Trong một phòng hiệu chuẩn RF, cảm biến công suất nhiệt điện hay diode là công cụ làm việc hằng ngày, nhưng chúng cần được hiệu chuẩn bởi một chuẩn cao hơn. Mắt xích đó thường là máy đo công suất điện trở nhiệt: một thiết bị đo công suất RF thông qua công suất DC, thứ có thể đo với độ bất định rất nhỏ và truy xuất về chuẩn quốc gia. Keysight N432A là máy đo loại này mà Keysight đang bán, kế nhiệm máy analog 432A đã có mặt trong các phòng đo lường hơn 40 năm. Bài viết giải thích nguyên lý thay thế DC, đọc đúng thông số của N432A, cách chọn cảm biến 478A hay 8478B và những giới hạn cần biết trước khi đưa máy vào quy trình hiệu chuẩn.
Máy đo công suất điện trở nhiệt Keysight N432A là gì?
Keysight N432A là máy đo công suất RF trung bình, một kênh, tự cân bằng, dùng với cảm biến điện trở nhiệt (thermistor) có bù nhiệt độ. Theo data sheet N432A (5990-5740EN, 01/2026), máy đo từ 100 kHz tới 18 GHz và từ −30 tới +10 dBm (1 µW tới 10 mW); cả hai dải này phụ thuộc cảm biến đi kèm. Keysight mô tả đây là máy đo công suất duy nhất của hãng hỗ trợ cảm biến điện trở nhiệt, với các cải tiến dành riêng cho phòng đo lường và hiệu chuẩn.
So với 432A analog, N432A có màn hình LCD màu, bộ chuyển đổi ADC 6,5 chữ số tích hợp, bảng hệ số hiệu chuẩn (cal factor) lưu theo tần số, điện trở cầu chọn được 100/200/300/400 Ω, và giao tiếp GPIB, USB, LAN chuẩn LXI Class C với lệnh SCPI. Máy hiển thị không chỉ công suất mà cả các điện áp cầu VRF, VCOMP, V0, V1, điều mà người làm chuẩn cần để kiểm tra lại phép tính.
Nguyên lý thay thế DC hoạt động như thế nào?
Điện trở nhiệt là một hạt oxit kim loại nhỏ có hệ số nhiệt điện trở âm: nóng lên thì điện trở giảm. Theo application note AN 1449-2 của Keysight, máy đo giữ điện trở nhiệt ở một giá trị không đổi bằng dòng phân cực DC. Khi công suất RF đổ vào và làm nóng phần tử, cầu đo tự rút bớt đúng bấy nhiêu công suất DC để giữ điện trở cũ. Lượng công suất DC bị rút đi chính là công suất RF cần đo. Vì vậy phương pháp này gọi là thay thế DC (DC substitution).
Cảm biến 478A và 8478B chứa bốn điện trở nhiệt khớp cặp trên cùng một khối dẫn nhiệt. Hai phần tử đo RF, mỗi cái 100 Ω, mắc nối tiếp với mạch DC (200 Ω) nhưng song song với tín hiệu RF (50 Ω). Hai phần tử còn lại nằm trong khoang kín, không nhận RF, chỉ phản ứng với nhiệt độ môi trường và được một cầu thứ hai (cầu bù) giữ ở 200 Ω. Với máy 432A mà AN 1449-2 dùng làm ví dụ, thao tác zero đặt VCOMP = VRF0 (VRF khi chưa có RF), và công suất được tính theo:
PRF = (VCOMP² − VRF²) / 4R
Khi nhiệt độ phòng thay đổi, cả hai cầu cùng điều chỉnh điện áp nên công suất hiển thị không đổi. N432A đọc VRF và VCOMP bằng ADC tích hợp và dùng hai giá trị này để tính công suất theo cùng nguyên lý cầu kép. AN 1449-2 viết rằng nhờ khả năng thay thế công suất DC, điện trở nhiệt vẫn là cảm biến được chọn cho chuẩn truyền công suất RF, dù cảm biến nhiệt điện và diode đã chiếm phần lớn ứng dụng đo hằng ngày.
Vì sao phòng hiệu chuẩn tại Việt Nam cần chuẩn truyền công suất RF?
Theo Văn phòng Công nhận Chất lượng (BoA), chương trình VILAS đã công nhận và duy trì công nhận cho hơn 1.100 phòng thử nghiệm và phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025, trong đó có Viện Đo lường Việt Nam và các trung tâm Quatest. Khi một phòng hiệu chuẩn muốn mở rộng phạm vi sang công suất RF, đánh giá viên sẽ hỏi: hệ số hiệu chuẩn của cảm biến công suất được truy xuất về đâu, bằng thiết bị nào, với độ bất định bao nhiêu.
Chuỗi truy xuất điển hình đi từ vi nhiệt lượng kế (microcalorimeter) ở viện đo lường quốc gia, qua một cảm biến điện trở nhiệt làm chuẩn truyền, tới phòng hiệu chuẩn, rồi tới cảm biến dùng trong R&D và sản xuất. AN 1449-2 giải thích phương pháp thay thế DC được các phòng chuẩn trên thế giới chấp nhận chính vì nó giúp mỗi tổ chức không phải tự xây và vận hành vi nhiệt lượng kế. Cảm biến điện trở nhiệt gọn, dễ mang đi, hệ số hiệu chuẩn ổn định theo thời gian, nên cũng được dùng trong các vòng so sánh liên phòng do một phòng chủ trì điều phối. N432A là máy đọc chuẩn truyền đó; data sheet ghi phép đo thay thế DC của máy truy xuất được về NIST (Hoa Kỳ).
Với các nhà máy điện tử, viễn thông đang tự hiệu chuẩn nội bộ những cảm biến công suất RF dùng trên dây chuyền, N432A cùng một cảm biến 478A-H76 (kèm hiệu chuẩn chuẩn phòng thí nghiệm tại 50 MHz), hoặc 478A-H75 đã được hiệu chuẩn, là cách đưa phép kiểm tra 1 mW, 50 MHz về một chuẩn có nguồn gốc rõ ràng.
Cần đọc đúng thông số Keysight N432A như thế nào?
- Độ chính xác công suất ±(0,1 % số đọc + 0,5 µW), sau 30 phút khởi động, zero và hiệu chuẩn. Data sheet nhấn mạnh mức này rất phù hợp cho hiệu chuẩn truyền 1 mW với cảm biến 478A-H75/H76, và sai số do hiệu ứng nhiệt điện được giảm tới mức không đáng kể.
- ADC 6,5 chữ số tích hợp, nên không cần DMM ngoài để đọc điện áp cầu. Độ chính xác điện áp 1 năm là ±(0,0035 % + 50 µV) cho VRF, VCOMP và ±(0,0040 % + 25 µV) cho V0, V1; đây là đặc tính bổ sung (in nghiêng trong data sheet), không phải thông số bảo đảm. Mặt sau vẫn có ngõ ra BNC VRF và VCOMP để nối DMM ngoài khi phòng muốn đo chính xác hơn.
- Nguồn tham chiếu 1 mW (0 dBm), 50 MHz, đầu nối N (cái) mặt trước, độ chính xác ±0,4 % ở 25 ±10 °C và ±1,2 % ở 0–45 °C trong 2 năm. Data sheet ghi rõ nguồn này dùng để kiểm tra chức năng máy đo và cảm biến.
- Chức năng đo: bảng hệ số hiệu chuẩn 1,00–150,00 % bước 0,01 %, nội suy theo tần số nhập; offset ±100 dB; lấy trung bình 4–128 lần; tính công suất đỉnh theo chu kỳ nhiệm vụ; lưu 10 trạng thái máy; giới hạn cao/thấp.
- Cơ khí và môi trường: 212,6 × 88,5 × 348,3 mm, 3,6 kg; nguồn 100–240 VAC, 70 VA; làm việc 0–45 °C; chu kỳ hiệu chuẩn khuyến nghị 2 năm. Có tùy chọn N432A-1A7 (dữ liệu hiệu chuẩn tuân thủ ISO 17025) và N432A-A6J (ANSI/NCSL Z540).
Một điểm hay bị hiểu sai: ±(0,1 % + 0,5 µW) là độ chính xác của máy đo. Độ bất định của cả phép đo còn gồm hệ số hiệu chuẩn của cảm biến và sai số do lệch phối hợp trở kháng, thường là các thành phần lớn hơn. Cách cộng các thành phần này được trình bày trong bài bất định đo công suất RF: mismatch và hệ số hiệu chuẩn.
Nên chọn cảm biến 478A hay 8478B cho N432A?
Data sheet liệt kê hai cảm biến điện trở nhiệt Keysight tương thích với N432A là 478A và 8478B, và dải tần do cảm biến quyết định:
- 478A: 10 MHz tới 10 GHz, điện trở làm việc 200 Ω. Tùy chọn H63 mở rộng xuống 100 kHz nhưng chỉ tới 1 GHz.
- 478A-H75 / H76: 1 MHz tới 1 GHz, SWR tối đa 1,05 tại 50 MHz; đây là cấu hình data sheet khuyên dùng cho hiệu chuẩn truyền 1 mW. H76 kèm hiệu chuẩn chuẩn phòng thí nghiệm tại 50 MHz.
- 8478B: 10 MHz tới 18 GHz, 200 Ω; tùy chọn H01 có SWR tối đa 1,05 tại 50 MHz. Đây là lựa chọn khi phạm vi hiệu chuẩn lên tới vi ba.
Nói cách khác, không có một cảm biến nào phủ trọn 100 kHz–18 GHz: tần số thấp cần 478A-H63, còn 18 GHz cần 8478B. Cáp nối cảm biến dài 1,5 m (N4998A) đi kèm máy; có bản 3 m (N4998B) và 6,1 m (N4998C) khi cảm biến phải đặt xa máy.
Khi nào không nên dùng máy đo điện trở nhiệt?
Điện trở nhiệt đổi độ nhạy và dải động lấy khả năng thay thế DC. AN 1449-2 ghi nhận cảm biến nhiệt điện và diode nhạy hơn, dải động rộng hơn, chịu công suất cao hơn và bền hơn. Nếu công việc là đo công suất dưới −30 dBm hoặc trên +10 dBm, hay cần đo công suất đỉnh và đường bao xung thay vì chỉ công suất trung bình, hãy dùng cảm biến công suất nhiệt điện N8480 hoặc U8480, cảm biến công suất đỉnh N1921A/N1922A với máy đo công suất N1913A. N432A là thiết bị của phòng chuẩn, không phải máy đo đa năng cho bàn thử sản phẩm.
Ngược lại, nếu phòng đang vận hành máy 432A analog và đo điện áp cầu bằng DMM ngoài để đạt độ chính xác cao, N432A rút gọn quy trình đó vào một máy có ADC sẵn, lưu được bảng hệ số hiệu chuẩn và điều khiển từ xa được để tự động hóa. Phòng hiệu chuẩn máy đo công suất cũng thường cần thêm bộ hiệu chuẩn dải đo Keysight 11683A để kiểm tra dải của máy đo.
Câu hỏi thường gặp
Máy đo công suất điện trở nhiệt khác máy đo công suất thông thường thế nào?
Máy đo công suất điện trở nhiệt như Keysight N432A đo công suất RF bằng cách thay thế DC: cầu đo rút bớt công suất DC đúng bằng công suất RF làm nóng điện trở nhiệt, nên kết quả truy xuất được về chuẩn. Máy đo thông thường dùng cảm biến nhiệt điện hoặc diode, nhạy hơn và dải động rộng hơn nhưng không có khả năng thay thế DC.
Keysight N432A đo được dải tần và công suất nào?
N432A đo từ 100 kHz tới 18 GHz và từ −30 tới +10 dBm, tùy cảm biến. Cảm biến 478A đo 10 MHz tới 10 GHz (tùy chọn H63 xuống 100 kHz, tới 1 GHz); cảm biến 8478B đo 10 MHz tới 18 GHz.
Độ chính xác ±(0,1 % + 0,5 µW) của N432A có phải độ bất định của phép đo?
Không. Đó là độ chính xác của máy đo. Độ bất định của cả phép đo còn gồm hệ số hiệu chuẩn của cảm biến và sai số do lệch phối hợp trở kháng giữa nguồn và cảm biến, thường là các thành phần lớn hơn.
N432A có thay thế được máy 432A analog đang dùng không?
Có. Keysight giới thiệu N432A là bản thay thế cho 432A, dùng cùng cảm biến 478A và 8478B, có ADC 6,5 chữ số tích hợp, bảng hệ số hiệu chuẩn và giao tiếp GPIB, USB, LAN. Ngõ ra VRF và VCOMP ở mặt sau vẫn cho phép đo bằng DMM ngoài như quy trình cũ.
Liên hệ Techmaster
Techmaster Electronics là nhà phân phối ủy quyền Keysight tại Việt Nam. Nếu phòng của bạn đang lập kế hoạch mở rộng phạm vi hiệu chuẩn sang công suất RF hoặc cần thay máy 432A, hãy gửi dải tần, mức công suất và yêu cầu truy xuất để chúng tôi tư vấn cấu hình N432A và cảm biến phù hợp. Liên hệ Techmaster hoặc xem thêm các giải pháp tại trang Keysight của Techmaster.
