跟踪信号发生器理论与操作

通过使用频谱分析仪（SA）与跟踪信号发生器（TG）的组合，我们可实现有源和无源网络的扫频标量频率响应测量。许多商用RF频谱分析仪可提供这种功能，但通常是另需配置的可选选项。 DS Instruments设计了两款外置、通用、独立的跟踪信号发生器： TG3000和TG6000，可以代替HP 85640A。我们的TG不仅提供典型的跟踪信号，还可以用作宽频带的信号发生器。此外，SA厂家内置的TG通常只能为SA的第一个频段提供信号，对于那些具有较高频带的SA，TG6000可以产生覆盖第一个高频段的跟踪信号。另外，我们还将演示通过TG3000 / 6000扫描一个内部频变DUT的方法。

通过单次LO（本地振荡器）扫描实现信号跟踪

有许多SA可以通过几个RF模块来实现TG功能。图1显示了使用混频器，放大器和设置为固定频率（1st IF）的信号发生器（SG））实现的TG功能的常见RF频谱分析仪架构。被扫描的设备（图1中的DUT）如图所示连接在TG和主机SA之间。这里介绍的TG生成技术仅适用于通过扫描1st LO以实现其频率扫描的频谱分析仪。许多是德/安捷伦/惠普仪器中都有使用这种技术。也有一些SA除了1st LO之外，也扫描了另一个LO，但这种仪器并不适用与本文所介绍的TG生成方法。除此之外，SA的1st LO也必须提供单独的输出接口以便连接到TG。最后，RBW（分辨率带宽）滤波器必须是“固定”的频率类型，而不是由一组滤波器组成的FFT类型。

图1 典型SA框图

SG（信号发生器）信号与SA 1st LO混合后产生TG信号

当1st LO与TG内部的信号发生器输出信号（与1st IF处频率相同）混合后，混频器的输出将包含一个频率分量，该频率分量正好等同于分析仪在RF IN输入端的RF信号。这个信号是跟踪信号。 DUT被放置于混频器输出和分析仪的RF输入端之间。只要我们不改变频谱分析仪的频率扫描范围，TG内部的SG频率也不需要进一步的调整。 TG输出现在将通过1st LO的扫描来进行自动跟踪，从而为标量频扫测试提供完美的同步信号。

采用锁相技术的TG内部SG

TG3000 / 6000的内部SG与频谱分析仪主机的10MHz参考信号频率实现同步触发（锁相）。以确保在使用期间，TG的输出信号保持稳定并达到主机SA所需的精确频率。这在SA 采用窄带RBW情况下显得尤其重要。若果没有将TG内部信号源锁定为SA 10MHz参考信号，TG信号可能偏离出所使用RBW的范围。另外当仅使用TG3000 / 6000的SG输出时，锁相合成器也能保证稳定、高质量的RF信号输出。

关于隔离问题

您也许会说，可以直接将频谱分析仪的LO输出直接连接到混频器上来产生TG信号，这确实听起来很诱人，但是对于大多数频谱分析仪来说，这将产生一个问题。在SA的1st LO输出端口的反向方向上通常是没有足够隔离度的。结果是TG的信号发生器处于1st IF频率，这可能会泄漏回SA并进入1st IF。这将淹没分析仪的第一个和后续的IF。结果是增加了本地噪音和减小了动态范围。这个有害的传输路径如图1所示。

这里使用一个循环器是可以增加隔离度的，但是在提供约20dB隔离度的同时也减少了通往混合器的1st LO功率。在TG3000 / 6000中，我们设计了一种工作频段高至6GHz的隔离放大器，可提供超过50dB的隔离度。此外，当即使是低1st LO电平输入时，它也可以实现宽带操作和良好的LO驱动电平。这个高隔离度放大器是以0dBm为输入功率电平工作设计的。

图2~3 TG3000 和TG6000

TG3000和TG6000，自动运行的通用TG

基于图1所示的原理，在TG3000和TG6000中，混频器，高隔离放大器和宽带信号发生器都集成在一个仪器中，如图2和图3所示。在TG6000中，RF / IF混频器端口由前面板提供，以支持Band0和Band1操作。而TG3000仅适用于Band 0操作。 TG3000将覆盖从100 KHz到3GHZ的Band0范围。 TG6000将在0和1的两个频带内覆盖100KHz至6GHz。内部信号发生器信号都可以从两款仪器的前面板输出。这样，TG3000 / 6000也可以作为独立的宽带信号源。对于支持的SA，无论是使用TG3000还是TG6000作为TG源，都不需要另外连接到主机PC。

使用TG3000与HP8566 A / B扫描Band0

图4显示了使用HP 8566A / B频谱分析仪的TG3000系统的测试配置，以覆盖从大约DC至2.5GHz的仪器第一频带。 TG3000 / 6000通过背后的USB端口供电，可以是电脑USB端口或电源适配器。在使用TG之前，用户通过设置TG3000后面板上的两个旋转开关来选择正在使用的主机SA型号，请参见图6。这些开关为所使用的特定仪器配置TG3000。对于HP 8566A / B，band0中的1st IF为3621.4 MHz，所以TG3000的内部SG将通过后面板开关自动设置为该频率。I-port上的3dB衰减改善了从DUT向TGW3000观测的VSWR。来自8566的LO信号上的6dB衰减改善了与该端口之间的隔离。在后面板输入端，TG3000和TG6000对大约0dBm的1st LO电平进行了优化。

图4 TG3000与HP8566A Band0配置

图5 后面板SA选择开关

使用TG6000与HP8566A / B进行扫描

图6显示了用于为HP8566的第一个高频段创建TG信号的TG6000设置。与TG3000一样，我们同样可以使用后面板开关选择HP8566A / B配置，如图5所示。前面板高/低频段选择开关我们设置为高频段。对于高频段操作，信号发生器输出端口（TG6000上中间的SMA接口）连接到TG LB端口，如图6所示。HP8566的所有高频段（2至22GHZ）的第一个IF为321.4MHz，因此信号发生器也设置为321.4MHz。混频器的R端口现在包含所需的TG信号以及那些不需要的镜像，但HP8566A / B输入端的YIG跟踪滤波器将会把这些不需要的产物完全消除。这里用户应该知晓，这些无论有用的还有不需要的频率分量其实都从DUT输入端进入了。

图6：TG6000高频带（Band1）设置HP8566A / B

禁用Band0中的自动频移

一些SA可以在扫描Band0时使用他们的第二个LO的两个设置。原因（通常）是躲避SA扫描时的低电平寄生混合信号。我们已知HP8568A / B使用了这种频移，可以使用命令序列“SHIFT T”将其禁用。如果没有设置，则在HP8568进行第二次LO扫描时，TG信号将不会工作于正确的频率。禁用时不会降低TG性能，但对于日常的SA操作，还是应该将此功能重新启用。

针对不支持的SA，如何确定正确的SG频率？

如果您的SA 不在DS Instruments支持的型号范围内，则可以使用以下步骤为您的TG操作找到正确的内部SG信号。当然，如果你的SA还扫描了另一个LO，那么就不能使用TG3000 / 6000了，如上文所述。参考图1，TG的内部SG信号发生器被设置为使用频带的1st IF频率。1st IF的频率可以从厂家的手册或通过实验中找到。通过在频谱分析仪的射频输入端直接输入TG 3000/6000 SG（或任何SG）信号，观察IF何时开始“淹没”仪器（通过上升的本底噪声实现）。您需要在PC上使用我们附带的软件和USB电缆来设定不同的SG频率。首先使用主机SA调整到最宽的RBW来大概地找到1st IF频率。当您看到本底噪音移动时，就已经接近SA的1st IF频率。您可以通过使用更窄的RBW来重新估计1st IF频率，并调试SG来寻找升高的本底噪声的幅值“峰值”。

TG3000与HP8566A / B的视频电平调均和动态范围

通过使用HP8566A / B的视频存储器，可以校准TG3000或TG6000的响应。如图4所示，如果二端口器件作为DUT连接，则扫描响应将类似于照片1所示。当DUT是很短的一段传输线时，理想相本应十分平坦，但图1的结果似乎存有误差。

我们可以使用HP8566A / B的视频存储器和算法特性来校准照片1中看到的非平坦的初始响应。相应设置后，每次扫描将实时更新校正。只要频率x轴范围设置不变，校正将保持有效。第一步是打开DISPLAY线并将其置于通过DUT的扫描响应附近。现在使用视频减法将视频A中的显示行和扫描响应之间的差异存储到VIDEO B存储器中。现在进行A,B视频相减，A扫描现在是一条平坦的线。使用这种方法令分析仪在“THRU”响应中减去了相应的误差。

当在TG和SA端口上替换50Ω终端时，照片2还显示了本底噪声。由于使用视频存储器（VIDMEM_A-（VIDMEM_B-DL））进行了电平校正，所以高频的噪声基底上升，和照片1中相应频段的响应下降一致。这样，照片2就显示了使用10KHz RBW，TG3000 / HP8566A / B可实现的动态范围约为80dB。

照片1：THRU型DUT，TG3000和HP 8566A / B SA的未校准Band0响应

照片2：使用视频存储器和本底噪声校准后THRU扫描

照片3：使用TG3000配合HP8566A / B 频谱仪扫描的带通滤波器（中心频率： 1445 MHz）

使用TG3000 / 6000扫描变频器

许多与SA配套的TG并不允许用户“偏置”输入信号，以便扫描诸如混频器或上变频/下变频器之类的DUT。但是，只要DUT引入的频率偏移量不超过SA 1st IF频率施加的限制，就可以使用TG3000 / 6000进行扫描。通过在TG3000 / 6000系统内部设置SG输入偏移量，可以将频率有源DUT作为一个完整系统进行扫描。这样的系统扫描表征的是由诸如滤波器，放大器，混频器等许多单独元件的组合效应。

图7显示了使用TG3000模块与HP8566组合对下变频器（作为DUT）扫描的例子。这个示例DTU输入第一级是一个中心频率254MHz，5MHz带宽的SAW BPF。经放大后，DUT将254MHz信号转换为21.4Mhz。这是通过DUT内部232.6MHz的LO实现的。之后DUT将21.4MHz的信号应用于中心频率21.4MHz带宽2MHz的BPF. DUT的完全频率响应将会由254MHz和21.4MHz的两个BFP决定。

一般在我们使用TG3000与HP8566A / B的频带0时，内部SG将设置为3621.4MHz。但是由于示例DUT内有232.6MHz的LO的混频器，我们必须对此进行补偿，否则我们的TG3000输出信号将不正确。解决方案是将内部SG偏移-232.6Mhz，因此SG频率变为3388.8MHz。在该DUT特定内部频率偏移的情况下，这将使TG输出处于正确的频率。这里我们需要通过USB端口连接PC，为TG3000内部SG的频率进行编程。

照片4和5分别显示了254MHz SAW BPF和21.4Mhz BPF的频率响应。这两个无源器件是由TG3000 / HP8566分别测量的。照片6显示了使用具有上述SG偏移量TG3000测试的完整下变频器响应。二者的组合响应显示了 254MHz滤波器的宽带频响轮廓是如何在添加到21.4MHz的频率响应特性结果上的。

图7：TG3000 / HP8566A / B扫描的下变频器DUT

照片4：21.4MHz带通滤波器响应，采用TG3000 / HP 8566A / B Band0，SPAN = 20MHz

照片5：254MHz带通滤波器响应采用TG3000 / HP 8566A / B Band0，SPAN = 20MHz

照片6：使用TG3000 / HP 8566A / B Band0扫描的254MHz和21.4 MHz BPF 21.4MHz的组合响应，应用于SG的OFFSET为-232.6MHz。SPAN=20MHz