【安泰分享】矢量信號發生器的原理以及應用須知

發布時間：2019-04-15                3020

【分享】矢量信號發生器的原理以及應用須知

矢量信號發生器是為不斷滿足通信技術發展的數字化需求而出現的新型信號發生器，它將通信中的數字調制技術引入信號發生器技術領域，為通信設備的測試提供了必要的條件。

圖1   各種調制方式波形對比

用矢量來描述一個正弦波是非常方便的。在極坐標中，矢量表示正弦波的峰值電壓幅度對于相位改變量的關系。相位旋轉360度表示一個完整的頻率周期。請注意，相向符號提供了一種表示正弦波相位隨時間變化的便捷方法。圖中示波器表示了一種信號幅度隨時間變化的過程。向量不能直接提供任何頻率信息。事實上，我們測量向量相對于載波信號的參考相位。這樣作意味著，矢量僅在頻率不同時會發生旋轉。

圖2 極坐標中，用矢量來描述一個正弦波

下圖各種調制信號在I/Q平面表示的例子。理解了它們，你對所有I/Q調制原理也就理解了。在任何I/Q圖中，如圖信號沿徑向改變幅度，意味著信號相位在變化（且僅僅是相位發生變化）。所以AM調制，I/Q圖中僅是矢量徑向變化。PM調制是矢量旋轉。FM看起來象PM，因為偏離載波頻率就是單位時間內相位的變化。記住，幅度和相位變化都是相對于未調制載波的。失量圖（Vector diagram） 是描述矢量信號變化軌跡的一種直觀方式。

圖3  極坐標中的信號改變

矢量的相位直接測量比較困難。實際的接收機和測量系統使用I/Q解調方式。它把信號相位的控制問題轉換成2路正交分量電壓的控制問題。

首先因為它簡單，接口簡單，電路簡單，基帶實現簡單；第二，I/Q表示了對調制信號正交變量，一個信號相對于載波90度相移，如果僅用I通道檢測，由于COS（90°）=0， 雖然輸入信號存在，但I路輸出為0V， 那I路無輸出信號。所以，通過分別測量信號同相和正交分量，我們不用直接去測量信號的相對相位。

I/Q解調器可測量幅度和相位，那頻率參量怎么辦呢？頻率是相位相對于時間的變化，I/Q解調器實際上直接測量所有類型的調制而不是僅對AM，PM，FM調制信號進行測量。

圖4 I-Q格式坐標

圖5  BPSK時域頻域特征

圖6  QPSK時域和星座圖映射

觀察數字調制信號的令一種方法是采用眼圖。可生成兩張不同的眼圖，一張是I通道數據，另一張是Q通道數據。

眼圖以無限持續的方式反復顯示I和Q幅度對時間。I和Q轉換可單獨顯示，在確定符號的時刻形成“眼睛”。QPSK有4個不同I/Q狀態，各在一個象限。I/Q各有兩個電平，對每個I和Q形成一個眼睛。下面一張圖是16QAM的例子，4電平圍成3只眼。重要的是理解眼圖的概念。好的信號具有“張大”的眼睛，交點對應星座圖上符號點位置，調制質量越高，交點越集中。

圖7  I和Q眼圖

圖8QAM的矢量圖和星座圖

圖9矢量調制特征對比

圖10 矢量信號發生器原理框圖

圖 11矢量信號發生器中的基帶信號發生器

圖12 基帶信號發生器中的濾波器作用

IQ調制器：I和Q路信號由同一本振信號合成，但本振有90度相移，I/Q路互不干擾，最后得到一和路信號。

圖13  矢量信號發生器中的IQ調制器

矢量信號發生器主要應用：

?產生具體格式的矢量信號

?接收靈敏度測量

?接收機選通性測量

?器件失真測量

以上內容主要講解矢量信號發生器的基礎原理以及應用知識，更多有關信號發生器知識歡迎訪問西安安泰維修中心網（www.kongya99.com）。

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