讓RF儀器發(fā)揮最大功效的解決方案

如何讓你的RF儀器發(fā)揮最大效能？

新款 RF 儀器均具備絕佳的精確度與測(cè)量功能，已大幅超越之前的產(chǎn)品，但如果信號(hào)無法達(dá)到一定質(zhì)量，這些儀器也無法發(fā)揮其功能；聲音測(cè)量實(shí)際操作與相關(guān)要素，將可讓使用者完全了解自己投資的 RF儀器。

進(jìn)行穩(wěn)定的 RF 測(cè)量操作

在理想狀態(tài)下，應(yīng)可輕松進(jìn)行 RF 測(cè)量操作，但實(shí)際上卻有著許多難題；目前既有的 RF 儀器已經(jīng)可以滿足主要的 RF 測(cè)量，如功率、頻率與噪聲，但”獲得結(jié)果”不見得就是”獲得正確的結(jié)果”。若能在 RF 測(cè)量操作中建構(gòu)最佳實(shí)作范例，就能確保獲得穩(wěn)定、精確，且可重復(fù)使用的測(cè)量結(jié)果。

先了解術(shù)語

諸如”精確度”、”可重復(fù)性”、”分辨率”，與”不確定性”的術(shù)語，都經(jīng)常在 RF 應(yīng)用中遭混用或誤用，反而降低了測(cè)量的正確度。在進(jìn)行 RF 測(cè)量操作之前，必須先了解重要術(shù)語，還有其正確的對(duì)應(yīng)文字。

相對(duì)于模擬量表而言，當(dāng)要在模擬量表上分辨正確讀數(shù)時(shí)，儀器的數(shù)字顯示方式絕對(duì)要簡單許多。然而，如果數(shù)字顯示器呈現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)后 3 位的數(shù)值，則使用者也無法了解儀器或測(cè)量操作的分辨率與精確性。

即便可顯示數(shù)千個(gè) dB 的功率，或到小數(shù)單位的 Hertz 頻率，也不代表該儀器就能測(cè)量數(shù)分鐘之內(nèi)的變化，所顯示的位數(shù)應(yīng)要能超過儀器的測(cè)量功能所及。為了完整了解 RF 儀器的功能，應(yīng)隨時(shí)參閱規(guī)格說明或數(shù)據(jù)，正確的術(shù)語定義，將可減少使用者對(duì)測(cè)量的疑慮。接著列出常見的幾個(gè)關(guān)鍵術(shù)語：

B分辨率 (Resolution)──儀器所能確實(shí)偵測(cè)的最小變化量 ；

B可重復(fù)性(Repeatability)──在相同條件與結(jié)果之下，可重復(fù)進(jìn)行的測(cè)量次數(shù)；

B不確定性(Uncertainty)──將測(cè)得的未知絕對(duì)值予以量化 ；

B精確度(Accuracy)──儀器在已知誤差范圍內(nèi)所能測(cè)得的參數(shù)實(shí)際/絕對(duì)值。

如果能預(yù)估錯(cuò)誤信息來源，往往就能決定測(cè)量操作的不確定性。除了上面提到的術(shù)語之外，也可以到 National Institute Standards and Technology (NIST) 或其它標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，找到相關(guān)規(guī)格說明文檔?？勺粉櫺?(Traceability) 則可確保所有測(cè)量儀器均是以常見標(biāo)準(zhǔn)所定義。

而”規(guī)格 (Specification)”則是由測(cè)試設(shè)備的保證效能，并可由 NIST 追蹤相關(guān)校準(zhǔn)認(rèn)證。”典型、常見 (Typical)”意指已完全測(cè)試的效能，但并未納入測(cè)量的不確定性。”名目、表列 (Nominal)”效能為輔助信息，而并非所有儀器都經(jīng)過此項(xiàng)測(cè)量。

精確度為儀器在已知誤差范圍內(nèi)所能測(cè)得的參數(shù)實(shí)際/絕對(duì)值，也就是所謂的 X plus 或 minus Y。如果沒有某些誤差限制與單位，則測(cè)量值”34”并無任何意義。同樣的，僅有”5”的誤差規(guī)格也無任何意義；但”5%”的誤差標(biāo)準(zhǔn)也沒意義。

“5%”可代表”±5%”，也可為”+3%”或”-2%”；舉例來說，精確度的正確表示方式應(yīng)為”34 V +/- 1 V”、”34 V +/- 1%”，或”34 V +2/-1 V”。進(jìn)一步了解 RF 測(cè)量術(shù)語，就能更熟悉其意義。如果要與別人精確溝通測(cè)量操作，則應(yīng)該先了解相關(guān)結(jié)果。

了解自己的受測(cè)設(shè)備

受測(cè)設(shè)備(Device under test，DUT) 可能大幅影響 RF 測(cè)量操作。舉例來說，溫度就可能影響穩(wěn)定性與可重復(fù)性，許多 RF 設(shè)備與儀器并不會(huì)自行補(bǔ)償溫度變化，因此必須先穩(wěn)定溫度，才能將測(cè)量操作的漂移錯(cuò)誤降至最低。還有立即的環(huán)境影響(如是否有空調(diào)循環(huán)、是否加蓋與嵌板、處于室內(nèi)或室外、是否靠近熱源) 均應(yīng)納入變量考慮，并應(yīng)注意暖機(jī)次數(shù)、DUT 冷卻條件，與外圍環(huán)境，與保持穩(wěn)定的溫度。

在主動(dòng)式設(shè)備中，多余的功率可能造成設(shè)備發(fā)熱；以高功率的放大器為例，DUT 本身可達(dá)穩(wěn)定的溫度，但后續(xù)的組件就不一定，銜接放大器輸出的切換器與衰減器就常有升溫現(xiàn)象。這時(shí)就可能要找出由放大器所產(chǎn)生的不定信號(hào)，如諧波。

電源供應(yīng)線可能產(chǎn)生環(huán)境噪聲，并直接影響輸出；而當(dāng)放大器處于壓縮狀態(tài)時(shí)，若測(cè)量其線性參數(shù) (增益與相位) 也將無法得到相關(guān)結(jié)果。因?yàn)樗幸蛩鼐鶎⒂绊?RF 測(cè)量操作的精確度，在測(cè)量設(shè)備之前，先行了解 DUT、操作方式，與其對(duì) RF 測(cè)量參數(shù)的影響，才能獲得有意義的結(jié)果。

找出不確定性的范圍

若要比對(duì) RF 測(cè)試設(shè)備的規(guī)格與 DUT 的測(cè)量需求，還略顯不足；如果 RF 測(cè)量操作的頻率較高，而儀器又較不符合所需規(guī)格時(shí)，更加擴(kuò)大不確定性的范圍。接著各個(gè)測(cè)量步驟均可能發(fā)生錯(cuò)誤，進(jìn)而影響整體結(jié)果。當(dāng)進(jìn)行錯(cuò)誤測(cè)量時(shí)，應(yīng)先找出測(cè)量操作的可能錯(cuò)誤，再找出可能影響的 DUT。

使用者應(yīng)該了解儀器的重要操作規(guī)格，還有各個(gè)測(cè)量步驟所牽連的設(shè)備 (包含 DUT 在內(nèi))；而其它相關(guān)規(guī)格則應(yīng)了解配對(duì)、功率、頻率響應(yīng)與噪聲系數(shù)。也應(yīng)了解所有參數(shù)的容錯(cuò)范圍，并記住如下的參數(shù)：

BRF 切換的可重復(fù)性、老化程度，與功率承載；

B耦合器的方向系數(shù)，連接線的相位穩(wěn)定性，還有轉(zhuǎn)接器的插入(Insert)損耗與折返損耗 (Return loss)；

B電路板線路的阻抗質(zhì)量、適配卡插槽，與電路板的傳輸開關(guān)情形 ；

B測(cè)量操作的電磁波干擾(EMI http://www.eettaiwan.com/CAT_480602_EMI-EMC-design.HTM>)強(qiáng)度。

并未正式納入考慮的還有冷卻、諧波、混附信號(hào)(Spur)，與其它非線性動(dòng)作，均可能影響測(cè)量操作。可查閱整體設(shè)定情形，再找出各個(gè)部分的誤差幅度，以得到測(cè)量不確定性的實(shí)際數(shù)據(jù)。另應(yīng)找出錯(cuò)誤來源，以了解其對(duì)精確度、可重復(fù)性與不確定性的影響，如此將可得到更精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果，并可高效率決定預(yù)算與資源。

注意所有組件與連結(jié)

產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計(jì)、測(cè)試，直到上市的成本，都是巨額的投資。公司的能否延續(xù)，可能就以 1 款產(chǎn)品的效能而定生死。對(duì)高效能的 RF 測(cè)試設(shè)備來說，由于必須能滿足甚或超過目前市場(chǎng)所需的重要規(guī)格，因此其可能投入的資金更是難以估計(jì)。除了必須具備競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)之外，也可能影響公司的后續(xù)營收。