信號發生器/信號源的類型、原理及應用解析

信號發生器作為電子測試與測量領域的關鍵設備，在通信、雷達、航空航天、醫療電子等多個行業發揮著不可或缺的作用。本文將詳細介紹信號發生器的主要類型、技術原理及其典型應用。

一、信號發生器的主要類型

1. 模擬信號發生器

模擬信號發生器基于正弦波振蕩器原理，在數字電路普及前是主流的信號源設備。現代射頻模擬信號發生器能夠產生連續波音調，輸出頻率可在其范圍內任意調諧。典型功能包括：

多種模擬調制方式：AM、FM、ΦM（相位調制）、脈沖調制

內置衰減器實現輸出功率調節（典型范圍：-135dBm至+30dBm）

射頻模擬信號發生器仍廣泛應用于傳統射頻系統測試

2. 矢量信號發生器

隨著數字通信系統的發展，矢量信號發生器（VSG）成為測試復雜調制信號的核心設備。其技術特點包括：

支持QAM、QPSK、FSK、BPSK、OFDM等數字調制格式

符合3GPP、IEEE等行業標準信號生成

軍事通信測試支持自定義波形下載

典型產品如是德科技M9484C VXG，頻率范圍覆蓋DC至54GHz（擴展后達110GHz）

采用DDS（直接數字合成）技術消除傳統I/Q調制器的信號損傷

新型ASIC芯片實現8.5GHz直接數字上變頻，顯著提升信號保真度

3. 任意波形發生器

任意波形發生器（AWG）代表信號生成技術的最高靈活度：

可在指定參數范圍內生成任意用戶定義波形

典型應用：高速串行通信、光通信、雷達測試、電子戰系統

提供納秒級邊沿時間和GHz級采樣率

與函數發生器相比，AWG具有更高的精度和保真度，但成本也相應較高

4. 射頻信號發生器

射頻信號發生器專為射頻測試應用設計：

模擬型：支持AM/FM/PM/脈沖調制

數字型（矢量信號發生器）：支持QPSK/QAM/BPSK等復雜調制

典型應用場景：5G基站測試、衛星通信、雷達系統開發

5. 函數發生器

函數發生器是基礎的波形生成設備：

生成正弦波、方波、三角波、鋸齒波等標準波形

高級型號支持調制功能（AM/FM/PM/PWM）

主要應用于模擬電路測試和基礎教學實驗

6. 脈沖發生器

脈沖發生器專注于精確脈沖信號生成：

頻率范圍：1μHz至56Gb/s（是德科技產品）

輸出幅度：50mV至20V

特殊功能：可編程脈沖寬度、延遲時間

典型應用：數字電路測試、雷達系統、醫療設備

二、射頻信號發生器技術詳解

射頻信號發生器是現代通信測試的核心設備，其技術演進可分為兩個階段：

1. 模擬射頻信號發生器

基于傳統振蕩器架構，通過混頻器實現頻率擴展。典型特征：

連續波輸出

模擬調制能力

頻率分辨率有限

相位噪聲性能受限

2. 矢量射頻信號發生器

采用先進的數字架構，主要技術突破包括：

數字上變頻技術：通過DDS實現高精度頻率合成

I/Q調制系統：支持復雜數字調制格式

寬帶信號生成：單載波帶寬可達1GHz以上

信號保真度：誤差矢量幅度（EVM）優于0.5%

是德科技M9484C VXG代表當前最高技術水平：

頻率范圍：DC-54GHz（擴展至110GHz）

相位噪聲：-146dBc/Hz（10kHz偏移，10GHz載波）

輸出功率范圍：-140dBm至+20dBm

支持實時信號生成，帶寬達2GHz

三、典型應用場景

信號發生器在多個高科技領域發揮著關鍵作用：

5G通信測試：

驗證毫米波頻段（24-110GHz）設備性能

測試MIMO天線系統的空間通道特性

評估OFDM信號的峰均比（PAPR）特性

航空航天應用：

衛星通信載荷測試

導航系統（GNSS）信號模擬

雷達系統目標回波模擬

汽車電子：

車載以太網測試（100BASE-T1/1000BASE-T1）

關鍵安全系統（ADAS）傳感器測試

車載無線通信（V2X）協議驗證

半導體測試：

高速ADC/DAC動態參數測試

串行器/解串器（SerDes）接收機測試

存儲器控制器時序驗證

四、技術發展趨勢

當前信號發生器技術發展呈現以下趨勢：

更高頻率：向THz頻段擴展，支持6G研究

更寬帶寬：單載波帶寬突破10GHz

更高集成度：將基帶發生器、上變頻器、功率放大器集成單模塊

實時信號生成：支持多Gbps速率下的實時波形更新

AI輔助測試：通過機器學習優化信號生成參數

結語

從基礎的函數發生器到復雜的矢量信號發生器，信號源技術持續推動著電子測試領域的進步。隨著5G/6G、量子通信、太赫茲技術等新興領域的發展，信號發生器將繼續演進，為工程師提供更精確、更靈活的測試解決方案。選擇適合的信號發生器需要考慮頻率范圍、調制能力、信號保真度以及特定應用場景的特殊需求。