在無線應用中，通過采用大帶寬信號來獲得系統增益是重要的技術方法，例如：通信中的跳頻技術，脈沖壓縮雷達中的寬帶調頻，以及擴頻技術等。當前實用的無線電子系統應用中，信號帶寬已經達到了2GHz，工作頻率范圍已擴展到毫米波頻段。其中，典型的超寬帶無線應用有軍用雷達、無線通信802.11ad、E-band以及WirelessHD等。

　　增加系統帶寬對于雷達而言，意味著高目標分辨率；而對于通信而言，意味著高數據傳輸速率。眾所周知，根據香農信道容量理論，提高信道傳輸速率有兩種方式，即：增加帶寬或者提高信噪比。增加帶寬對于提高傳輸速率而言更為直接，它所需要付出的代價會小很多，因此，系統帶寬會不斷擴大。

　　測量中存在的挑戰

　　頻率范圍擴展和大信號帶寬對測試技術和儀表提出了新的要求和挑戰。測試中難點主要包括：頻率范圍高，信號帶寬寬，信號調制質量要求高等。以WirelessHD系統為例，該系統以近距離高速數字視頻信號傳輸為應用目的，最高傳輸速率可以達到28Gbps。系統工作頻率在60GHz頻段，并使用OFDM調制方式。

　　在毫米波頻段完成復雜調制信號是對信號源儀表的巨大挑戰。WirelessHD使用的頻帶在57.24 GHz~64.8GHz，處在毫米波段。而且信號為復雜的OFDM調制信號，需要使用矢量信號源來建立復雜數字調制信號，對于毫米波頻段矢量信號的建立，還需要使用專用的毫米波頻率擴展裝置來實現。

　　WirelessHD每通道的帶寬需要達到1.76GHz，對應的基帶IQ信號帶寬需要達到900MHz。在寬帶信號建立時，需要信號源的基帶信號發生器和微波矢量調制器的帶寬都能滿足大帶寬信號的要求。

　　為實現超高速率數字傳輸應用要求，系統采用了OFDM調制方式，由此對信號源的性能指標提出非常嚴格的要求，包含：微波信號的相位噪聲，基帶高速時鐘的相位噪聲，IQ信號幅度平衡度，以及相位正交度。而且IQ通道的延遲系統誤差還會轉化為寄生的高斯噪聲，影響調制信號的質量。

　　微波寬帶測試應用解決方案

　　當前測試儀表技術發展已經能為微波寬帶測試應用提供完整的解決方案。圖1所示為安捷倫（Agilent）公司提供的微波寬帶測試系統，主要包含：微波矢量網絡分析儀N5247A，微波信號源E8267D，微波信號分析儀PXA，任意波形發生器M8190A和寬帶示波器DSA-X93204A等。這些設備能夠滿足從器件到系統級的測試應用要求，可以完成對微波器件、基帶、發射機、接收機完整參數的測試。在測試應用中，能夠在基帶IQ接口、微波等關鍵接口上完成測試，為微波寬帶應用提供了完整的測試分析手段。

　　在微波寬帶的發射機接收機測試應用中，測試儀表的具體組成配置如圖2所示。其中，上半部分為信號建立部分，它包含了M8190A寬帶任意波發生器，E8267D微波矢量信號源，N5152A毫米波擴頻裝置，和信號建立軟件工具81199A。這些儀表能根據WirelessHD/WiGi等標準的要求來建立標準信號。輸出的信號形式包含波形文件，基帶模擬IQ信號和微波調制信號。該部分在發射設備測試中，能夠提供標準基帶IQ信號，于用戶開發的調制器和微波電路進行連接測試；在接收機通道測試中，能夠提供微波激勵信號和基帶信號，而分別進行全接收機系統和基帶處理器的測試驗證。它具備很強的使用靈活性和擴展能力。圖2下半部分為信號分析儀表，主要的測試儀表包含：N1999A毫米波變頻器，DSA-X93204A寬帶示波器，PXA微波信號分析儀及81199A信號分析軟件。該部分能夠提供信號的頻譜、雜散、功率時間關系和調制精度等參數，能夠完整地測試基帶收發通道中的基帶IQ信號和微波毫米波信號。

　　在微波寬帶信號的實現過程中，需要綜合使用信號建立軟件，基帶信號源，微波寬帶矢量信號源及毫米波擴展器等儀表。建立的過程包含波形計算，基帶建立，矢量調制和微波變頻等步驟。

　　波形的計算過程用于產生基帶的電壓波形。儀表支持用戶計算數據的輸入，波形計算建立的軟件工具主要有Matlab和Systemvue等EDA工具。針對WirelessHD等協議的復雜調制波形可以由軟件81199A產生，此軟件用于產生微波超寬帶調制信號，包括WirelessHD和WiGig等。它可以根據用戶的設定改變信號參數，如調制方式、數據長度等信息。

　　基帶建立過程把計算的電壓波形用硬件實現，需要用到的儀器是任意波形發生器Agilent M8190A，其模擬輸出信號帶寬可以達到5GHz。由于采用14位高性能DAC技術，信號的頻譜性能和調制精度能夠保證寬帶調制信號的性能指標。

　　矢量調制過程是把任意波發生器產生的基帶信號調制到微波頻率上，需要用到的儀器是Agilent E8267D寬帶微波矢量信號源。E8267D信號的調制帶寬可達2GHz，能夠滿足微波寬帶調制信號的建立要求。

　　毫米波擴頻裝置將微波調制信號搬移到所需的毫米波頻段，可以采用專用的毫米波上變頻器或毫米波信號源。Agilent E8257D毫米波信號源的最高頻率可達67GHz，并且還可以配置內置的混頻器選件，該設備完全滿足測試的需求。

　　在微波寬帶信號的建立上，信號建立的關鍵技術有以下幾個方面：

　　寬帶任意波形發生器的寬帶DAC技術：Agilent M8190A是一款基于AXIe總線標準的高性能任意波形發生器。該儀表的核心是寬帶DAC電路技術。該電路為Agilent獨立自主開發，通過采用磷化銦先進半導體技術，實現了大寬帶和高精度性能的突破。M8190A可配置為兩種工作模式：模式1為輸出采樣率12G，轉換位數12位；模式2為采樣率8G，轉換位數14位。基于此技術，M8190A寬帶任意波發生器輸出信號的相位噪聲，載波抑制，諧波抑制等性能得到很大提高，諧波儀表性能可達到-72dBc，從而保證了在寬帶OFDM調制信號建立時信號的調制質量。圖3為M8190A產生多音信號的雜波抑制性能，多載波信號帶寬為3GHz，雜散的抑制性能達59dB。

　　E8267D微波信號源的寬帶矢量調制技術：Agilent E8267D微波信號源的矢量IQ調制帶寬可以達到2GHz，并能夠保持很好寬帶調制精度。另外，該儀表領先的相位噪聲性能也是微波寬帶信號實現的重要保證。圖4所示為E8267D信號的寬帶矢量調制的頻響特性，在2GHz的頻帶范圍內，幅頻響應的波動小于4dB。圖5所示為E8267D輸出信號在各頻段的相位噪聲指標。當輸出頻率為20GHz時，在偏移1kHz處，相位噪聲指標為-110dBc/Hz。

　　寬帶信號的校準技術：信號源儀表可實現2G的調制帶寬。在如此寬的頻帶內，會存在儀表硬件、外連電纜的系統誤差，包含：寬頻帶范圍內的頻響誤差和IQ誤差等。這些誤差會惡化信號的調制質量和頻譜性能。矢量建立軟件中包含了信號系統誤差的校準和補償技術，從而保證了信號的頻譜性能和調制精度指標。

　　利用Agilent DSA-X93204A寬帶示波器和分析軟件，可以提供WirelessHD信號完整的信號參數，并能對信號故障原因進行判斷。圖6是在實測應用中，正常信號（a）和失真信號（b）的測試結果。通過頻譜測試和星座圖及匯總數據可發現，失真信號的問題來源主要是電路中相位噪聲的惡化。

　　本文小結

　　本文以超寬帶信號的合成為技術背景，以WirelessHD的信號合成為例，介紹了在測試測量中存在的高頻率、大帶寬和高精度要求等挑戰，并介紹了安捷倫公司所提供的全面的測試測量方案以及關鍵技術。