原创 0.01到20GHz可调的高速频率合成器

在自动测试设备(ATE)应用中，速度就是效益。更快测试速度意味着更高吞吐量也即在下班时会有更多设备或器件被验证装运。当然，测试不仅需要高速分析设备还需生成测试信号的高速激励仪器。在微波频率，人们只会从有限几家供应商那里选用高速变频合成器。但Anritsu公司的MG37020A低噪变频频率合成器提供了一种新选择，它提供民用和军用ATE应用所需的变频速度。MG37020A合成器的变频范围是10MHz到20GHz，变频速度是100μs/频点。

与许多用于测试的高性能频率合成器供应商一样，Anritsu基本上也一直围绕钇铟石榴石(YIG)振荡器来设计其微波信号发生器。基于电磁场内一个小YIG球体具有的——当改变形成YIG球体周围EM场的电流大小时，其共振也随之改变这样一个共振特性；YIG振荡器以其宽的频率覆盖范围、优异的调节线性以及低相噪而广为人知。但它们的变频速度不高，其典型时间在毫秒级。

为在MG37020A频率合成器(图1)内实现更快的变频速度，Anritsu的工程师以一款低噪压控振荡器(VCO)为基础创制了一种频率合成架构，它以VCO而非YIG为该信号发生器的内部微波频率源。这样实现的测试信号源的变频速度比传统采用YIG的微波信号发生器的快了一个数量级，且有以YIG为频率源的信号发生器同样优异的相噪特性。

图1：MG37020A频率合成器的变频范围可从0.01GHz到20GHz，变频速度为100μs/频点。

MG37020A高速变频微波信号发生器有几种版本及若干用来加大输出功率、拓展频率范围以及为在一个应用中采用多个信号发生器的同步选件。MG37020A标准版的频率范围是2到20GHz。选项4包括数字下变频电路(DDC)，它的合成带宽为10MHz到2.2GHz，从而将整个频率范围拓宽为10MHz到20GHz。在低频带，采用DDC电路对抑制相噪特别有效。2.2GHz时的典型相噪分别为：-70dBc/Hz，±10Hz载频；-105dBc/Hz，±1K0Hz载频；-114dBc/Hz，±1MHz载频。在更高微波频率，相噪表现仍相当优异，在载频为10GHz时，其典型相噪分别是：-55dBc/Hz，±10Hz载频；-102dBc/Hz，±1K0Hz载频；-115dBc/Hz，±1MHz载频(见表)。与谐波相关的输出内容在低于2GHz时，好于-40dBc；在2到20GHz时，好于-50dBc。次谐波干扰不劣于-30dBc，而非谐波杂扰好于-40dBc。

图中显示的是MG37020A步进频率为100MHz时的波形，其变频时间为55μs。上部曲线是10GHz输出信号，下部曲线是锁存指示信号。

MG37020A信号发生器的精度得自其内部的10MHz频率参考源，该参考源的老化速率好于2x10-9/天；在温度0到50℃时，其频率稳定性好于2x10-8/℃。当需更高稳定性时，MG37020A可工作在0到20dBm的外接参考源。

MG37020A的变频分辨精度可达0.001Hz。除非新频率在合成器的整个覆盖范围(在过滤器内带开关)切换频段并进而要求500μs或更慢的频率切换速度，MG37020A可在100μs内调变频率，。该频率合成器提供多种扫描模式(sweep mode)，包括在两个极限频点间选择以用户自定义的步数或步幅变频的手动扫覆模式以及若干允许在多达10,000个不同频率步进间切换的扫覆模式。频率步进间的停住时间在50μs到30s间可调。该频率合成器提供多种可由MG37020A基本0.001Hz频率分辨率设置的标记。

MG37020A不仅变频速度快，其输出功率水平的切换速度同样快。标准MG37020A在10GHz和20GHz时的最大输出功率分别为+18dBm和+15dBm。而加装大功率选项(15)后，其20GHz时的输出功率可达+23dBm。一个步进衰减选件能在整个130dB的变化范围内对这些输出水平进行调整，它甚至能将标准版本和带选件15的增强输出功率版本的输出功率分别调低至-115dBm和-107dBm。在不牵扯步进衰减选件的情况下，功率水平的调变时间小于100μs，在涉及步进衰减选件时，功率水平的调变时间一般在20ms以内。MG37020A输出水平的调变精度为0.01dB。

WINDOWS XP PRO界面

MG37020A合成信号发生器采用紧凑机壳封装，可被嵌放在仪表柜内，从而有效利用了已有ATE的框构空间。它整合了类似PC的控制架构，用户编程环境是大家熟知的Windows XP Professional操作系统。为支持本地控制，MG37020A带彩色触摸显示屏及计算机鼠标和键盘接口。为便于使用，MG37020A支持与外接显示监视器及其它兼容Windows XP外设的连接。出于安全考虑，MG37020A还配备了可移动硬盘以保护敏感数据和仪器设置。

MG37020A易于上手的界面有直观的菜单编排、熟悉的图标和显示在屏上的功能键。为进行远端操控，MG37020A带多种连接选项，包括：USB 2.0外设和主机功能、以太网本地局域网(LAN)连接、IEEE-488 GPIP(通用接口总线)以及RS-232串行输入/输出等全部标准接口。

丰富的脉冲调制功能

除扩频和增大功率选件外，MG37020A高速变频合成器还有一个为需要丰富脉冲调制功能设计的选件。借助该选件，MG37020A就有了一个可生成一个、两个、三个或四个脉冲的内部脉冲发生器。该脉冲发生器具有扫频延时功能，可借此实现移动目标指示(MTI)信号模拟。该选件包括脉冲群猝(pulse burst)功能，因此不需额外的脉冲发生器就可完成动态频率选择(DFS)测试应用。当在工业-科研-医疗频段(ISM)评估民用和军用雷达系统的接口状况时，这些测试非常重要。MG37020A内的该内部脉冲发生器选件，可生成脉宽窄至100ns的归整(leveled)脉冲和脉宽窄至10ns的非归整脉冲。它可在100Hz到5MHz范围内协调脉冲重复频率。调制开/关比率一般大于80dB。

另外，MG37020A还有一个专门的超稳相位跟踪选件。它允许将最多4个MG37020A频率合成器组合在一起并对其进行同步以满足需多个彼此准确进行相位跟踪的测试信号的应用(如：雷达系统和EW系统模拟器)需求。多个合成器同步于其中一个合成器(主控)的低噪内部100MHz频率参考源以控制互连信号源的相移。该选件可将相漂最小化，在100秒内可小于1度。

对许多台式基准测试应用来说，一款基于YIG的变频速度不快的频率合成器足可满足要求。但对诸如军用相控阵列模块、雷达截面(RCS)测试、天线测试以及商业射频集成电路(RFIC)的生产测试等重复性、大流量测试场合，其所用的分析仪器应可快速变频，所以，一款快速变频频率合成器可极大增加ATE系统的测试能效。MG37020A允许测试人员提升其系统流量，它以与传统基于YIG的频率合成器相同的测试时间来实现步幅更小、历经频点更多的测试。

作者：Jack Browne
技术总监
《Microwaves&RF》