Đo công suất RF là phép đo nền của mọi hệ thống vô tuyến: nó xác nhận máy phát ra đúng mức, xác nhận khối khuếch đại đạt độ lợi thiết kế, và là con số cuối cùng được ghi vào biên bản xuất xưởng. Nhưng khác với phép đo điện áp, độ chính xác ở đây không nằm hết trong máy đo — nó chia đôi giữa máy và đầu cảm biến.
Keysight N1913A là máy đo công suất trung bình một kênh thuộc dòng EPM. Bài viết đi qua sáu tình huống đo thực tế, và trong mỗi tình huống chỉ rõ thông số nào của máy đang làm việc.
Nền tảng dùng chung cho cả sáu bài đo
Theo tài liệu công bố của Keysight, N1913A là máy một kênh đo công suất trung bình, tốc độ tới 400 số đọc/giây, dải động −70 đến +44 dBm và dải tần DC đến 120 GHz — hai dải sau phụ thuộc vào cảm biến được chọn. Máy dùng màn hình LCD màu, giao tiếp LAN (LXI-C), USB và GPIB.
Điểm cần nắm ngay: dải tần và dải động là thuộc tính của cảm biến, không phải của máy. N1913A tương thích với cảm biến dòng N8480 và 8480, cảm biến E-Series (trừ họ E9320), cùng cảm biến USB U2000/U8480 và U2050 X-Series. Chọn sai cảm biến là nguyên nhân phổ biến nhất khiến một hệ đo công suất không đạt yêu cầu, chứ không phải chọn sai máy.
1. Đo công suất đầu ra của khối khuếch đại và máy phát
Đây là bài đo cơ bản nhất. Cảm biến nối vào đầu ra của thiết bị cần đo qua bộ suy hao thích hợp, máy hiển thị mức công suất trung bình theo dBm hoặc watt.
Chi tiết quyết định độ đúng là hệ số hiệu chỉnh theo tần số. Đáp ứng của mọi cảm biến không phẳng tuyệt đối trên toàn dải, nên phải khai báo tần số làm việc để máy áp đúng hệ số. Bỏ qua bước này là lỗi thường gặp nhất, và nó tạo ra sai lệch có hệ thống — kiểu sai số không lộ ra khi đo lặp lại, vì lần nào cũng sai giống nhau.
2. Hiệu chuẩn cảm biến bằng nguồn chuẩn 50 MHz
Trước mỗi phiên đo có yêu cầu về độ tin cậy, cảm biến cần được chuẩn hoá về một mức tham chiếu đã biết. N1913A có sẵn ngõ ra chuẩn 50 MHz ngay trên mặt máy phục vụ đúng việc này: nối cảm biến vào cổng REF, chạy thao tác Cal, và máy thiết lập lại điểm chuẩn cho cặp máy–cảm biến đang dùng.
Đây là mắt xích tạo nên tính truy xuất nguồn gốc của phép đo. Với phòng lab vận hành theo ISO/IEC 17025, thao tác này cùng giấy chứng nhận hiệu chuẩn của cảm biến là hai thứ được kiểm tra đầu tiên khi soát hồ sơ.
3. Kiểm tra tuyến truyền dẫn và suy hao trên đường tín hiệu
Khi cần biết một sợi cáp, một bộ chia hay một bộ lọc gây suy hao bao nhiêu, cách làm trực tiếp là đo công suất tại hai điểm và lấy hiệu. Vì kết quả tính bằng dBm, phép trừ cho ra ngay giá trị suy hao theo dB.
Dải động −70 đến +44 dBm cho phép cùng một hệ thống xử lý cả hai đầu bài toán: mức cao ở đầu ra máy phát và mức rất thấp sau chuỗi suy hao. Chức năng bù offset trên máy giúp khai báo sẵn giá trị của bộ suy hao ngoài, để số hiển thị là công suất thật tại điểm quan tâm chứ không phải mức tại đầu cảm biến.
4. Tích hợp vào hệ kiểm tra tự động
Trong hệ ATE, máy đo công suất là một nút nhận lệnh. N1913A hỗ trợ đồng thời LAN theo chuẩn LXI-C, USB và GPIB, nên ghép được vào cả hệ mới lẫn hệ đã vận hành nhiều năm.
Điểm đáng giá nhất cho nhóm này nằm ở khả năng tương thích mã lệnh: N1913A tương thích lệnh với E4418B/E4419B, và với tuỳ chọn 200 thì tương thích cả với 436A, 437B và 438A. Hệ quả rất cụ thể — một trạm kiểm tra đang chạy máy đời cũ có thể thay máy mới mà không phải viết lại chương trình điều khiển. Với dây chuyền đã ổn định, chi phí sửa và thẩm định lại phần mềm thường lớn hơn chi phí mua thiết bị, nên đặc tính này quyết định tổng chi phí nhiều hơn bất kỳ thông số kỹ thuật nào.
5. Đo trong sản xuất với yêu cầu nhịp cao
Ở dây chuyền, thời gian mỗi phép đo nhân với sản lượng thành ra thời gian chiếm dụng thiết bị. Tốc độ 400 số đọc/giây khiến phép đo công suất không còn là điểm nghẽn của nhịp kiểm tra.
Cần lưu ý một đánh đổi vật lý: đo nhanh và đo chính xác ngược chiều nhau. Máy giảm nhiễu bằng cách lấy trung bình nhiều mẫu, nên số lần lấy trung bình càng lớn thì kết quả càng ổn định nhưng càng chậm. Cách làm đúng trong sản xuất là đặt số lần lấy trung bình vừa đủ để độ lặp lại nằm trong dung sai của tiêu chí xuất xưởng — không hơn.
6. Mở rộng dải tần bằng lựa chọn cảm biến
Vì dải tần thuộc về cảm biến, cùng một chiếc N1913A có thể phục vụ một phòng lab làm việc ở vài trăm MHz hôm nay và một dự án sóng milimet vài năm sau. Dải tần khả dụng trải từ DC đến 120 GHz tuỳ cảm biến được lắp.
Với các dự án cần đo cả công suất trung bình lẫn dạng công suất theo thời gian, cần lưu ý N1913A là máy đo công suất trung bình, và họ cảm biến E9320 nằm ngoài danh sách tương thích. Nếu bài toán là đo công suất đỉnh theo xung, đó là một lớp thiết bị khác — nên xác nhận yêu cầu này ngay từ khâu lập cấu hình.
Chốt lại theo từng nhóm
Nếu công việc là đo công suất trung bình trong R&D, hãy đầu tư sự chú ý vào việc chọn cảm biến và khai báo hệ số theo tần số. Nếu là sản xuất, hai thứ đáng tiền nhất là tốc độ 400 số đọc/giây và khả năng tương thích mã lệnh khi thay máy đời cũ. Nếu là hiệu chuẩn, ngõ ra chuẩn 50 MHz cùng hồ sơ hiệu chuẩn của cảm biến là trọng tâm.
Để xem góc nhìn theo ngành, tham khảo N1913A trong các ngành sản xuất và viễn thông, hoặc xem toàn bộ máy đo công suất RF Keysight đang được phân phối.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight Technologies tại Việt Nam. Để nhận tư vấn chọn đúng cặp máy–cảm biến và báo giá N1913A, vui lòng liên hệ hotline 0908 173 345. Thiết bị được bảo hành chính hãng và hỗ trợ hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025 tại Việt Nam.
Trước khi lắp một bộ suy hao vào đường đo, hãy biết chắc công suất thật đang đi qua nó: bộ suy hao bước Keysight chỉ chịu 1 W trung bình, còn con số 100 W trong datasheet là công suất đỉnh. Chi tiết ở bài chọn bộ suy hao RF.
