【分享】矢量信号发生器的原理以及应用须知

矢量信号发生器是为不断满足通信技术发展的数字化需求而出现的新型信号发生器，它将通信中的数字调制技术引入信号发生器技术领域，为通信设备的测试提供了必要的条件。

图1   各种调制方式波形对比

用矢量来描述一个正弦波是非常方便的。在极坐标中，矢量表示正弦波的峰值电压幅度对于相位改变量的关系。相位旋转360度表示一个完整的频率周期。请注意，相向符号提供了一种表示正弦波相位随时间变化的便捷方法。图中示波器表示了一种信号幅度随时间变化的过程。向量不能直接提供任何频率信息。事实上，我们测量向量相对于载波信号的参考相位。这样作意味着，矢量仅在频率不同时会发生旋转。

图2 极坐标中，用矢量来描述一个正弦波

下图各种调制信号在I/Q平面表示的例子。理解了它们，你对所有I/Q调制原理也就理解了。在任何I/Q图中，如图信号沿径向改变幅度，意味着信号相位在变化（且仅仅是相位发生变化）。所以AM调制，I/Q图中仅是矢量径向变化。PM调制是矢量旋转。FM看起来象PM，因为偏离载波频率就是单位时间内相位的变化。记住，幅度和相位变化都是相对于未调制载波的。失量图（Vector diagram） 是描述矢量信号变化轨迹的一种直观方式。

图3  极坐标中的信号改变

矢量的相位直接测量比较困难。实际的接收机和测量系统使用I/Q解调方式。它把信号相位的控制问题转换成2路正交分量电压的控制问题。

首先因为它简单，接口简单，电路简单，基带实现简单；第二，I/Q表示了对调制信号正交变量，一个信号相对于载波90度相移，如果仅用I通道检测，由于COS（90°）=0， 虽然输入信号存在，但I路输出为0V， 那I路无输出信号。所以，通过分别测量信号同相和正交分量，我们不用直接去测量信号的相对相位。

I/Q解调器可测量幅度和相位，那频率参量怎么办呢？频率是相位相对于时间的变化，I/Q解调器实际上直接测量所有类型的调制而不是仅对AM，PM，FM调制信号进行测量。

图4 I-Q格式坐标

图5  BPSK时域频域特征

图6  QPSK时域和星座图映射

观察数字调制信号的令一种方法是采用眼图。可生成两张不同的眼图，一张是I通道数据，另一张是Q通道数据。

眼图以无限持续的方式反复显示I和Q幅度对时间。I和Q转换可单独显示，在确定符号的时刻形成“眼睛”。QPSK有4个不同I/Q状态，各在一个象限。I/Q各有两个电平，对每个I和Q形成一个眼睛。下面一张图是16QAM的例子，4电平围成3只眼。重要的是理解眼图的概念。好的信号具有“张大”的眼睛，交点对应星座图上符号点位置，调制质量越高，交点越集中。

图7  I和Q眼图

图8QAM的矢量图和星座图

图9矢量调制特征对比

图10 矢量信号发生器原理框图

图 11矢量信号发生器中的基带信号发生器

图12 基带信号发生器中的滤波器作用

IQ调制器：I和Q路信号由同一本振信号合成，但本振有90度相移，I/Q路互不干扰，最后得到一和路信号。

图13  矢量信号发生器中的IQ调制器

矢量信号发生器主要应用：

•产生具体格式的矢量信号

•接收灵敏度测量

•接收机选通性测量

•器件失真测量

以上内容主要讲解矢量信号发生器的基础原理以及应用知识，更多有关信号发生器知识欢迎访问西安安泰维修中心网（www.pijournals.com）。

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