工程師該如何獲得射頻儀器的最大功效

概覽

現(xiàn)代放大器射頻儀器具有遠遠超過其前代產(chǎn)品的令人印象深刻的測量能力和精度。然而，如果不能提供高品質(zhì)的信號，這些儀器就不能充分發(fā)揮其潛能。完備的測量方法和注意事項可以保證您能夠充分獲取在射頻儀器上投資的收益。

獲得可靠的射頻測量

射頻測量通常在理論上很簡單，但付諸實施的時候卻困難重重。您能夠很容易地從當代射頻儀器所提供的廣泛測量手段中獲得核心的射頻測量結(jié)果，例如功率，頻率和噪聲。但是，獲得結(jié)果與獲得正確結(jié)果則有著天壤之別。通過在您的整個射頻測量過程中執(zhí)行最優(yōu)方法，您可以確保一個可靠、精確并且可重復的結(jié)果。

理解專業(yè)術(shù)語

例如精度、可重復性、分辨率和不確定性這些專業(yè)術(shù)語經(jīng)常在各種各樣的射頻應用中被混雜和誤用，從而增加了混亂，減少了測量的可信性。在進行射頻測量時理解一些關(guān)鍵的專業(yè)術(shù)語和它們的適用環(huán)境是必要的。

例如，當想要在相近刻度上辨明正確的讀數(shù)時，儀器上的數(shù)字顯示會比模擬的測量儀表更容易使用。然而，即使數(shù)字顯示對一次測量給出了小數(shù)點后的三位數(shù)字，你也不能推斷出該儀器及其測量的分辨率和精度。

因為顯示給出千分之一分貝的功率或分數(shù)赫茲的頻率并不意味著該儀器具有測量這些細微變化的能力。通常這些顯示的位數(shù)遠遠超過了儀器在這一水平的測量能力。要充分了解一個射頻儀器的測量能力，往往要參考說明書或數(shù)據(jù)表。

前后一致的定義可以減少您測量中可能出現(xiàn)的混淆。以下是您在使用中會經(jīng)?？吹降囊恍╆P(guān)鍵術(shù)語：

. 分辨率 － 儀器所能可靠檢測到的最小改變

. 重復性 －在同樣條件下多次進行同一測量獲得相同結(jié)果的能力

. 不確定性－對被測量的準確值缺乏認知部分的量化

. 精度－ 儀器 在一定誤差范圍內(nèi)測量一個參數(shù)實際/絕對值的能力

不確定性是始終存在的，對誤差來源的評估可以幫助確定測量的不確定度。除上述外，還有一些相關(guān)術(shù)語在依據(jù)美國國家標準與技術(shù)研究所（NIST）或其它標準機構(gòu)的說明文件來描繪性能時會有用。 可描述性是保證所有的測量器件有一個共同的絕對基準所必須的。所謂“規(guī)范”是指保證性能由校準溯源到NIST的測試設備產(chǎn)生。“典型”往往意味著性能是百分之百測試，但不包括測量不確定因素?！跋笳餍浴钡谋憩F(xiàn)通常是補充信息，不是在每個儀器上的普遍測量。

精度是儀器在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)測量參數(shù)絕對值的能力。換句話說，X加減Y，沒有誤差限制（和單位）一個34的測量值是沒有意義的。同樣地，一個5的誤差說明也是沒有用的，甚至一個百分之五的誤差說明也幾乎沒有幫助。那到底是正或負百分之五，還是正百分之三和負百分之二？為了準確，精度應該像這樣規(guī)定，例如34 V +/- 1 V, 34 V +/- 1%, 或 34 V +2/-1 V。

請多花時間了解射頻測量的術(shù)語并熟悉它們的意義。您關(guān)于測量的表達越準確，結(jié)果就越利于理解也越可信。

了解你的被測試裝置

被測試裝置(DUT)的性能會顯著影響射頻測量。例如，溫度會影響穩(wěn)定性，并因此與可重復性密切相關(guān)。許多射頻器件和射頻儀器沒有對溫度變化的內(nèi)部補償。因此，它們必須在穩(wěn)定的溫度下工作以使溫度漂移引起的測量誤差最小。當前的環(huán)境（例如，空調(diào)循環(huán)的開啟與關(guān)閉，覆蓋物和面板的移除或增加，處于戶外或室內(nèi)，以及是否接近熱源）會有很大影響。需要注意適當?shù)念A熱時間、被測試裝置的冷卻需求和周邊的環(huán)境以確保溫度穩(wěn)定性。

在有源器件中，過高的功率會導致發(fā)熱。例如，在測試高功率放大器時，被測試器件本身可以保持溫度穩(wěn)定，但是下游組件會怎么樣呢？看看是否有開關(guān)或衰減器因為放大器的輸出而被加熱。尋找由放大器產(chǎn)生的異常信號，例如諧波。電源線容易受到可直接疊加到輸出的環(huán)境噪聲的影響。而且，測量放大器的線性參數(shù)（增益和相位），隨后卻發(fā)現(xiàn)放大器同時處于被壓縮狀態(tài)是令人沮喪的。所有這些都影響了射頻測量的精度。在器件被測試前對其本身、其運作方式以及它對射頻測量參數(shù)的影響進行了解，會得到有意義的結(jié)果。

識別出現(xiàn)不確定性的方面

僅僅匹配射頻測試設備的數(shù)據(jù)表格說明與被測試裝置的測試要求是不夠的。這在更高頻率或者失配的射頻測量中尤其明顯，除其它外，還有放大不確定性。在測量的每個步驟中引入的誤差會使總體結(jié)果出現(xiàn)偏差。當一個不正確的測量結(jié)果出現(xiàn)時，你應該在質(zhì)疑被測量裝置存在問題之前首先懷疑測量出現(xiàn)錯誤。

請在測量過程中了解儀器儀表以及被測試裝置的關(guān)鍵操作規(guī)范。在其它規(guī)范中，了解匹配，頻率響應，噪聲系數(shù)和功率。同時，也要了解這些參數(shù)的容許誤差。請記住如下要素：

. 射頻開關(guān)重復性，老化和功率處理

. 耦合器的指向性，電纜的相穩(wěn)定性以及適配器的插入損耗和回波損耗

. 電路板線路的阻抗質(zhì)量，器件插座和電路板的開關(guān)轉(zhuǎn)換

. 測量中的電磁干擾（EMI）輻射和耦合

一些通常沒有被認真考慮的項目，例如冷卻、諧波、激勵以及其他非線性行為也能夠增加測量中的誤差。審視整個測試設備并確定每一塊的誤差分布以獲得對預期測量不確定性的實際評價。找出誤差原因和它們對精度、重復性和不確定性的影響。這可以得到更好的結(jié)果，使您能更加有效和有意義地分配預算和資源。

注意所有的連接和組件

開發(fā)、設計、測試以及將產(chǎn)品推廣到市場這一系列的花費是一筆相當大的投資。一個公司的成敗與否取決于產(chǎn)品的性能。在高性能的射頻測試設備上的支出是有重要意義的，因為這能夠表明產(chǎn)品達到或超過與市場份額掛鉤的關(guān)鍵技術(shù)要求。此外它還代表了一種競爭優(yōu)勢和公司收入的主要增加來源。

然而，僅有一個高性能的，昂貴的，經(jīng)過良好校準的測試系統(tǒng)和同樣性能顯著的被測試器件是不夠的，還應該對被測試器件測試系統(tǒng)中的附屬連接和組件的質(zhì)量和重復性給予同等的關(guān)注。也許在關(guān)鍵的技術(shù)指標上十分之一或二的改進都是一個有競爭力的優(yōu)勢。在大多數(shù)標準下，源和負載的匹配（駐波比）為1：1.5是不錯的，但是這種程度的匹配將引入一個錯誤的（大約）為+/-0.35分貝的失配不確定性。一個0.2分貝的關(guān)鍵技術(shù)指標不可能在這么多的不確定性影響下得到證明。

容易忽視的項目例如電纜、開關(guān)、衰減器、連接器、插座、適配器和附件會不利于整個測量。從需要的精度出發(fā)，然后選擇適合測量的組件。一個好的經(jīng)驗法則會使測試系統(tǒng)性能十倍于你正在測試的被測試裝置的參數(shù)。

有了一個高品質(zhì)信道，下一步是要采用好的測量方法。請確保你正確清潔和存放電纜、連接器和適配器。即使是最好的電纜和連接器失效了，也要放棄對它們的使用，它們是測試過程中的耗材。采取措施，盡量減少適配器的使用，確保扭矩扳手和連接規(guī)格按常規(guī)使用以使熱切換最小。請記住正確的靜電放電（ESD）做法。即使測試系統(tǒng)間最高品質(zhì)的元件和被測試裝置的級聯(lián)也可以引入測量誤差。

為作業(yè)選擇適當?shù)墓ぞ?/P>

需要測量哪些參數(shù)和需要達到怎樣的精度水平很大程度上決定了測試被測裝置所需要選擇的射頻設備。最好的選擇是一個安全的策略，但它會浪費你能夠用于測量其它方面的預算資源。如果射頻功率是要測量的唯一量，一個射頻功率計可能是比一臺矢量信號分析儀更理想的選擇。

標量儀器只測量幅度（振幅），而矢量儀器測量幅度和相位。即使不需要測量相位，也要考慮到矢量工具可以提供更好的誤差更正，因為相位信息可以用來量化系統(tǒng)中不需要的反射。

將價格與性能等同并不是在購買射頻儀器時應遵循的最佳法則。一臺高質(zhì)量的掃頻調(diào)諧光譜分析儀將花費你大量的預算。盡管它們在已有的測量用途上是優(yōu)秀的測量儀器，具有典型的± 1分貝或更低的測量精度，但它們卻難以達到測量絕對射頻功率的要求。同樣，如果使用的儀器具有-140 dBm/Hz的本底噪聲，那么它也很難測量出被測裝置上-155 dBm/Hz的本底噪聲。

請為每項作業(yè)考慮合適的工具。為精度和不需要的測量付出太多不僅是對金錢和資源的浪費，它限制了用于例如對測量質(zhì)量更有利的電纜和開關(guān)等其它方面的資金。

開發(fā)流程

一旦你確定并執(zhí)行了最優(yōu)方法，就要使它們逐步成為能夠在團體間清楚理解和交流的慣例或流程。這能夠使射頻測量結(jié)果具有更好的重復性和一致性。

例如，一個關(guān)于流程