變頻器可以將輸入頻率轉換到更高或者更低的頻段，一般稱為上變頻或者下變頻;混頻器則可以將輸入信號與本振信號混頻，得到兩者的和或差，有時候也會有多個信號混合。這種功能讓變頻器和混頻器在射頻電路中不可或缺，它在通信系統(tǒng)、射頻電路設計和信號處理等領域中扮演著重要的角色。

與放大器一樣，對混頻器和變頻器執(zhí)行的許多測量通常都是射頻測試，例如增益、增益平坦度、群時延、增益和相位壓縮和噪聲系數(shù)(SNR)。

圖 1.1 無源混頻器以及有源混頻器經典示例

測試原理

在表征組件或子系統(tǒng)如何降低經過器件信號的信噪比(SNR)時，用戶經常采用噪聲系數(shù)(NF)測量法(單位：dB)。造成SNR下降的原因可能是損耗、有源器件產生的額外噪聲或兩者共同作用。噪聲系數(shù)(或線性表示的噪聲因子)的定義為輸入SNR除以輸出SNR，它同樣適用于放大器和變頻器。如果放大器或變頻器處于理想狀態(tài)，那么輸出噪聲將等于輸入噪聲乘以器件增益，這樣在輸入端和輸出端會得到相同的SNR。

本案例中，客戶主要使用0.95-2.15GHz的變頻器，需要構建一個具有穩(wěn)定SNR和誤碼率測量鏈路?；谶@樣一個穩(wěn)定的鏈路方案，來評價插入被測設備(變頻器、混頻器)后，對SNR和誤碼率惡化的量化測量。因此需要確定輸入SNR以及經過變頻器設備的輸出SNR。本案例將詳細講解如何利用RIGOL產品對變頻器噪聲系數(shù)進行測量，實現(xiàn)該測量需求。

圖 2.1 插入變頻器對 SNR 和誤碼率惡化的量化測量接線圖

與此同時還需要測量EVM，通過計算實際發(fā)射信號與理想無誤差基準信號之間的向量差來評估信號的誤差情況，從而全面衡量調制信號的幅度誤差和相位誤差。RIGOL的矢量信號分析應用軟件(VSA)可以在時域中解調被測器件的輸出信號。測試波形的載波經過了一定數(shù)量的符號和特定格式的調制，對于每個解調符號，軟件都要計算與理想符號的誤差幅度。再將該誤差歸一化到最外層符號的幅度或平均符號功率的平方根。然后使用均方根求和，合并所有的符號誤差。得到總體 EVM值。

在整個測試過程中還需要繼續(xù)誤碼率測試，來對解調數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)比對，得到準確的誤碼率值，來綜合評價該器件對誤碼率惡化的影響。

測試挑戰(zhàn)

1. 信號源：選擇合適的信號源進行測試，確保信號源的頻率范圍和功率符合測試要求。該信號源需要輸出特定調制信號，然后來進行加噪輸出。

2. 數(shù)據(jù)處理：輸出端對測試得到的數(shù)據(jù)進行適當?shù)奶幚砗头治?，計算得到正確的噪聲系數(shù)值，并且實現(xiàn)對變頻器輸入端信號的解碼，進行誤碼率測試等。

3. 通用測量一般需要誤碼儀或者信號分析儀來實現(xiàn)，應用局限，成本較高。

解決方案

為了解決上述問題，RIGOL推出了以DSG836A和RSA5065N為核心產品的解決方案。該方案不僅可以滿足發(fā)射端信號調制和添加噪聲的需求，而且接收端的頻譜儀可以用來測試EVM、SNR、誤碼率以及變頻器增益等其他參數(shù)。

1. 輸入端信號生成DSG836A輸出頻率范圍9kHz-3.6GHz，輸出功率范圍-110dBm~+13dBm，可以生成多種調制信號，實現(xiàn)變頻器輸入端信號的生成。

圖 4.1 DSG836A 射頻信號源

Ultra IQ Station上位機則內置了多種數(shù)字調制模式，支持用戶通過上位機導入 0,1碼元數(shù)據(jù)，然后進行IQ調制，通過USB或者LAN連接把該信號下載到DSG IQ 系列信號源中;上位機還具有.mat文件導入功能，便于用戶通過matlab直接編碼調制生成復雜信號的IQ波表;通過該上位機的噪聲設置功能，準確添加噪聲，實現(xiàn)輸入端信號的SNR設置。

圖 4.2 DSG 調制類型

2. 輸出端信號測試

信號經過變頻器之后在輸出端通過RIGOL的RSA5065N來進行測試。

RSA5065N實時頻譜儀頻率范圍9kHz-6.5GHz，底噪低至-165dBm/Hz，可以實現(xiàn)微小噪聲的測量。同時機器可以選配VSA解調功能，對變頻器輸出的IQ調制信號進行精確測量，得到誤碼率，EVM等測量參數(shù)。

先對信號調制參數(shù)進行設置，選擇調制類型，碼元，碼率等參數(shù)，可以獲得星座圖、解調結果、頻譜跡線等測量結果。測量結果包括EVM，SNR等參數(shù)。

圖 4.3 QAM 信號解調

同時可以通過導入發(fā)射端的編碼數(shù)據(jù)，機器內部軟件通過對解碼數(shù)據(jù)和導入數(shù)據(jù)作對比，直接得到誤碼率結果，如下圖所示。

圖 4.4 信號誤碼率測試

接下來修改信號源輸出端信號的質量，通過DSG的上位機來加入噪聲，把變頻器插入電路，進行測試插入前后的對比。

圖 4.5 加噪后的 16QAM 信號

可以看到，在輸入端修改了輸入信號的質量，添加了噪聲，然后在輸出端明顯SNR變大。這樣就可以輕松測試輸出信號在不同的SNR下器件對其影響的準確量化。

3. 變頻器其他參數(shù)測試通過RSA5065N自帶的簡單矢網功能還可以測試變頻器增益、增益平坦度、群時延、增益和相位壓縮參數(shù)。

小結

通過RIGOL DSG836A和RSA5065N能快速的構建一個具有穩(wěn)定SNR和誤碼率測量鏈路?；谶@樣一個穩(wěn)定的鏈路方案，來評價插入被測設備(變頻器、混頻器)后，對SNR和誤碼率惡化的量化測量。

儀器支持

RIGOL DSG800系列射頻信號源

DSG800系列射頻信號源提供了全面的調制解決方案，標配 AM/FM/?M，選配脈沖調制功能、脈沖序列發(fā)生器，并且DSG821A和DSG836A標配 I/Q調制功能，所有的調制都支持外部源和內部源。此外，為滿足生產線的應用需求，DSG800在設計和生產階段都經歷了苛刻的實驗驗證，以保證其高度的穩(wěn)定性和可靠性。DSG800系列面板布局清晰、易于操作，可輸出穩(wěn)定、精確、純凈的信號，且其具有體積小、重量輕的特點，是通信、計算機、儀器儀表、研發(fā)、教育、生產和維修等眾多領域的理想工具。

產品支持：

RIGOL DSG800系列

射頻信號源

產品特點：

■ 最高頻率1.5 GHz/2.1 GHz/3 GHz/3.6 GHz

■ 幅度精度典型值≤ 0.5 dB

■ 輸出功率-110 dBm至+20 dBm

■ 高信號純凈度，相位噪聲典型值< -112 dBc/Hz@20 kHz

■ 標配AM/FM/?M模擬調制

■ 選配脈沖調制，高達70 dB通斷比，選配脈沖序列發(fā)生器

一直以來，普源精電專注于電子設計、測試、生產、優(yōu)化，提供為滿足客戶需求的廣泛解決方案及產品組合，并通過強化在硬件、算法及軟件方面的技術實力，緊密對接客戶需求和市場動態(tài)，持續(xù)探索提升產品應用的行業(yè)覆蓋性。

未來，公司將進一步聚焦客戶應用，圍繞通信、新能源、半導體等前沿科技賽道，加強高端產品和解決方案的部署，形成從技術到產品、從時域到頻域、從通信到新能源半導體的全方位解決能力，為客戶解決測試挑戰(zhàn)和創(chuàng)造核心價值。