所有負(fù)責(zé)測(cè)試系統(tǒng)的工程師都有責(zé)任保證測(cè)量結(jié)果的精度和可復(fù)驗(yàn)性,?？蓮?fù)驗(yàn)性，其重要性甚至大于純粹的精度,，是確保設(shè)計(jì)成功以及制造和運(yùn)營(yíng)持續(xù)的關(guān)鍵因素,。測(cè)試系統(tǒng)中,，可復(fù)驗(yàn)性也是系統(tǒng)包含儀器保證性能的基礎(chǔ),，對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號(hào)分析儀,、功率計(jì),、示波器和信號(hào)發(fā)生器等關(guān)鍵儀器來(lái)說(shuō)尤其重要。如果某個(gè)參數(shù)超限,，測(cè)量結(jié)果將受到負(fù)面影響,。

       精確、專業(yè)且可信賴的校準(zhǔn)能夠保證可靠和可復(fù)驗(yàn)的結(jié)果,。校準(zhǔn)及計(jì)量方法是工程學(xué)的一個(gè)子學(xué)科,，受過(guò)相關(guān)培訓(xùn)的工程師數(shù)量相對(duì)較少。幸運(yùn)的是,，熟悉一些基礎(chǔ)概念能夠幫助改善測(cè)量性能,，增強(qiáng)對(duì)結(jié)果的理解，最終降低根據(jù)測(cè)量結(jié)果決策的風(fēng)險(xiǎn),。

滿足測(cè)量要求

       一套測(cè)試系統(tǒng)支持一個(gè)測(cè)試計(jì)劃,，關(guān)鍵的第一步是確定表征被測(cè)器件性能需要的基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)。每項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都涉及一系列的測(cè)試,、容限和精度要求,。制定測(cè)試計(jì)劃時(shí)應(yīng)包括硬件選擇，以保證必要的特性和功能,。工程師的責(zé)任是全面理解不同硬件選擇的優(yōu)勢(shì)與缺陷以及平衡,。

       然而，工程師通常對(duì)保持所有設(shè)備保證技術(shù)指標(biāo)需要的校準(zhǔn)和維修服務(wù)重視不足,，簡(jiǎn)單地認(rèn)為定期校準(zhǔn)可以滿足保證長(zhǎng)期測(cè)量完整性的需求,。實(shí)際上，測(cè)試設(shè)備性能將隨著年限的增加而變化,，甚至可能出現(xiàn)故障,。校準(zhǔn)不是一件普通商品，確保長(zhǎng)期測(cè)量可復(fù)驗(yàn)性的過(guò)程不是簡(jiǎn)單的“狀態(tài)設(shè)置”,。采用前瞻性方法不僅可以顯著改善測(cè)試系統(tǒng)的精度和可復(fù)驗(yàn)性,，而且能夠降低測(cè)量超限風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的實(shí)際精度,，進(jìn)而幫助確保被測(cè)器件的性能,，提升整體制造效率。

圖 1 理解標(biāo)稱 DANL 和 TOI 性能可以幫助優(yōu)化雜散搜索

應(yīng)用校準(zhǔn)改善雜散測(cè)量

       下面我們將通過(guò)應(yīng)用信號(hào)分析儀的雜散信號(hào)測(cè)量實(shí)例演示如何增強(qiáng)測(cè)量結(jié)果信心,。這是一次演示而非雜散測(cè)量教程,。所有類型的射頻和微波應(yīng)用都無(wú)法避免多余的雜散信號(hào),，例如無(wú)線通信、雷達(dá)和電子戰(zhàn),。很多雜散源于日益擁擠的頻譜環(huán)境,，雜散可能出乎意料或在意料之中。其他雜散信號(hào)可能源于被測(cè)器件本身,。如果器件包含多個(gè)發(fā)射機(jī)且物理間隔距離較近，雜散可能較為嚴(yán)重,。兩臺(tái)發(fā)射機(jī)之間的距離越近,，干擾的可能性和程度越高。部分測(cè)得雜散可能源于頻譜或信號(hào)分析儀本身,，因?yàn)椴煌圃焐炭刂品治鰞x自身對(duì)測(cè)量結(jié)果影響的能力不盡相同,。

       總的來(lái)說(shuō)，雜散可能導(dǎo)致很多潛在問(wèn)題,。在雷達(dá)系統(tǒng)中,，雜散可能影響系統(tǒng)測(cè)量微小回波信號(hào)的能力，降低屏幕顯示結(jié)果的可信度,。接收天線自身生成的雜散可能暴露其存在和位置,，導(dǎo)致敏感性現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)失敗。因此,，執(zhí)行測(cè)量時(shí),，關(guān)鍵問(wèn)題在于確定出現(xiàn)的雜散是否真實(shí)。

       搜索雜散通常需要避免大信號(hào)的干擾來(lái)查找小信號(hào),。因此,，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度將成為選擇儀器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。由于雜散信號(hào)頻率通常未知,，搜索雜散信號(hào)需要從寬頻帶頻譜測(cè)量開(kāi)始,。輸入衰減的最佳設(shè)置取決于最寬間隔中最大信號(hào)的幅度。寬間隔加上可能存在的大信號(hào),，很多低電平信號(hào)可能由于頻率分辨率和實(shí)際本底噪聲等原因而無(wú)法測(cè)得,。增加可用動(dòng)態(tài)范圍需要盡可能降低并保證充分的輸入衰減，以避免分析儀生成的信號(hào)干擾測(cè)量,，例如諧波和互調(diào),。分辨率帶寬（RBW）設(shè)置應(yīng)當(dāng)合理，以降低分析儀本底噪聲,，并分辨間隔較近的雜散,，同時(shí)保證測(cè)量速度。

       驗(yàn)證雷達(dá)激勵(lì)產(chǎn)生器的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）是一個(gè)不錯(cuò)的實(shí)例,。載波基準(zhǔn)頻率為 10 GHz,。激勵(lì)產(chǎn)生器的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍相比載波（-80 dBc）必須低 80 dB,，因此 +15 dBm 輸出電平的激勵(lì)器 SFDR 為 -65 dBm。這是被測(cè)器件的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),。表征這些參數(shù)需要依賴于信號(hào)分析儀的動(dòng)態(tài)范圍,，而動(dòng)態(tài)范圍取決于噪聲和雜散技術(shù)指標(biāo)。假設(shè)信號(hào)分析儀的顯示平均噪聲電平（DANL）為 -148 dBm,。DANL 通常以 1 Hz 分辨率帶寬為標(biāo)準(zhǔn),，使用 10 kHz 分辨率帶寬時(shí)的實(shí)際 DANL 為 -108 dBm。剩余響應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)為 -100 dBm 或以下,。與之相關(guān)的三階互調(diào)（TOI）為 -90 dBm,。理解預(yù)期 DANL（非硬性技術(shù)指標(biāo)）和 TOI 的平衡十分重要，可以幫助設(shè)置合理的雜散測(cè)量輸入衰減和混頻器電平（參見(jiàn)圖 1）,。除了常用技術(shù)指標(biāo),，了解不同分析儀的實(shí)際性能也可以有所幫助。分析儀性能高于,、低于還是與技術(shù)指標(biāo)一致,？如果優(yōu)于技術(shù)指標(biāo)，性能提升了多大的幅度,？這些是幫助工程師解讀分析儀實(shí)際測(cè)量結(jié)果的重要信息,。

圖 2 雜散信號(hào)測(cè)量應(yīng)用軟件顯示的被測(cè)器件雜散信號(hào)測(cè)量結(jié)果

       回到最根本的問(wèn)題，我看到的雜散信號(hào)是否真實(shí),？結(jié)合能夠改善實(shí)際測(cè)量性能的信息,，我們可以很容易地解答這個(gè)問(wèn)題。例如,，應(yīng)用校準(zhǔn)結(jié)果可以改善測(cè)量性能和速度,。圖 2 是信號(hào)分析儀雜散信號(hào)測(cè)量應(yīng)用軟件顯示的結(jié)果。表格視圖顯示了雜散編號(hào),、測(cè)量范圍,、雜散頻率、雜散幅度和用戶輸入的測(cè)量限制,。

       對(duì)比被測(cè)器件測(cè)量結(jié)果與信號(hào)分析儀的實(shí)際校準(zhǔn)數(shù)據(jù)能夠幫助我們應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)調(diào)整測(cè)量設(shè)置,，從而增強(qiáng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的信心。表 1 顯示的是高性能信號(hào)分析儀校準(zhǔn)后的測(cè)量數(shù)據(jù),。最大雜散出現(xiàn)在 1.1 GHz,，電平 -105.25 dBc。因此,，調(diào)整衰減和分辨率帶寬設(shè)置可以降低本底噪聲,，進(jìn)一步確定顯示信號(hào)的真實(shí)性。

借助校準(zhǔn)數(shù)據(jù)增強(qiáng)性能

       完整校準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)能夠測(cè)試并驗(yàn)證儀器所有可能配置條件下的全部保證技術(shù)指標(biāo),。然而,，并非所有校準(zhǔn)服務(wù)都可以提供如此全面的測(cè)試,。這是一個(gè)很難實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。例如,，校準(zhǔn)典型的中等性能信號(hào)分析儀需要 36 類測(cè)試,，才能確保儀器性能符合預(yù)期。完成所有測(cè)試后,，實(shí)驗(yàn)室還需要提供可追溯至（符合）公認(rèn)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的完整測(cè)量報(bào)告,。驗(yàn)證測(cè)試、測(cè)試結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)一致性也是確保分析儀符合保證技術(shù)指標(biāo)的重要步驟,。圖 3 是一份能夠幫助改善測(cè)量性能的校準(zhǔn)報(bào)告實(shí)例,。表格包含了信號(hào)分析儀的測(cè)得頻率響應(yīng)，包括測(cè)量不確定度和適合的儀器技術(shù)指標(biāo),。該數(shù)據(jù)可以幫助獲得更精確的被測(cè)器件技術(shù)指標(biāo)、增加制造裕量,、提升測(cè)試效率和改善產(chǎn)品良率,。在研發(fā)領(lǐng)域，該數(shù)據(jù)能夠幫助優(yōu)化設(shè)計(jì),，并避免協(xié)調(diào)不同團(tuán)隊(duì)不一致的測(cè)試結(jié)果,。

圖 3 儀器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以幫助解讀測(cè)量結(jié)果。

       盡管通常有一名工程師負(fù)責(zé)保證測(cè)量性能,，但他/她一般不是唯一能夠獲取校準(zhǔn)服務(wù)的人員,。以下建議能夠確保公司獲得需要的校準(zhǔn)，并避免導(dǎo)致儀器性能低于預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn),。首先,，明確校準(zhǔn)預(yù)期很重要，即確定每次校準(zhǔn)時(shí)必須驗(yàn)證的儀器保證性能參數(shù),。確保其他人明確“性能驗(yàn)證”標(biāo)準(zhǔn)也很重要,。即使經(jīng)過(guò)調(diào)整，這也并不等同于真正的校準(zhǔn),。實(shí)際上,，每次校準(zhǔn)都驗(yàn)證所有已安裝選件的全部保證技術(shù)指標(biāo)能夠獲得更佳的結(jié)果。如果需要進(jìn)一步的保證,，校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)包括以下內(nèi)容：

· 審計(jì)校準(zhǔn)報(bào)告

· 完整的測(cè)試結(jié)果

· 所有校準(zhǔn)設(shè)備列表并確保已經(jīng)過(guò)測(cè)試

· 確認(rèn)校準(zhǔn)符合可追溯性要求

       最后,，確定“保險(xiǎn)”的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。例如,，能夠滿足或高于目標(biāo)良率可以減少被測(cè)器件廢品率和返工量,。此類信息可以幫助管理和采購(gòu)人員重視高質(zhì)量校準(zhǔn)的價(jià)值。

結(jié)論

       選擇可以信賴的校準(zhǔn)服務(wù)提供商是保證測(cè)試儀器性能符合預(yù)期的最佳方法,。高質(zhì)量校準(zhǔn)等于測(cè)試效率和裕量以及產(chǎn)品良率,。在航空航天與國(guó)防領(lǐng)域,，高質(zhì)量校準(zhǔn)可以增加任務(wù)成功的幾率。所有情況下,，可靠的校準(zhǔn)都可以確保一致的測(cè)量結(jié)果,，幫助工程師更輕松地確定產(chǎn)品或設(shè)計(jì)問(wèn)題，從而保證開(kāi)發(fā)和制造效率,。