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量功能，已大幅超越之前的產(chǎn)品，但如果信號無法達到一定質(zhì)量，這些儀器也無法發(fā)揮其功能；聲音測量實際操作與相關要素，將可讓使用者完全了解自己投資的 RF儀器。

進行穩(wěn)定的 RF 測量操作

在理想狀態(tài)下，應可輕松進行 RF 測量操作，但實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 測量，如功率、頻率與噪聲，但”獲得結果”不見得就是”獲得正確的結果”。若能在 RF 測量操作中建構最佳實作范例，就能確保獲得穩(wěn)定、精確，且可重復使用的測量結果。

先了解術語

諸如”精確度”、”可重復性”、”分辨率”，與”不確定性”的術語，都經(jīng)常在 RF 應用中遭混用或誤用，反而降低了測量的正確度。在進行 RF 測量操作之前，必須先了解重要術語，還有其正確的對應文字。

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

即便可顯示數(shù)千個 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量數(shù)分鐘之內(nèi)的變化，所顯示的位數(shù)應要能超過儀器的測量功能所及。為了完整了解 RF 儀器的功能，應隨時參閱規(guī)格說明或數(shù)據(jù)，正確的術語定義，將可減少使用者對測量的疑慮。接著列出常見的幾個關鍵術語：

˙分辨率 (Resolution)──儀器所能確實偵測的最小變化量 ；

˙可重復性(Repeatability)──在相同條件與結果之下，可重復進行的測量次數(shù)；

˙不確定性(Uncertainty)──將測得的未知絕對值予以量化 ；

˙精確度(Accuracy)──儀器在已知誤差范圍內(nèi)所能測得的參數(shù)實際/絕對值。

如果能預估錯誤信息來源，往往就能決定測量操作的不確定性。除了上面提到的術語之外，也可以到 National Institute Standards and Technology (NIST) 或其它標準機構，找到相關規(guī)格說明文檔。可追蹤性 (Traceability) 則可確保所有測量儀器均是以常見標準所定義。

而”規(guī)格 (Specification)”則是由測試設備的保證效能，并可由 NIST 追蹤相關校準認證。”典型、常見 (Typical)”意指已完全測試的效能，但并未納入測量的不確定性。”名目、表列 (Nominal)”效能為輔助信息，而并非所有儀器都經(jīng)過此項測量。

精確度為儀器在已知誤差范圍內(nèi)所能測得的參數(shù)實際/絕對值，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%”的誤差標準也沒意義。

“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為”34 V +/- 1 V”、”34 V +/- 1%”，或”34 V +2/-1 V”。進一步了解 RF 測量術語，就能更熟悉其意義。如果要與別人精確溝通測量操作，則應該先了解相關結果。

了解自己的受測設備

受測設備(Device under test，DUT) 可能大幅影響 RF 測量操作。舉例來說，溫度就可能影響穩(wěn)定性與可重復性，許多 RF 設備與儀器并不會自行補償溫度變化，因此必須先穩(wěn)定溫度，才能將測量操作的漂移錯誤降至最低。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) 均應納入變量考慮，并應注意暖機次數(shù)、DUT 冷卻條件，與外圍環(huán)境，與保持穩(wěn)定的溫度。

在主動式設備中，多余的功率可能造成設備發(fā)熱；以高功率的放大器為例，DUT 本身可達穩(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。這時就可能要找出由放大器所產(chǎn)生的不定信號，如諧波。

電源供應線可能產(chǎn)生環(huán)境噪聲，并直接影響輸出；而當放大器處于壓縮狀態(tài)時，若測量其線性參數(shù) (增益與相位) 也將無法得到相關結果。因為所有因素均將影響 RF 測量操作的精確度，在測量設備之前，先行了解 DUT、操作方式，與其對 RF 測量參數(shù)的影響，才能獲得有意義的結果。

找出不確定性的范圍

若要比對 RF 測試設備的規(guī)格與 DUT 的測量需求，還略顯不足；如果 RF 測量操作的頻率較高，而儀器又較不符合所需規(guī)格時，更加擴大不確定性的范圍。接著各個測量步驟均可能發(fā)生錯誤，進而影響整體結果。當進行錯誤測量時，應先找出測量操作的可能錯誤，再找出可能影響的 DUT。

使用者應該了解儀器的重要操作規(guī)格，還有各個測量步驟所牽連的設備 (包含 DUT 在內(nèi))；而其它相關規(guī)格則應了解配對、功率、頻率響應與噪聲系數(shù)。也應了解所有參數(shù)的容錯范圍，并記住如下的參數(shù)：

˙RF 切換的可重復性、老化程度，與功率承載；

˙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)；

˙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情形 ；

˙測量操作的電磁波干擾(EMI <http://www.eettaiwan.com/CAT_480602_EMI-EMC-design.HTM>)強度。

并未正式納入考慮的還有冷卻、諧波、混附信號(Spur)，與其它非線性動作，均可能影響測量操作?？刹殚喺w設定情形，再找出各個部分的誤差幅度，以得到測量不確定性的實際數(shù)據(jù)。另應找出錯誤來源，以了解其對精確度、可重復性與不確定性的影響，如此將可得到更精準的測量結果，并可高效率決定預算與資源。

注意所有組件與連結

產(chǎn)品的開發(fā)、設計、測試，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。對高效能的 RF 測試設備來說，由于必須能滿足甚或超過目前市場所需的重要規(guī)格，因此其可能投入的資金更是難以估計。除了必須具備競爭優(yōu)勢之外，也可能影響公司的后續(xù)營收。

但是昂貴、高效能，且精確校準過的 DUT 與測試系統(tǒng)還不夠，針對中間用以銜接設備用的連結組件，也必須考慮其質(zhì)量與可重復性。若能提升關鍵規(guī)格達 1/10 或 1/5 的 dB，就可能達到高競爭優(yōu)勢。

對絕大部分的標準而言，最好是能達到 1：1.5 的電壓駐波比(VSWR)，但匹配(Match)的強度也可能影響錯誤的為匹配的不確定性達 +/-0.35dB (約略值)。當造成過多的不確定性時，就不可能達到 0.2 dB 的關鍵規(guī)格。

其它受到忽略的項目 (如連接線、切換器、衰減器、插槽、轉(zhuǎn)接器，與配件) 也能影響整體的測量結果。如果要開始測量操作，應先達到所需的精確度，接著選擇合適的組件。依目前公認的標準，測量系統(tǒng)的效能最好達到 DUT 受測參數(shù)的 10 倍之譜。

如果已經(jīng)擁有高質(zhì)量的信號路徑，則接著就是安排完整的測量實作；使用者應確保清潔并存放連接線、接頭，與轉(zhuǎn)接器，就算是最高級的連接線與轉(zhuǎn)接器也會磨損，若零件老化就應淘汰，這些都算測試操作的耗材，并應逐步減少轉(zhuǎn)接器的使用機會。

此外應定期使用扳手與線路量表進行調(diào)整，即可盡量避免熱切換(Hot-switching)；并請注意，應適時靜電放電 (Electro-static discharge，ESD)。即便于測試系統(tǒng)與 DUT 之間使用最高質(zhì)量的組件，若連接的零件過多，也可能造成測量錯誤。

為測量操作選用正確的工具

根據(jù)所要測量的參數(shù)與所需的精確度，其測量 DUT 的 RF 設備也有所不同。能投資設備當然最好，但如果僅能發(fā)揮設備某部分的效能，就形成預算浪費。如果僅需測量 RF 功率，則 RF 功率計當然優(yōu)于矢量信號分析儀 (VSA)。

標量(Scalar)儀器僅能測量強度 (振幅)，而矢量儀器則可測量強度與相位。就算測量操作不需相位值，則由于矢量儀器的相位信息可找出系統(tǒng)中的無用反射并將之量化，因此也可用以修正錯誤。

在購買 RF 設備時，價格往往并不等同于功能。高質(zhì)量的掃頻調(diào)協(xié)頻譜分析儀(Swept-tuned spectrum analyzer)，往往就能占去大部分的預算；就該款儀器原始的測量功能而言，雖然已可達 ± 1 dB 或較差的精確度并可用于一般測量，但卻無法滿足絕對 RF 功率的測量需要。同樣的，若使用中的儀器可達 -140 dBm/Hz 的噪聲水平，此款儀器就難以測量 -155 dBm/Hz 噪聲水平的 DUT。

所以請為測量選擇正確的工具；若購買的設備效能超出所需的測量精確度太多，就浪費了成本與資源，而且可能排擠到其它部分的預算分配。在某些情況下，連接線與切換器甚至更有助于提升測量質(zhì)量。

開發(fā)測量程序

一旦建構自己所需的最佳實作，就可以將其安裝到測量程序中，更有利于整個團隊的溝通，接著就能讓 RF 測量結果達到更好的可重復性與一致性。舉例來說，測量程序的常見問題之一就是：”應多久校準 1 次”。

許多 RF 儀器對環(huán)境的變化極其敏感，因此就必須時常校準設備；高精確度的測量需求也常常影響了校準頻率。不論哪種情況，均應了解 RF 設備的校準需求，并將之列入測量程序中。

從設計、檢驗、測試，到制造的所有程序，都會影響 RF 的測量功能。使用者也需考慮制造過程所應測試并檢驗的操作參數(shù)，而可能影響精確度、可重復性，與不確定性的前/后 1 項程序 (如重新操作、焊接、組裝，與絕緣)，均應納入考慮。

若要建構良好的 RF 實作，也應考慮相關程序。也可連帶簡化學習與標準化的過程。而后續(xù)從建構程序直到產(chǎn)品使用壽命，”一致性”也將影響 RF 參數(shù)與測量結果。

提高 RF 測量操作的質(zhì)量

要進行 RF 測量操作很簡單，但要能準確測量就有些許難度。若能建構完整實作并用于程序之中，將可提升 RF 測量的質(zhì)量。

還有許多方法可找出并建置最佳實作范例。應不斷設法提升 RF 測量質(zhì)量，以確實了解測量要點并用于實作之中。從提高 RF 測量技巧到完整發(fā)揮 RF 設備的效能，此篇技術文章所提及的步驟均屬于基礎概念而已。