
−
−
−=
−
=
−
=
=
n
k
kkn
kk
kk
k
ff
fn
f
ff
1
2
1222
0
2
0
2
122
2
122
22
2
11lim
2
2
,2ˆ
γγ
τσσγ信号源噪声中含有闪变噪声，
标准方差无极限收敛存在，
测量次数越多，标准方差的
估计偏差越大，是一个不确
定表征量
为了克服这个问题，用阿伦
方差来表征信源的噪声时域
特性
阿伦方差：以相对频率起伏的
取样方差为基础，两次取样方
差的时间平均称为时域的频率
稳定度测度
2  :  γγ σσ =VarianceAllen
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( ) ( )( )kkk tt λτλ
τ
γ −+=
1
Allen方差和观测时间
( ) ( )
0
0
f
ftft −
=γ
频率稳定度的表述：
频率老化率（aging 
rate）≤±5×10-9/1天，
0.001ppm/10年，…
短期频率稳定度（阿
伦方差）5 ×10-11/s
阿伦方差对五种噪声类型全部收敛，并且可以从
和观测时间τ的关系来判断噪声类型
除了调相白噪声和调相闪烁噪声外，噪声类型和
观测时间τ有一一对应的关系
y：相对频率起伏/时间残余 X：测量的频率/时间
-1
调相白噪声
调相闪烁噪声
-1/2
调频白噪声
0
0
调频闪烁噪声
1/2
随机游走调频噪声
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2.2 典型的锁相环信号发生器
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期25
参考源
φPhase
Detector
Optional External 
Reference Input
Reference Oscillator (TCXO or OCXO)
TCXO OCXO
Aging Rate +/- 2ppm/year +/- 0.1 ppm /year
Temp. +/- 1ppm +/- 0.01 ppm
Line 
Voltage
+/- 0.5ppm +/- 0.001 ppm
to synthesizer section
divide
by X
XO----Oscillator
CXO----Crystal Oscillator
OCXO----Oven Controlled Oscillator
OCVCXO----Oven Controlled Voltage Controlled Oscillator
TCXO----Temperature Compensated Oscillator
TCVCXO----Temperature Compensated Voltage Controlled Oscillator
VCXO----Voltage Controlled Oscillator
PXO----Precision Oscillator
VCSO----Voltage Controlled SAW Oscillator
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期26
M
N
NM
N
1
:1
1:1
+→
−
+
锁相环
φ
VCO
Frac-N
Phase
Detector
from reference section
to output section
X 2
multiplier
5MHz
465.5 MHz
N = 93.1
Front 
panel
control
931 MHz
5MHz
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期27
锁相环的相位噪声
reference
oscillator
phase noise of source
VCO noise
phase 
detector 
noise broadband 
noise floor
20logN
phase-locked-loop (PLL) 
bandwidth selected for 
optimum noise performance
frequency
no
is
e
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期28
输出
Agilent 8662/63 family
100 KHz - 2.5 GHz
Low in channel noise
AM/FM/Phase/Pulse
Agilent 8664/65 family
100 MHz - 6 GHz
Low out channel noise
AM/FM/Pulse.
ALC：Automatic 
Level Control
保证输出幅度的
稳定性
输出衰减器
获得大的输出幅
度调节范围
-136dBm～
13dBm
ALC 
Modulator
ALC
Driver
ALC Detector
Output
Attenuatorfrom  
synthesizer 
section source output
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期29
微波信号发生器
ALC Detector
ALC 
Modulator
ALC
Driver
Output
Attenuator
Reference Section
Synthesizer 
Section
Output Section
Ref Osc
φ
VCO
Phase
Det
Frac
N1
by R
φ
VCO
Phase
Detector
Frac-N2
φPhase
Detector Tuning
Coils
YIG
Oscillator
1f
2f
3f
02
1
1
020
1
1
213 fN
R
NfNf
R
Nfff ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+=+=+=
0f
Sampler
sNffN
R
Nf +⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+= 02
1
1
3
Agilent 83711/12B family
10 MHz - 20 GHz
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期30
2.3 直接数字频率合成信号发生器
直接数字频率合成技术不是直接频率合成技术
直接频率合成技术：通过对频率的加、减、乘、除
运算来实现频率合成
直接数字频率合成技术：通过对相位的运算进行频
率合成
它的思路是：按一定的时钟节拍从存放有正弦
函数表的ROM中读出这些离散的代表正弦幅值
的二进制数，然后通过DA变换并滤波，得到一
个模拟的正弦波波形，改变读数的节拍频率或
者取点的个数，就可以改变正弦波的频率
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期31
原理框图
寄存器每接受一个时钟，它所存
的数就增加K，此数对应的地址
代表了相位，通过读取该地址
（相位）对应的（正弦）幅度二
进制数，并通过DA转换和滤波，
即可获得一个连续变化的正弦波
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
N位数字
全加器
N位数字
寄存器
相位-幅度
ROM
DAC LPF
( )N
( )N
( )N ( )A ( )D
K
cf
KN2
2π
=ϕ∆ c
N
co T
K
TT 22
=
ϕ∆
π
=
N
c
o
o
fK
T
f
2
1
==
of
相位累加器
字
制
控
率
频
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期32
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0
0
4
8
1 2
1 6
2 0
2 4
2 8
3 2
3 6
4 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0
- 1
- 0 . 8
- 0 . 6
- 0 . 4
- 0 . 2
0
0 . 2
0 . 4
0 . 6
0 . 8
1
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0
0
4
8
1 2
1 6
2 0
2 4
2 8
3 2
3 6
4 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0
- 1
- 0 . 8
- 0 . 6
- 0 . 4
- 0 . 2
0
0 . 2
0 . 4
0 . 6
0 . 8
1
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0
0
4
8
1 2
1 6
2 0
2 4
2 8
3 2
3 6
4 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0
- 1
- 0 . 8
- 0 . 6
- 0 . 4
- 0 . 2
0
0 . 2
0 . 4
0 . 6
0 . 8
1
1        5 == KN
2        5 == KN
3        5 == KN
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期33
N
c
o
o
fK
T
f
2
1
==
DDS特点
改变时钟频率fc和频率控制字K，可以改变输出
信号频率
DDS最低输出频率为K=1时，fomin=fc/2
N
最高频率，根据奈奎斯特取样定理，可达
fomax=fc/2，一般要求不大于fc/4，即一个正弦
波周期，至少取4个点
DDS输出频率的分辨力就是它的最小输出频率：
只要N足够大，DDS的分辩力就足够的高
DDS依靠DAC的位数D（以及ROM的地址线位数A）来
保证正弦波的幅度精度，靠相位累加器的位数N来
保证其分辩力
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期34
DDS优点
工作频率范围宽
fc/2
N －fc/4：N＝32，2
30～109量级
极高的分辨力
fc/2
N：(fc=50MHz,N=48:0.18*10
-6Hz)
极短的频率转换时间
开环系统，无反馈环节，取决于器件速度
可方便地进行各种数字调制
改变频率控制字K，即改变输出信号的频率和相位，
因此可方便地实现数字调频和调相，附加电路后也
可实现调幅功能
任意波形函数发生器
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期35
N位数字
全加器
N位数字
寄存器
相位-幅度
ROM
DAC LPF
( )N
( )N
( )N ( )A ( )D
K
cf
of
相位累加器
DDS缺点
工作频率受限
理论上，其时钟频率至少为输出信号频率的2倍，
实际要求在4倍以上，不易实现；而且，器件速度，
尤其是DAC的速度，限制了DDS的工作频率
杂散信号较多
DDS相当于对正弦波进行抽样
ROM容量有限，其地址线位数A比相位累加器位数N
小很多，由此产生的相位舍入误差会引入很多杂散
频率分量
DAC的非线性也是DDS杂散分量的来源
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期36
三、扫频信号发生器
扫频信源广泛地应用于各种测试系统，为电路
设计和系统研制提供了强有力的手段
网络分析仪
频谱分析仪
技术性能
频率特性
扫频功能
输出特性
GPIB程控
扫频发生器一定带有GPIB接口，其扫频方式、频带选择、
频率等，全部的前面板功能均可通过GPIB进行程控，从而
实现自动测量系统，在计算机的控制下进行测量
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期37
3.1 技术性能
频率特性
频率范围
一般为一个倍频程至几个倍频程
频率准确度、线性度、稳定度
准确度和线性度要求优于1％
稳定度
温度/°C、电源电压/10%、输出功率/10dB、负载驻波比/3、
时间
信号纯度
谐波（>30dB）、非谐波寄生信号（>40dB）
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期38
扫频特性
time
f2
t2
f1
ramp sweep
– accuracy
– sweep time
fr
eq
ue
nc
y
t1
t4t3t1 t2
f4
step sweep
– accuracy
– number of points
– switching timef3
f1fr
e
f2qu
en
cy
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期39
输出特性
输出功率：准确度
稳幅性能：平坦度
输出匹配：SWR
level accuracy 
spec
po
w
er
flatness spec
f1 f2
frequency
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期40
扫幅方式
Power Sweep
Power Sweep Range
Power Slope Range
Source Match (SWR)
po
w
er
P2
P1
power sweep 
range
t1 t2
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期41
Frequency Accuracy
Output Power (Level) Accuracy
Flatness
Speed
residual FM频响特性测试
当测试器件的频响特性时，如下
指标是重要的
指标 效能
频率准确度 DUT器件的中心频率
输出功率 增益/衰减
平坦度 频响特性
响应速度 测试成本
残余调频 测试高Q器件的能力
Sw
ee
pe
r I
np
ut
LO
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期42
频响特性测试
Center 2 450.212 MHz Span 1 099.577 MHz
1
1
3
5 6
BW:   429.600 MHz
CF:  2405.782 MHz
Q:     5.60
Loss:    -0.84 dB
1:Transmission Log Mag 5.0 dB/ Ref -15.00 dB
-35
-30
-25
-20
-10
-5
0
5
Abs
dB  
Ch1
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期43
幅度扫描测试1dB功率压缩点
.
The 1 dB compression point is a common amplifier specification used to identify the 
linear operating range of an amplifier.  Power sweep is available on some sources
Power In
Po
w
er
 O
ut
1 dB compression
point
LO
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期44
3.2 调谐电路
2GHz以下的扫频信号发生器常采用变容管调谐
振荡器（Varactor Tuned Oscillator）
电容三点式振荡器最为常见
YIG调谐振荡器是固态扫频信号发生器中最常
见的微波振荡器
YIG：Yttrium Iron Garnet: 钇铁石榴石
YIG调谐振荡器（YIG Tuned Oscillator）工作频
率范围可达50GHz：2－10GHz、8－18GHz、10－
20GHz、20－40GHz
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期45
YIG调谐振荡器
YIG小球通过耦合环与高频电路耦
合
带耦合环的YIG小球等效为一个高Q
值的并联谐振回路（无载Q值可达
1000-8000）
高Q谐振回路和负阻有源电路构成振
荡器
负阻：耿氏二极管，正反馈FET、
BJT、…
2-8GHz, 6-18GHz, 20-40GHz 2-8GHz 14-24GHz
OeMHz Hf ,0,0 8.2=
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期46
四、调制信号发生器
调制是将基带信息负荷于载波的实现方
式
( ) ( ) ( ) ( )⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛ += ∫ tdttftAtV
t
θπ
0
2cos
调制类型
模拟（AM、FM、PM、Pulse）
数字（IQ，矢量信号）
特殊调制（TDMA、CDMA、etc.）
Agilent ESG family
250 KHz - 4 GHz
AM/FM/Phase/Pulse
Digital/I-Q Mod
GSM,CDMA,DECT...
Agilent 8360B family
10 MHz - 50 GHz
AM/FM/Pulse
110 GHz with ext. module
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期47
调幅
V
ol
ta
ge
Time
Carrier
Modulation
调制信号
载波信号
调制指数
( )( ) ttVVV cmcAM ωcos+=
( )
( ) ttmV
ttVVV
caC
ccAM
ω
ω
coscos1       
coscos
Ω+=
Ω+= Ω
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期48
( )Ω+= 12 mBW 载波信号
调制信号
调制指数：最大频偏调角
( ) ( )( )
( )
( )
( ) ( )( )
( )
( )00
00
00
00
00
0 00
0 00
cos2cos       
cos2cos       
2coscos
sin2cos       
sin22cos       
22cos       
2coscos
θπ
θπ
θπϕ
θπ
θππ
θππ
θπϕ
+Ω+=
+Ω+=
++==
+Ω+=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ +
Ω
Ω
+=
⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛ ++=
⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛ ++==
Ω
Ω
∫
∫
tmtfV
tVKtfV
tVKtfVtVV
tmtfV
tVKtfV
dttVKtfV
dttVKfVtVV
pc
pc
mpccPM
fc
fc
t
mfc
t
mfccFM
V
ol
ta
ge
Time
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期49
Pulse Modulation: A pulsed RF signal is periodic in that is has two distinct and recurring 
states; the on state provides a stable medium or high power signal, the off state has 
much reduced signal strength (ideally no signal is present in the off state).
脉冲调制
Rise Time
PIN Switch: <1ns
Pulse Repetition Frequency
Pulse Width
Duty Factor
On/Off Isolation
Amplifier (turned on by 
changing the bias on the 
output terminal: drain, FET: 
0V, VDD)
60dB
Time
On/Off ratio
Rise
time
TRate=1/T
Pulse
Width
P
ow
er
t
1/t
1/T
P
ow
er
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期50
( )
dBmdBmpowerpulsepeak
MHzkHzcycleDuty
slobewidthwidthpulse
dBmpowerlobemain
MHzwidthlobe
sPRFperiodpulsed
linesspectralthebetweenspacingthekHzPRF
2205.0log2048  
05.01/50 
1/1 
48  
1 
20/1 
    50  
−=−−=
==
==
−=
=
==
=
µ
µ
RBW=3MHz Span=0
Video filter: off
-20dBm
RBW=30kHz
Span=1MHz/DIV
RBW=10kHz 
SPAN=500kHz/DIV
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期51
数字调制
ASK
FSK 
PSK
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期52
调制信号发生器构成
IQ Modulator
– modulation 
quality
Baseband Generator
– modulation quality
– adjacent channel 
performance
– supported modulation 
formats
reference section 
(supplies timing)
to output section
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期53
基带信号产生
DAC
DACPattern RAM Constellation 
Map and 
Baseband Filters
Timing
Data
Data Clock
Symbol 
Clock
From CPU
I
Q
Analog 
Reconstruction 
Filters
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期54
IQ调制器
π/2
DAC
from synthesizer 
section
I from Baseband Generator
DACExt I
to output section
Ext Q
Q from Baseband Generator
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期55
五、信源指标对测试的影响
几个例子
相位噪声的影响
杂波的影响
频率准确度的影响
幅度准确度的影响
临道功率的影响
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期56
发射机的临近波道干扰测试
IF signal transmitter output
poor phase noise spreads 
energy into adjacent 
channels
poor frequency accuracy 
will cause transmitter to 
be at the wrong 
frequency
DUT
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期57
接收机的杂散抑制测试
IF 
signal
in-channel signal
(modulated signal)
out-of-channel signal
(CW or modulated signal) DUT
IF Rejection Curve
Frequency
Le
ve
l (
dB
m
)
spur from source and/or high levels 
of phase noise can cause a good 
receiver to fail
source output
αspur = Pinterferer - Ptest
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期58
放大器的三阶交调失真测试
f2f1
fU = 2f2 - f1fL = 2f1 - f2
spurious signals from 
source can corrupt 
measurement
frequency
test system third order 
products will also fall here
output RF
isolator
f1
f2
DUTIntermodulation 
Distortion
am
pl
itu
de
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期59
接收机灵敏度测试
Want to measure
sensitivity in a channel
Measurement impaired by 
frequency inaccuracy
frequency inaccuracy
amplitude inaccuracy
input for signal 
generator
DUT
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期60
接收机灵敏度测试
Customer is testing a -110 dBm sensitivity pager:
X= Failed unit
Po
w
er
 O
ut
-110 dB specification
Case 1: Source has +/-5 dB of
output power accuracy at
-100 to -120 dBm output power.
Set source to -115 dBm
Actual output power= -114 dBm
X
X
X XX
O
O=Passed unit
Po
w
er
 O
ut
-110 dB specification
Set source to -111 dBm
Actual output power= -112 dBm
X
X
O OO
O
Frequency Frequency
Case 2: Source has +/-1 dB of
output power accuracy at
-100 to -120 dBm output power.
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期61
频谱再生测试
DUT
Output from amplifier
Input from signal generator
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期62
练习题
某信源输出驻波比指标为<1.2，
假设信源输出阻抗为纯阻，求
其输出阻抗的范围。
试分析PLL对于参考源噪声而
言是个低通网络，对于VCO噪
声而言是个高通网络。
假设某振荡器的相位频谱如图
所示，根据Leeson相位噪声模
型，确认低QL还是高QL情况？
( )
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+=
1
2
1
2
1
2
1
2
0
2
2
0
3
,
,
2
0
,
m
c
LmLm
c
is
m
c
ismL
mo
f
f
Q
f
fQ
f
f
f
P
FkT
f
f
P
FkT
fQ
ffSθ