盡管大部分的RF 和微波測(cè)試系統(tǒng)所要量測(cè)的對(duì)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(gè)別的系統(tǒng)卻會(huì)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(cè)試系統(tǒng)時(shí),，卻有三項(xiàng)共通的因素會(huì)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(xiàng)因素間做最佳的取捨將關(guān)系著量測(cè)結(jié)果是否能達(dá)到要求的正確性（integrity）水準(zhǔn)。

　　在DUT 到量測(cè)儀器之間的路徑上（圖1）,，有許多個(gè)點(diǎn)都會(huì)出現(xiàn)這些因素的取捨時(shí)機(jī),，本文建議了一個(gè)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(hào)路徑上常會(huì)碰到的問題。

　　圖1：在所有的測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)下,，都有很多的機(jī)會(huì)可以在效能、速度與穩(wěn)定之間求取最佳的平衡,，以控管量測(cè)的正確性。

　　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(duì)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(gè)或兩個(gè)因素會(huì)成為首要的考量條件,，主導(dǎo)您的測(cè)試需求與設(shè)備的選擇,。無論如何，仔細(xì)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(cè)試設(shè)備中，安捷倫科技對(duì)“效能”的定義主要指的是儀器的準(zhǔn)確度,、量測(cè)范圍和頻寬,。儀器的準(zhǔn)確度包括明訂的振幅和頻率量測(cè)絕對(duì)準(zhǔn)確度；量測(cè)范圍指的是動(dòng)態(tài)范圍,、失真、噪音位準(zhǔn)和相位噪音,，這些屬性會(huì)影響信號(hào)位準(zhǔn)量測(cè)的精確度,；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(cè)試系統(tǒng)的速度或Throughput 會(huì)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(diǎn)將放在硬件和四項(xiàng)會(huì)影響速度的因素上：量測(cè)設(shè)定時(shí)間,、量測(cè)執(zhí)行時(shí)間、資料處理時(shí)間,、以及資料傳輸時(shí)間。在RF 和微波的頻率,，設(shè)定時(shí)間中非常重要的一環(huán)就是DUT 或測(cè)試系統(tǒng)在每次變更（例如切換器的開或閉、功率位準(zhǔn)改變）之后,， 所需的穩(wěn)定時(shí)間（settling time）,。

　　穩(wěn)定一致性對(duì)任何測(cè)試系統(tǒng)來說,，每一次的測(cè)試以及每天的測(cè)試都能產(chǎn)生一致的結(jié)果是非常重要的。然而,，穩(wěn)定佳并不代表精確度也高，因?yàn)榫_度會(huì)取決于個(gè)別儀器的效能,，而穩(wěn)定指的是無論明訂的準(zhǔn)確度為何，所量測(cè)到的結(jié)果都是一致的,。就每一部?jī)x器而言,，穩(wěn)定可能會(huì)因某些量測(cè)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(zhǔn)確地逼近符合標(biāo)準(zhǔn)量測(cè)方法所得到的結(jié)果,，將可以提高穩(wěn)定。將量測(cè)設(shè)定（如中心頻率,、頻距和衰減位準(zhǔn)）的改變次數(shù)減到最少,，可以達(dá)到最佳的穩(wěn)定一致性。

　　三者的關(guān)系概述

　　DUT 的測(cè)試要求和商業(yè)上的考量可以協(xié)助您評(píng)估效能、速度與穩(wěn)定之間的相對(duì)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(duì)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。

　　穩(wěn)定與效能

　　在表1 和表3 中,，穩(wěn)定與效能之間有一個(gè)重要的第二層關(guān)系，這是由量測(cè)不確定度所串起的一種間接關(guān)系,。面對(duì)不確定度時(shí),，有些系統(tǒng)開發(fā)人員會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)“誤差量”（error budget）,，其大小取決于測(cè)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絕對(duì)準(zhǔn)確度（儀器的效能）和量測(cè)一致性（穩(wěn)定）,。如果系統(tǒng)中的儀器具有很高的絕對(duì)準(zhǔn)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(huì)有較大的空間可以容忍較低的絕對(duì)準(zhǔn)確度,。

　　多項(xiàng)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(jià)格相較于能力較差的設(shè)備自然會(huì)稍微高一些。不過,，許多高性能的儀器中可能會(huì)內(nèi)建硬件加速器，可以加快一些耗時(shí)的作業(yè),，如平均計(jì)算和校準(zhǔn),。有些機(jī)種也可能包含多種演算法,，可以計(jì)算諸如相鄰頻道功率（ACP）等參數(shù)。如果全部三項(xiàng)要求皆“高”,，就必須仔細(xì)檢查系統(tǒng)的每一個(gè)部份－測(cè)試設(shè)備、切換子系統(tǒng),、纜線,、接頭等,。最佳的解決方案很可能價(jià)格也不低，但可以提供一些額外的功能和優(yōu)點(diǎn),。

　　秘訣二：審視DUT 的本質(zhì)和特性

　　自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)可以執(zhí)行三項(xiàng)基本的任務(wù)：提供信號(hào)源、進(jìn)行量測(cè),、以及進(jìn)行切換,，至于該使用哪一種信號(hào)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(jī)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)

　　DUT 的基本性質(zhì)是主要的考量：它是被動(dòng)和線性的,，或是主動(dòng)和非線性的,？被動(dòng)的線性元件較容易處理，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡麄€(gè)工作頻寬范圍內(nèi)所有允許的輸入功率位準(zhǔn)下,，增益和相位偏移量一般都是固定的。相反地,，主動(dòng)元件就需要格外謹(jǐn)慎，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂蟹蔷€性的工作區(qū)域，對(duì)輸入功率相當(dāng)敏感,，可能會(huì)在不同的位準(zhǔn)產(chǎn)生不同的結(jié)果。如此一來,，可能就需要在測(cè)試系統(tǒng)中加入放大器或衰減器，以精確地控制功率位準(zhǔn),，而且也許還要加入耦合器，將輸入到DUT 的功率位準(zhǔn)分一些出來并確認(rèn)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(gè)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(xiàng)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(hào)源或量測(cè)信號(hào)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(huì)變得更加昂貴,。秘訣：使用精確度高的纜線和配件，且要使用向量式網(wǎng)路分析儀（VNA）充分量測(cè)纜線和配件的實(shí)際阻抗,，特別是如果DUT 是主動(dòng)元件的話。

　　將VSWR 降到最低

　　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(xiàng)誤差減到最小,，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(cè)試需要同時(shí)量測(cè)高位準(zhǔn)和低位準(zhǔn)的信號(hào)，則切換矩陣的隔離度規(guī)格將會(huì)影響量測(cè)的正確性,。秘訣：如果通過DUT 的路徑有很多條，可以使用信號(hào)產(chǎn)生器和頻譜分析儀,，盡可能地量測(cè)出隔離度的特性,。如果無法做到這一點(diǎn),，則系統(tǒng)在配置和設(shè)定時(shí)，應(yīng)該將高位準(zhǔn)和低位準(zhǔn)的信號(hào)繞接到不相鄰的路徑上,，或繞經(jīng)不同的切換器,。

　　機(jī)構(gòu)屬性

　　另外一組需要考量的細(xì)節(jié)是信號(hào)和電源（交流電或直流電）接頭的數(shù)量和類型，這會(huì)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,，一次就可以接好系統(tǒng)到DUT 的所有連接,，這樣一來,，就可以將等待信號(hào)穩(wěn)定所需的延遲時(shí)間縮到最短,，并且將功率位準(zhǔn)突然改變而損壞切換矩陣或DUT 的機(jī)率降到最低,。

　　秘訣三：瞭解、量測(cè)及修正RF 信號(hào)路徑的特性

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

　　被動(dòng)路徑的處理方式

　　元件在整個(gè)頻寬范圍內(nèi)所有允許的輸入功率位準(zhǔn)下,，都有固定的增益和相位偏移量。然而,，沿著被動(dòng)路徑所接出去的每一條接線上可能會(huì)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(jiǎn)單的被動(dòng)元素也會(huì)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(jiǎn)單的代數(shù)法相加得出,。秘訣：使用VNA 來量測(cè)整個(gè)相連的路徑或分析每一項(xiàng)元素的S 參數(shù)特性,，并使用向量學(xué)來模擬整個(gè)路徑的總損耗和相位偏移量。這些數(shù)值可以儲(chǔ)存在系統(tǒng)的PC 中,，并且視需要予以套用,，以修正量測(cè)結(jié)果，或者供網(wǎng)路分析儀使用,，例如用來即時(shí)地調(diào)整濾波器和其他變動(dòng)的DUT,。

　　修正主動(dòng)的路徑

　　主動(dòng)元件的效能會(huì)隨著輸入功率的改變而不同，若要提高量測(cè)的準(zhǔn)確度,，其做法會(huì)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(gè)主動(dòng)元件（如放大器）在校準(zhǔn)和量測(cè)作業(yè)期間,，是在遠(yuǎn)低于其1 dB 壓縮點(diǎn)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(zhǔn)下進(jìn)行準(zhǔn)確的修正。

　　秘訣：如果主動(dòng)元件是在其非線性的響應(yīng)區(qū)內(nèi)工作,，則校準(zhǔn)時(shí)也必須使用量測(cè)用的功率位準(zhǔn),，以確保能夠做準(zhǔn)確的修正。如果需要在非線性模式下,，于多個(gè)功率位準(zhǔn)進(jìn)行量測(cè),，那么也必須在每一個(gè)位準(zhǔn)下分別進(jìn)行校準(zhǔn)，并儲(chǔ)存起來供日后使用,。

　　秘訣：在DUT 的頻率范圍內(nèi),，檢查主動(dòng)元件的頻率響應(yīng)。同樣地,，您應(yīng)該在特定的功率位準(zhǔn)下量測(cè)整個(gè)路徑,，或是分析每一個(gè)介面的S 參數(shù)特性，并使用向量學(xué),，產(chǎn)生一個(gè)可以在事后套用或即時(shí)套用的模型,。

　　秘訣：為了簡(jiǎn)化量測(cè)和修正RF 信號(hào)路徑特性的作業(yè),，有些系統(tǒng)開發(fā)人員會(huì)盡可能少用主動(dòng)元件，這樣做可以減少校準(zhǔn)的工夫,，以及在非線性模式工作時(shí),，因功率位準(zhǔn)改變而造成誤差的機(jī)會(huì)。