信号发生器/信号源的类型、原理及应用解析

信号发生器作为电子测试与测量领域的关键设备，在通信、雷达、航空航天、医疗电子等多个行业发挥着不可或缺的作用。本文将详细介绍信号发生器的主要类型、技术原理及其典型应用。

一、信号发生器的主要类型

1. 模拟信号发生器

模拟信号发生器基于正弦波振荡器原理，在数字电路普及前是主流的信号源设备。现代射频模拟信号发生器能够产生连续波音调，输出频率可在其范围内任意调谐。典型功能包括：

多种模拟调制方式：AM、FM、ΦM（相位调制）、脉冲调制

内置衰减器实现输出功率调节（典型范围：-135dBm至+30dBm）

射频模拟信号发生器仍广泛应用于传统射频系统测试

2. 矢量信号发生器

随着数字通信系统的发展，矢量信号发生器（VSG）成为测试复杂调制信号的核心设备。其技术特点包括：

支持QAM、QPSK、FSK、BPSK、OFDM等数字调制格式

符合3GPP、IEEE等行业标准信号生成

军事通信测试支持自定义波形下载

典型产品如是德科技M9484C VXG，频率范围覆盖DC至54GHz（扩展后达110GHz）

采用DDS（直接数字合成）技术消除传统I/Q调制器的信号损伤

新型ASIC芯片实现8.5GHz直接数字上变频，显著提升信号保真度

3. 任意波形发生器

任意波形发生器（AWG）代表信号生成技术的最高灵活度：

可在指定参数范围内生成任意用户定义波形

典型应用：高速串行通信、光通信、雷达测试、电子战系统

提供纳秒级边沿时间和GHz级采样率

与函数发生器相比，AWG具有更高的精度和保真度，但成本也相应较高

4. 射频信号发生器

射频信号发生器专为射频测试应用设计：

模拟型：支持AM/FM/PM/脉冲调制

数字型（矢量信号发生器）：支持QPSK/QAM/BPSK等复杂调制

典型应用场景：5G基站测试、卫星通信、雷达系统开发

5. 函数发生器

函数发生器是基础的波形生成设备：

生成正弦波、方波、三角波、锯齿波等标准波形

高级型号支持调制功能（AM/FM/PM/PWM）

主要应用于模拟电路测试和基础教学实验

6. 脉冲发生器

脉冲发生器专注于精确脉冲信号生成：

频率范围：1μHz至56Gb/s（是德科技产品）

输出幅度：50mV至20V

特殊功能：可编程脉冲宽度、延迟时间

典型应用：数字电路测试、雷达系统、医疗设备

二、射频信号发生器技术详解

射频信号发生器是现代通信测试的核心设备，其技术演进可分为两个阶段：

1. 模拟射频信号发生器

基于传统振荡器架构，通过混频器实现频率扩展。典型特征：

连续波输出

模拟调制能力

频率分辨率有限

相位噪声性能受限

2. 矢量射频信号发生器

采用先进的数字架构，主要技术突破包括：

数字上变频技术：通过DDS实现高精度频率合成

I/Q调制系统：支持复杂数字调制格式

宽带信号生成：单载波带宽可达1GHz以上

信号保真度：误差矢量幅度（EVM）优于0.5%

是德科技M9484C VXG代表当前最高技术水平：

频率范围：DC-54GHz（扩展至110GHz）

相位噪声：-146dBc/Hz（10kHz偏移，10GHz载波）

输出功率范围：-140dBm至+20dBm

支持实时信号生成，带宽达2GHz

三、典型应用场景

信号发生器在多个高科技领域发挥着关键作用：

5G通信测试：

验证毫米波频段（24-110GHz）设备性能

测试MIMO天线系统的空间通道特性

评估OFDM信号的峰均比（PAPR）特性

航空航天应用：

卫星通信载荷测试

导航系统（GNSS）信号模拟

雷达系统目标回波模拟

汽车电子：

车载以太网测试（100BASE-T1/1000BASE-T1）

关键安全系统（ADAS）传感器测试

车载无线通信（V2X）协议验证

半导体测试：

高速ADC/DAC动态参数测试

串行器/解串器（SerDes）接收机测试

存储器控制器时序验证

四、技术发展趋势

当前信号发生器技术发展呈现以下趋势：

更高频率：向THz频段扩展，支持6G研究

更宽带宽：单载波带宽突破10GHz

更高集成度：将基带发生器、上变频器、功率放大器集成单模块

实时信号生成：支持多Gbps速率下的实时波形更新

AI辅助测试：通过机器学习优化信号生成参数

结语

从基础的函数发生器到复杂的矢量信号发生器，信号源技术持续推动着电子测试领域的进步。随着5G/6G、量子通信、太赫兹技术等新兴领域的发展，信号发生器将继续演进，为工程师提供更精确、更灵活的测试解决方案。选择适合的信号发生器需要考虑频率范围、调制能力、信号保真度以及特定应用场景的特殊需求。