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大容量矢量信号发生器的设计与实现：技术、挑战与应用

一、引言

1.1研究背景与意义

在科技飞速发展的当下，通信、雷达、电子对抗等众多领域对信号处理和通信设备的性能要求日益严苛，高精度、高速度、高性能和大容量的矢量信号发生器成为这些设备测试和验证环节中不可或缺的关键工具。随着5G通信技术的广泛应用，其对信号带宽、调制方式的复杂性以及多载波聚合等方面提出了更高要求，矢量信号发生器需能精准生成多载波信号、宽带信号以及复杂调制信号，如256QAM等，以满足5G通信系统的测试需求。在雷达领域，现代雷达朝着高分辨率、远距离探测以及复杂目标识别的方向发展，需要矢量信号发生器产生高速、高精度的雷达信号和干扰信号，用于雷达性能的测试与电子对抗系统的开发。

目前市场上虽已存在如Keysight、RohdeSchwarz、Anritsu等知名品牌的矢量信号发生器产品，这些产品凭借其一定的规模和技术储备在市场中占据一席之地，但它们普遍存在价格高昂的问题，这使得一般用户和小厂家在采购时面临较大的成本压力，难以负担。这不仅限制了这些企业在设备测试和研发方面的投入，也在一定程度上阻碍了相关技术在更广泛范围内的推广与应用。

在此背景下，设计和开发一款价格便宜、性能高、应用范围广的大容量矢量信号发生器具有重要的现实意义。从通信领域来看，它将极大地提高我国通信设备的测试和验证能力，使得通信设备在研发和生产过程中能够得到更全面、精准的测试，从而提升通信设备的质量和可靠性。同时，成本的降低有利于国产通信设备在市场竞争中获得价格优势，促进国产通信设备产业的发展，推动我国通信技术的进步与创新。

该大容量矢量信号发生器还具备广泛的应用潜力，可拓展至军事、航空、电力等其他领域。在军事领域，能够为雷达制导、电子对抗等系统的研发和测试提供有力支持，提升军事装备的性能和作战能力；在航空领域，可用于模拟飞机、火箭等飞行器的通信和导航信号，进行航空电子设备和导航系统的测试，保障航空飞行的安全与可靠；在电力领域，可应用于电力系统的信号测试与分析，助力电力系统的稳定运行和故障排查。

1.2国内外研究现状

矢量信号发生器的研究与发展历经了多个重要阶段，凝聚着众多科研人员的智慧与努力，推动着其在性能、功能和应用领域不断突破。在早期阶段，受限于技术条件，矢量信号发生器的频率范围相对较窄，调制带宽有限，信号精度和稳定性也有待提高，仅能满足一些基本的通信测试需求。随着电子技术、数字信号处理技术以及半导体工艺的飞速发展，矢量信号发生器迎来了显著的进步。在频率范围方面，从最初的有限频段逐渐拓展到更宽的范围，如今部分高端产品已能覆盖从低频到毫米波频段，满足了如5G通信、卫星通信等新兴领域对高频段信号测试的需求。在调制带宽上，不断提升的带宽使矢量信号发生器能够产生更复杂、更高速的调制信号，支持更高阶的调制方式，如256QAM、1024QAM等，为高速数据传输系统的测试提供了关键支持。

在国外，以Keysight、RohdeSchwarz、Anritsu等为代表的知名企业在矢量信号发生器领域处于技术领先地位。Keysight的N5182BMXGX系列射频矢量信号发生器，凭借其出色的性能在市场上备受青睐。该产品频率范围可达100kHz至6GHz，具备高度可靠、快速切换的电子衰减器，在3GHz时输出功率大于+23dBm，W-CDMA动态范围≤-73dBc（输出功率+5dBm），在列表模式下，频率、幅度和波形同时切换时间≤900μs。它能够同时提供快速的频率、幅度和波形切换、大功率输出以及高可靠性，且体积仅为两个机架单元（2RU），针对蜂窝通信和无线连通性元器件的制造进行了优化，通过增加吞吐量、改进测试良率、延长正常运行时间并节省机架空间，使投资更具价值。RohdeSchwarz的SMBV100B矢量信号发生器同样具有卓越的性能，在信号纯度、电平精度等方面表现出色，输出频率高达12.75GHz，适用范围广泛，并且在设计上注重降低总拥有成本，校准间隔长、可服务性出色，还具备扩展选件以提高可用性。

在国内，虽然起步相对较晚，但近年来在矢量信号发生器的研发上取得了显著进展。一些科研机构和企业加大了研发投入，积极开展相关技术研究。创远信科（上海）技术股份有限公司在矢量信号发生器领域不断探索创新，申请了“基于矢量信号发生器实现复杂复合模拟调制处理的方法、装置、处理及计算机可读存储介质”的专利。该专利利用底层数字逻辑代码代替硬件电路设计，在数字矢量域上实现相关功能，具有步进可复用不同模块、能有效节约成本、速度快、实时性强、可进行多种不同模拟调制组合、精度更高、相位控制更好以及抗干扰性强等优势。这一成果展示了国内企业