盡管大部分的RF 和微波測試系統(tǒng)所要量測的對象只有區(qū)區(qū)幾種廣泛的類別－?放大器、發(fā)射器、接收器等，但每一套個別的系統(tǒng)卻會面臨一些不同的環(huán)境條件、要求和挑戰(zhàn)。雖然每一種狀況可能都不一樣，不過當(dāng)您在定義任何的RF和微波測試系統(tǒng)時，卻有三項共通的因素會相互影響：效能、速度與穩(wěn)定（repeatability）。 ? 在每一位系統(tǒng)開發(fā)者面臨的狀況各有不同的情況下，能否在這三項因素間做的取捨將關(guān)系著量測結(jié)果是否能達到要求的正確性（integrity）水準。 ? 在DUT 到量測儀器之間的路徑上（圖1），有許多個點都會出現(xiàn)這些因素的取捨時機，本文建議了一個考量這些取捨因素的架構(gòu)，并且提供六大秘訣，教您如何克服RF 信號路徑上常會碰到的問題。 ?

? 圖1：在所有的測試系統(tǒng)架構(gòu)下，都有很多的機會可以在效能、速度與穩(wěn)定之間求取的平衡，以控管量測的正確性。
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秘訣一：排定效能、速度與穩(wěn)定的優(yōu)先順序

為了讓全部六大秘訣有論述的依據(jù)，有必要先釐清我們對效能、速度及穩(wěn)定的定義。在大部分的情況下，只有其中一個或兩個因素會成為首要的考量條件，主導(dǎo)您的測試需求與設(shè)備的選擇。無論如何，仔細地審視效能、速度與穩(wěn)定之間的相互影響與取捨關(guān)系（如表1 到表3 的摘要所列），將可協(xié)助您掌控特有的需求狀況。

基本的定義

在RF 和微波測試設(shè)備中，安捷倫科技對“效能”的定義主要指的是儀器的準確度、量測范圍和頻寬。儀器的準確度包括明訂的振幅和頻率量測準確度；量測范圍指的是動態(tài)范圍、失真、噪音位準和相位噪音，這些屬性會影響信號位準量測的度；而頻寬則是指可以處理和分析的頻率寬度或資料速率。 ? 速度測試系統(tǒng)的速度或Throughput 會取決于所使用的硬件、輸入/ 輸出（I/O）介面和軟件，我們的重點將放在硬件和四項會影響速度的因素上：量測設(shè)定時間、量測執(zhí)行時間、資料處理時間、以及資料傳輸時間。在RF 和微波的頻率，設(shè)定時間中非常重要的一環(huán)就是DUT 或測試系統(tǒng)在每次變更（例如切換器的開或閉、功率位準改變）之后， 所需的穩(wěn)定時間（settling time）。

? 穩(wěn)定一致性對任何測試系統(tǒng)來說，每的測試以及每天的測試都能產(chǎn)生一致的結(jié)果是非常重要的。然而，穩(wěn)定佳并不代表度也高，因為度會取決于個別儀器的效能，而穩(wěn)定指的是無論明訂的準確度為何，所量測到的結(jié)果都是一致的。就每一部儀器而言，穩(wěn)定可能會因某些量測或模式而異，因此查看產(chǎn)品的規(guī)格或詢問制造商是很重要的。 ? 在某些程度內(nèi)，透過更多次的平均，或修改演算法以準確地逼近符合標準量測方法所得到的結(jié)果，將可以提高穩(wěn)定。將量測設(shè)定（如中心頻率、頻距和衰減位準）的改變次數(shù)減到少，可以達到的穩(wěn)定一致性。

三者的關(guān)系概述

測試要求和商業(yè)上的考量可以協(xié)助您評估效能、速度與穩(wěn)定之間的相對重要性，一旦您確立了首要的考量條件及其要求的高低程度后，就比較容易理出彼此的關(guān)系及其對系統(tǒng)的影響。 ? 表1、表2 和表3 分別就兩種狀況：首要考量條件的要求為高或低，摘要整理了相互間的影響關(guān)系。 ?

表1：以效能為首要的考量條件時，重要的相互影響因素是效能和速度。 ?

表2：以速度為首要的考量條件時，重要的關(guān)系在于速度和穩(wěn)定。 ?

表3：以穩(wěn)定一致性為首要的考量條件時，重要的關(guān)系也是穩(wěn)定一致性和速度。 ?

穩(wěn)定與效能

在表1 和表3 中，穩(wěn)定與效能之間有一個重要的第二層關(guān)系，這是由量測不確定度所串起的一種間接關(guān)系。面對不確定度時，有些系統(tǒng)開發(fā)人員會設(shè)計一個“誤差量”（error budget），其大小取決于測試要求與系統(tǒng)不確定度之間的差距。 ? 影響不確定度的兩大主要因素是準確度（儀器的效能）和量測一致性（穩(wěn)定）。如果系統(tǒng)中的儀器具有很高的準確度，那么誤差量中就有較大的空間可以容忍較低的穩(wěn)定。如果儀器可以提供一致的結(jié)果，那么誤差量中也會有較大的空間可以容忍較低的準確度。

多項要求皆“高”

若要滿足“高速與高穩(wěn)定”或“高效能與高速”這類多重的要求，可能就需要使用復(fù)雜精密的儀器，其價格相較于能力較差的設(shè)備自然會稍微高一些。不過，許多高性能的儀器中可能會內(nèi)建硬件加速器，可以加快一些耗時的作業(yè)，如平均計算和校準。 ? 有些機種也可能包含多種演算法，可以計算諸如相鄰頻道功率（ACP）等參數(shù)。如果全部三項要求皆“高”，就必須仔細檢查系統(tǒng)的每一個部份－測試設(shè)備、切換子系統(tǒng)、纜線、接頭等。的解決方案很可能價格也不低，但可以提供一些額外的功能和優(yōu)點。 ? ? ?

秘訣二：審視DUT 的本質(zhì)和特性

典型的自動化測試系統(tǒng)可以執(zhí)行三項基本的任務(wù)：提供信號源、進行量測、以及進行切換，至于該使用哪一種信號產(chǎn)生器、功率錶、頻譜分析儀、網(wǎng)路分析儀、切換矩陣（switch matrix）和纜線，則取決于DUT 的電性和機構(gòu)屬性。在RF 和微波的頻率，有一些基本的特性需要特別留意。

電性參數(shù)

的基本性質(zhì)是主要的考量：它是被動和線性的，或是主動和非線性的？被動的線性元件較容易處理，因為它們在整個工作頻寬范圍內(nèi)所有允許的輸入功率位準下，增益和相位偏移量一般都是固定的。相反地，主動元件就需要格外謹慎，因為它們通常具有非線性的工作區(qū)域，對輸入功率相當(dāng)敏感，可能會在不同的位準產(chǎn)生不同的結(jié)果。 ? 如此一來，可能就需要在測試系統(tǒng)中加入放大器或，以地控制功率位準，而且也許還要加入耦合器，將輸入到DUT 的功率位準分一些出來并確認是否正確。 ? 這些額外加入的東西千萬不能輕忽：在高頻下，每一個系統(tǒng)組成要件都具有復(fù)數(shù)的阻抗值（伴隨有S參數(shù)），而且每多一項連接就有可能與DUT 產(chǎn)生不必要的相互影響。

避免不匹配：任何連接線的阻抗不匹配

都可能造成注入損耗（insertion loss），而損耗掉信號源或量測信號的一些功率。眾所周知，在高頻下功率是很昂貴的，而且如果必須在很廣的頻率范圍提供所需功率的話，還會變得更加昂貴。 ? 秘訣：使用度高的纜線和配件，且要使用向量式網(wǎng)路分析儀（VNA）充分量測纜線和配件的實際阻抗，特別是如果DUT 是主動元件的話。

將VSWR 降到

切換矩陣加上其接頭、內(nèi)部和外部纜線、甚至是任何RF 纜線的彎曲半徑等組合，可能因DUT 的電壓駐波而產(chǎn)生誤差。 ? 秘訣：若要將這項誤差減到，可以使用電壓駐波比（VSWR）規(guī)格為1：2：1 或更佳的切換矩陣。

增加隔離度

如果您的測試需要同時量測高位準和低位準的信號，則切換矩陣的隔離度規(guī)格將會影響量測的正確性。 ? 秘訣：如果通過DUT 的路徑有很多條，可以使用信號產(chǎn)生器和頻譜分析儀，盡可能地量測出隔離度的特性。如果無法做到這一點，則系統(tǒng)在配置和設(shè)定時，應(yīng)該將高位準和低位準的信號繞接到不相鄰的路徑上，或繞經(jīng)不同的切換器。

機構(gòu)屬性

另外一組需要考量的細節(jié)是信號和電源（交流電或直流電）接頭的數(shù)量和類型，這會影響所需的切換矩陣大小，以及系統(tǒng)接線的復(fù)雜度等因素。

秘訣：使用埠數(shù)足夠的切換矩陣，就可以接好系統(tǒng)到DUT 的所有連接，這樣一來，就可以將等待信號穩(wěn)定所需的延遲時間縮到短，并且將功率位準突然改變而損壞切換矩陣或DUT 的機率降到。

秘訣三：瞭解、量測及修正RF 信號路徑的特性

如果沒有經(jīng)過額外的修正，產(chǎn)品的規(guī)格多只能延伸到位于儀器輸入和輸出接頭上的“校準”（calibration plane）而已。若要得到準確又穩(wěn)定一致的量測結(jié)果，以及修正過的DUT 結(jié)果，我們建議將校準面往外推，盡可能地靠近DUT。 ? 不論路徑是被動或主動的，DUT 是位在本端或遠端，都有幾種方法可以做到。

被動路徑的處理方式

被動元件在整個頻寬范圍內(nèi)所有允許的輸入功率位準下，都有固定的增益和相位偏移量。然而，沿著被動路徑所接出去的每一條接線上可能會有阻抗不匹配的情形，因而造成注入損耗和相位偏移（或延遲）。在高頻下，連簡單的被動元素也會變成復(fù)雜的傳輸線元素，無法直接將路徑上的損耗和相位偏移用簡單的代數(shù)法相加得出。 ? 秘訣：使用VNA 來量測整個相連的路徑或分析每一項元素的S 參數(shù)特性，并使用向量學(xué)來模擬整個路徑的總損耗和相位偏移量。這些數(shù)值可以儲存在系統(tǒng)的PC 中，并且視需要予以套用，以修正量測結(jié)果，或者供網(wǎng)路分析儀使用，例如用來即時地調(diào)整濾波器和其他變動的DUT。

修正主動的路徑

主動元件的效能會隨著輸入功率的改變而不同，若要提高量測的準確度，其做法會取決于元件是在其線性或非線性的響應(yīng)區(qū)內(nèi)工作。如果一個主動元件（如放大器）在校準和量測作業(yè)期間，是在遠低于其1 dB 壓縮點的線性區(qū)內(nèi)工作，則可以在該區(qū)內(nèi)的任何功率位準下進行準確的修正。
? 秘訣：如果主動元件是在其非線性的響應(yīng)區(qū)內(nèi)工作，則校準時也必須使用量測用的功率位準，以確保能夠做準確的修正。如果需要在非線性模式下，于多個功率位準進行量測，那么也必須在每一個位準下分別進行校準，并儲存起來供日后使用。
? 秘訣：在DUT 的頻率范圍內(nèi)，檢查主動元件的頻率響應(yīng)。同樣地，您應(yīng)該在特定的功率位準下量測整個路徑，或是分析每一個介面的S 參數(shù)特性，并使用向量學(xué)，產(chǎn)生一個可以在事后套用或即時套用的模型。 ? 秘訣：為了簡化量測和修正RF 信號路徑特性的作業(yè)，有些系統(tǒng)開發(fā)人員會盡可能少用主動元件，這樣做可以減少校準的工夫，以及在非線性模式工作時，因功率位準改變而造成誤差的機會。

編輯：黃飛

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