Trên tờ thông số của một máy phân tích mạng vector cỡ nhỏ, dòng gây ấn tượng nhất luôn là dải động: 115 dB. Nhưng khi kỹ sư cắm máy lên bàn, quét một bộ lọc và nhìn vào vùng chặn, cái sàn hiện ra trên màn hình thường chỉ cách đỉnh truyền đạt 80–90 dB. Không có gì hỏng cả. Con số 115 dB được đo trong một điều kiện rất cụ thể, và phần lớn khoảng cách bị mất đi ở những chỗ người dùng tự chọn mà không để ý.
Bài này mổ xẻ con số đó theo đúng cách Keysight định nghĩa nó trong tờ thông số dòng Streamline, rồi chỉ ra bốn nơi dải động bốc hơi và cách lấy lại phần lấy được. Nếu bạn cần phần nền tảng về bản thân phép đo tham số S và vì sao phải hiệu chuẩn trước khi tin vào số liệu, hãy đọc trước bài Tham số S (S-parameters) là gì? Hiểu đúng và hiệu chuẩn VNA khi đo RFIC.
Dải động của VNA USB là một phép trừ, không phải một phép đo
Đây là điểm bị hiểu nhầm nhiều nhất. Tờ thông số dòng Streamline ghi rõ trong chú thích của bảng đặc tính: dải động hệ thống bằng công suất ra cực đại của nguồn trừ đi sàn nhiễu máy thu ở băng thông trung tần 10 Hz, và không bao gồm ảnh hưởng của xuyên âm. Nghĩa là 115 dB không phải kết quả của một phép đo dải động nào cả — nó là hiệu của hai đại lượng khác, mỗi đại lượng được đo riêng.
Kiểm chứng lại bằng chính số liệu trong bảng, ở 4 GHz máy có công suất ra cực đại +8 dBm và sàn nhiễu cổng đo −107 dBm. Hiệu số: 8 − (−107) = 115 dB. Ở 20 GHz với P9375B, công suất ra cực đại còn +7 dBm và sàn nhiễu là −103 dBm, cho 110 dB. Với nhóm P9370B–P9374B ở 20 GHz, công suất ra chỉ còn +4 dBm và sàn nhiễu −101 dBm, cho 105 dB. Ở 40 GHz, P9377B có +2 dBm và −100 dBm, cho 102 dB.
Hệ quả thực tế rất trực tiếp: dải động tụt khi lên tần số cao không phải vì máy thu tệ đi nhiều, mà chủ yếu vì nguồn yếu đi. Từ 4 GHz lên 40 GHz, sàn nhiễu của P9375B/P9377B chỉ xấu đi 7 dB, trong khi công suất ra rơi 6 dB. Cả hai cùng góp phần, nhưng đó là hai cơ chế vật lý khác nhau và bạn can thiệp được vào chúng theo hai cách khác nhau.
Băng thông trung tần: nơi dải động bốc hơi nhanh nhất
Điều kiện “băng thông trung tần 10 Hz” trong định nghĩa trên không phải chi tiết phụ. Sàn nhiễu của máy thu tỉ lệ với băng thông lọc trung tần, nên mỗi lần bạn mở rộng băng thông này gấp mười lần thì sàn nhiễu dâng lên khoảng 10 dB, và dải động khả dụng mất đúng chừng ấy.
Một phép quét đặt ở 10 kHz trung tần — mức rất thường gặp khi người dùng muốn màn hình cập nhật mượt — đã nằm cách điều kiện chuẩn ba bậc thập phân, tức khoảng 30 dB. Đó chính là phần lớn khoảng cách giữa “115 dB trên giấy” và “khoảng 85 dB trên màn hình”. Không có lỗi thiết bị nào ở đây, chỉ là hai điều kiện đo khác nhau.
Chiều ngược lại là thời gian. Tờ thông số ghi tốc độ đo 24 ms cho 201 điểm với hiệu chuẩn đầy đủ hai cổng ở băng thông trung tần 100 kHz. Hạ băng thông trung tần xuống để lấy dải động thì thời gian quét dài ra gần như tỉ lệ nghịch. Đây là đánh đổi trung tâm của mọi phép đo trên máy phân tích mạng vector: dải động và tốc độ là hai đầu của cùng một cần gạt, và cần gạt đó tên là băng thông trung tần.
Công suất nguồn không phải muốn tăng bao nhiêu cũng được
Nếu dải động là hiệu của công suất phát và sàn nhiễu, phản xạ đầu tiên là đẩy công suất phát lên kịch. Dải quét công suất của P9375B/P9377B là −60 đến +10 dBm ở 4 GHz và 20 GHz, hẹp lại còn −50 đến +5 dBm ở 40 GHz. Nhưng trần thật nằm ở phía máy thu.
Thông số nén máy thu tại cổng đo cho biết máy bắt đầu sai lệch 0,2 dB về biên độ và 5 độ về pha khi mức vào cổng đạt +8 dBm ở cả 4 GHz và 20 GHz với P9375B, và +2 dBm ở 40 GHz. Nhóm P9370B–P9374B chịu được +8 dBm ở 4 GHz nhưng chỉ +4 dBm ở 20 GHz. Nghĩa là nếu vật cần đo có khuếch đại, tổng công suất phát cộng độ lợi của nó có thể đẩy máy thu vào vùng nén trước khi bạn kịp hưởng lợi từ dải động — và sai số nén không hiện lên như nhiễu, nó hiện lên như một số đọc sai một cách yên lặng.
Với vật cần đo thụ động có suy hao lớn thì ngược lại: tăng công suất là cách rẻ nhất để lấy thêm dải động, vì đầu vào máy thu vẫn còn cách xa vùng nén. Quy tắc thực hành là xác định mức vào máy thu dự kiến trước, rồi mới chọn công suất phát.
Nhiễu vệt và độ ổn định nhiệt: hai thứ tờ thông số cố tình tách riêng
Dải động nói cho bạn biết đo được tới mức thấp nào. Nó không nói phép đo có lặp lại được không. Đó là việc của hai thông số khác.
Nhiễu vệt của P9375B/P9377B là 0,0018 dB rms và 0,024 độ rms ở 4 GHz, 0,0036 dB rms và 0,032 độ rms ở 20 GHz, 0,0072 dB rms và 0,048 độ rms ở 40 GHz — đo ở băng thông trung tần 10 kHz, tại công suất cực đại. Lưu ý điều kiện: nhiễu vệt được đặc trưng ở 10 kHz, còn dải động ở 10 Hz. Hai dòng trong cùng một bảng, hai điều kiện khác nhau. Đọc lướt rất dễ ghép nhầm.
Độ ổn định nhiệt điển hình của P9375B/P9377B là 0,005 dB/°C và 0,1 độ/°C ở 4 GHz, 0,01 dB/°C và 0,2 độ/°C ở 20 GHz, 0,03 dB/°C và 0,8 độ/°C ở 40 GHz. Với một máy nhỏ đặt cạnh bàn làm việc, chênh vài độ trong ca đo là chuyện bình thường, và ở 40 GHz vài độ đó đã đủ dịch pha vượt xa nhiễu vệt. Đây là lý do tờ thông số nhấn mạnh mọi số liệu chỉ có hiệu lực sau 60 phút khởi động và trong dải 25 °C ± 5 °C, với máy còn trong chu kỳ hiệu chuẩn.
Cây quyết định: cấu hình theo phép đo, không theo thói quen
Bốn tình huống hay gặp và cách đặt máy tương ứng:
- Đo vùng chặn của bộ lọc, suy hao lớn. Đây là bài toán dải động thật. Hạ băng thông trung tần xuống mức thấp nhất chấp nhận được về thời gian, đẩy công suất phát lên gần cực đại vì vật đo thụ động, bật lấy trung bình nếu vẫn còn thiếu. Kiểm tra xem sàn hiện ra có phẳng theo tần số không — nếu nó dựng lên ở một dải hẹp thì đó là xuyên âm chứ không phải sàn nhiễu, và định nghĩa dải động trong tờ thông số đã nói rõ là không bao gồm xuyên âm.
- Đo phản xạ, tìm phối hợp trở kháng. Dải động gần như không phải giới hạn ở đây. Cái chặn bạn lại là độ định hướng sau hiệu chuẩn. Đầu tư vào bộ hiệu chuẩn và quy trình hiệu chuẩn có giá trị hơn nhiều so với việc siết băng thông trung tần.
- Đo linh kiện có khuếch đại. Tính ngược từ mức vào máy thu: lấy ngưỡng nén ở tần số làm việc, trừ độ lợi của vật đo, ra công suất phát tối đa an toàn. Thêm biên dự phòng vài dB.
- Đo lặp trên dây chuyền. Ưu tiên thời gian chu kỳ. Mở băng thông trung tần, chấp nhận sàn nhiễu cao, nhưng phải xác nhận rằng ngưỡng chấp nhận của sản phẩm còn cách sàn ít nhất 10 dB — nếu không, phép thử đang đo nhiễu của chính nó.
Chọn máy phân tích mạng vector USB trong danh mục Techmaster
Ba cấu hình đang có sẵn, khác nhau ở trần tần số và giao diện:
- Keysight P9375B — 100 kHz đến 26,5 GHz, 2 cổng, đầu nối 3,5 mm. Đây là model nằm trong nhóm có công suất ra và sàn nhiễu tốt hơn ở dải trên: +7 dBm và −103 dBm tại 20 GHz, cho 110 dB dải động hệ thống.
- Keysight P5004B — 9 kHz đến 20 GHz, 2 cổng, công suất ra cực đại +10 dBm, kết nối Thunderbolt 3. Dải tần dưới xuống tới 9 kHz là điểm khác biệt đáng kể nếu bạn phải đo linh kiện ở tần số thấp.
- Keysight P9374A — 300 kHz đến 20 GHz, 2 cổng, phương án gọn cho phòng thí nghiệm và đào tạo khi trần 20 GHz là đủ.
Cả dòng Streamline dùng chung nền tảng phần mềm và cùng khoa học đo với PNA, ENA và VNA dạng PXI của Keysight, nên chương trình điều khiển từ xa và quy trình hiệu chuẩn chuyển được giữa các cấp máy mà không phải viết lại. Với cấu hình cần nhiều hơn hai cổng, dòng này cho phép ghép tối đa hai máy thành một hệ đo nhiều cổng thông qua phần mềm bản quyền tương ứng.
Kết luận
Con số dải động trên tờ thông số là một hiệu số đo ở băng thông trung tần 10 Hz, sau 60 phút khởi động, trong dải nhiệt độ hẹp và với máy còn hạn hiệu chuẩn. Bốn điều kiện đó, chứ không phải bản thân con số, mới là thứ quyết định bạn đo được gì trên bàn. Khi thiết lập phép đo, hãy đi ngược: xác định mức thấp nhất cần nhìn thấy, cộng biên dự phòng 10 dB, rồi mới chọn băng thông trung tần và công suất phát để đạt được nó.
Điều kiện cuối cùng — máy còn trong chu kỳ hiệu chuẩn — là điều kiện duy nhất bạn không tự xử lý được trên bàn. Techmaster Electronics vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 và là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam. Để được tư vấn cấu hình đo hoặc lên lịch hiệu chuẩn máy phân tích mạng vector, liên hệ hotline 0908 173 345.
