Một bộ khuếch đại công suất (PA) cho trạm gốc 5G hay cho đầu cuối vệ tinh không chỉ cần độ lợi và hệ số phản xạ đẹp. Thứ quyết định nó có qua được bài kiểm tra hệ thống hay không là chất lượng tín hiệu điều chế ở đầu ra: EVM, công suất kênh lân cận ACP, tỉ số công suất nhiễu NPR. Theo cách làm truyền thống, kỹ sư phải ghép máy phân tích mạng, máy phân tích tín hiệu và một ma trận chuyển mạch, rồi tự trừ suy hao của từng đoạn cáp. Bài viết này giải thích cách đo EVM bộ khuếch đại công suất trên máy phân tích mạng ENA-X Keysight E5081A, dựa trên data sheet ENA-X (3123-1369, bản 07/2026).
Máy phân tích mạng ENA-X Keysight E5081A là gì?
Máy phân tích mạng vector Keysight E5081A (tên dòng ENA-X) là máy phân tích mạng tầm trung 10 MHz – 44 GHz, có 2 hoặc 4 cổng, 2 nguồn tích hợp và màn hình cảm ứng 12,1 inch. E5081A cùng họ ENA với máy phân tích mạng ENA E5080B. Điểm khác biệt nằm ở ba thứ: phần mềm phân tích méo điều chế, bộ thu tạp âm thấp tuỳ chọn và cổng truy cập trực tiếp vào bộ thu ở mặt trước.
Theo data sheet, ENA-X gộp các phép đo mà trước đây cần máy phân tích mạng, máy phân tích tín hiệu và ma trận chuyển mạch vào một máy: tín hiệu điều chế ở đầu vào và đầu ra DUT được phân tích ngay trên máy phân tích mạng, chỉ với một lần kết nối. Nếu chỉ cần đo tham số S thông thường, xem thêm bài so sánh cấu hình ENA E5080B.
Vì sao đo EVM bộ khuếch đại công suất trên máy phân tích mạng lại khó?
EVM là độ lệch giữa điểm chòm sao thu được và điểm lý tưởng, tính theo phần trăm. Với trạm gốc 5G NR FR1 (BS type 1-C/1-H), 3GPP TS 38.104 (bảng 6.5.2.2-1) yêu cầu EVM không quá 8 % với 64QAM và 3,5 % với 256QAM. PA chỉ được “ăn” một phần nhỏ của ngân sách này, nên sai số của chính hệ đo phải rất thấp.
Cấu hình truyền thống gặp ba vấn đề. Thứ nhất, máy phân tích tín hiệu đo ở cuối một chuỗi cáp, bộ ghép và bộ suy hao; sai lệch phối hợp trở kháng giữa nguồn và DUT không được sửa, nên phần EVM đo được lẫn cả lỗi của hệ đo. Thứ hai, mỗi lần chuyển từ đo tham số S sang đo EVM là một lần đổi kết nối hoặc đổi trạng thái ma trận chuyển mạch. Thứ ba, hai máy dùng hai bộ hiệu chuẩn khác nhau, khó so sánh độ lợi tuyến tính và độ lợi khi có điều chế trên cùng một mặt phẳng tham chiếu.
ENA-X xử lý bằng cách đưa phép đo điều chế vào chính máy phân tích mạng, dùng chung hiệu chuẩn vector. Data sheet liệt kê các đại lượng đo được: EVM có cân bằng (chỉ phần méo phi tuyến của DUT) và EVM không cân bằng (gồm cả méo tuyến tính do tán sắc tần số), ACP biên trên và biên dưới của tín hiệu vào, ra và phần đóng góp của DUT, NPR, cùng công suất băng tần và độ lợi công suất băng tần (biên độ và pha).
ENA-X cần gì để đo méo điều chế?
Phép đo méo điều chế không có sẵn trên mọi cấu hình. Cần đủ ba điều kiện:
- Option phần cứng có hậu tố 6 hoặc 7: 2K6/4K6 cho dải 100 MHz – 19,97 GHz, hoặc 2N6/2N7/4N6/4N7 cho dải 100 MHz – 43,97 GHz.
- Phần mềm S960704B (tới 20 GHz) hoặc S960707B (tới 44 GHz).
- Một máy phát tín hiệu vector ngoài làm nguồn điều chế. Data sheet nêu ví dụ máy phát tín hiệu vector MXG Keysight N5186A với option B9X cho băng thông phân tích 960 MHz, hoặc M9383A/B, VXG PXIe M9384B khi cần 2 GHz. Danh sách đầy đủ nằm trong hướng dẫn cấu hình 5992-3842.
Băng thông điều chế tối đa là 2 GHz (giá trị điển hình) và bị giới hạn bởi nguồn. Riêng option 2N7/4N7, băng thông chỉ còn 550 MHz trong đoạn 31,8 – 37 GHz. Trên 41 GHz, data sheet yêu cầu lắp bộ lọc thông dải hoặc thông cao bên ngoài để tránh sai số do rò LO từ cổng nguồn. Nếu phòng lab đã có máy phát vector đời mới, xem thêm máy phát tín hiệu vector M9484C VXG 54 GHz.
Nên chọn cấu hình E5081A nào?
E5081A có mười option tần số/cổng. Chữ K là bản 20 GHz với đầu nối 3,5 mm; chữ N là bản 44 GHz với đầu nối 2,4 mm; chữ số đầu là số cổng (2 hoặc 4). Bảng dưới tóm tắt cách đọc và những con số cần xem trước khi đặt hàng.
Vài gợi ý thực tế cho phòng lab và nhà máy tại Việt Nam:
- PA và bộ lọc cho băng tần 5G dưới 6 GHz: bản 20 GHz (2K6 hoặc 4K6) đã đủ để phủ sóng hài bậc ba của tín hiệu đến khoảng 6,5 GHz, chi phí đầu nối 3,5 mm và bộ hiệu chuẩn cũng thấp hơn.
- Linh kiện vệ tinh băng Ku/Ka và 5G FR2 tới 43,5 GHz: cần bản N (44 GHz). Ở dải cao, công suất ra cổng 1/2 giảm mạnh (spec 0 dBm ở 39 – 40 GHz, −19 dBm ở 42 – 44 GHz), nên với PA cần mức kích lớn hãy tính trước bộ khuếch đại đệm gắn vào vòng nguồn Src Out/Src In ở mặt trước.
- Bộ trộn tần và bộ đổi tần: chọn bản 4 cổng nếu cần đo song song hoặc đo bộ trộn có phối hợp; xem thêm bài đo bộ trộn tần trên VNA.
- LNA và chuỗi thu: thêm option bộ thu tạp âm thấp 0K1/0K2 hoặc 0N1/0N2 (cổng 1 và 2) để đo hệ số tạp âm trên cùng máy. Hệ số tạp âm của bộ thu là 11 dB (spec) ở 200 MHz – 2 GHz và 26 dB ở 40 – 44 GHz.
Lưu ý an toàn: mức hỏng đầu vào cổng thử là +27 dBm hoặc ±35 VDC. Khi thử PA có công suất ra lớn hơn, phải lắp bộ suy hao hoặc bộ ghép định hướng ngoài, rồi đưa tín hiệu đã giảm mức vào cổng truy cập trực tiếp bộ thu (Rcvr A/B/R1/R2 In) ở mặt trước; các cổng này cũng chỉ chịu tối đa +27 dBm.
Quy trình đo EVM bộ khuếch đại công suất trên ENA-X diễn ra thế nào?
Quy trình gồm năm bước như infographic ở trên. Trước hết chọn nguồn vector ngoài và nạp dạng sóng. Data sheet dùng dạng sóng 5G NR rút gọn để công bố kết quả mẫu: băng thông 100 MHz, 64QAM, khoảng cách sóng mang con 60 kHz, chu kỳ 32 µs, 2.979 tone. Kế đến là một lần hiệu chuẩn “Cal All” của ứng dụng tại mặt phẳng DUT. Sau đó máy đo EVM, ACP, NPR và công suất băng tần.
Ưu điểm lớn nhất là không phải tháo DUT. Cùng một lần cắm, máy chạy tiếp tham số S, nén độ lợi (S96086B), méo xuyên điều chế quét (S96087B), hệ số tạp âm (S96029B) và phân tích phổ (S96090xB). Thời gian chu kỳ điển hình với 401 điểm ở 4 – 6 GHz: khoảng 1,8 s cho phép đo nén 1 dB của bộ khuếch đại, khoảng 1,0 s cho IM3 quét và khoảng 8,8 s cho hệ số tạp âm (scalar noise cal, 200 lần trung bình). Mức công suất của nguồn điều chế có sai số điển hình ±0,4 dB (mức −10 dBm) ở 100 MHz – 15 GHz khi chưa hiệu chuẩn công suất người dùng; hiệu chuẩn công suất sẽ cải thiện con số này.
Để kết quả lặp lại được, hiệu chuẩn tham số S nên dùng mô-đun ECal đúng loại đầu nối, ví dụ ECal 50 GHz 2,4 mm N4693D cho bản 44 GHz. Nguyên lý và lưu ý thực hành có trong bài hiệu chuẩn ECal cho VNA. Khi cần đặc tính PA theo trở kháng tải, tham khảo thêm bài đo load-pull cho khuếch đại công suất.
ENA-X, PNA-X hay máy phân tích tín hiệu: khi nào dùng máy nào?
Không có một máy cho mọi việc. ENA-X hợp với linh kiện tới 44 GHz cần cả tham số S lẫn EVM/ACP trong một trạm, ở mức chi phí tầm trung. Khi cần tới 50 GHz, cấu hình kiểm tra phức tạp hơn hoặc nhiều nguồn hơn, máy phân tích mạng PNA-X N5245B là bước tiếp theo. Nếu bài toán chủ yếu là giải điều chế theo chuẩn, đo kiểm OTA hay phân tích tín hiệu thu thật từ thiết bị, máy phân tích tín hiệu và phần mềm 89600 VSA vẫn là công cụ chính; xem bài đo EVM 5G FR2 và kiểm thử OTA. Riêng phép đo tạp âm thuần tuý cho LNA, máy phân tích hệ số tạp âm N8975B là lựa chọn chuyên dụng.
Vì sao thị trường Việt Nam cần đo PA nhanh hơn?
Viettel chính thức cung cấp dịch vụ 5G thương mại từ 15/10/2024 và đạt 4 triệu thuê bao 5G sau khoảng hai tháng. Việc mở rộng mạng kéo theo nhu cầu đo EVM bộ khuếch đại công suất và kiểm tra linh kiện RF cho trạm gốc, bộ lặp, thiết bị CPE và module vô tuyến được lắp ráp trong nước. Với các nhà máy và phòng R&D đó, rút ngắn thời gian chuyển từ đo tham số S sang đo EVM, và giảm số máy cần hiệu chuẩn định kỳ, là chi phí tiết kiệm được thật. Xem tổng quan các dòng máy tại bài máy phân tích mạng vector Keysight.
Câu hỏi thường gặp
ENA-X E5081A có tự đo EVM được không, hay cần thêm thiết bị?
Cần thêm. Để đo EVM bộ khuếch đại công suất, phép đo méo điều chế yêu cầu option phần cứng có hậu tố 6 hoặc 7 (2K6, 4K6, 2N6, 2N7, 4N6, 4N7), phần mềm S960704B hoặc S960707B, và một máy phát tín hiệu vector ngoài làm nguồn điều chế, ví dụ N5186A MXG hoặc M9384B VXG.
Băng thông điều chế tối đa của ENA-X là bao nhiêu?
Giá trị điển hình là 2 GHz, nhưng bị giới hạn bởi nguồn tín hiệu. Với N5186A option B9X, băng thông là 960 MHz; với M9383A/B hoặc M9384B là 2 GHz. Option 2N7/4N7 chỉ đạt 550 MHz trong đoạn 31,8 đến 37 GHz.
E5081A khác E5080B ở điểm nào?
Cả hai cùng họ ENA, nhưng E5081A ENA-X bổ sung phân tích méo điều chế (EVM, ACP, NPR) với nguồn vector ngoài, bộ thu tạp âm thấp tuỳ chọn và test set cấu hình được qua các cổng truy cập trực tiếp bộ thu. E5080B phù hợp khi chỉ cần đo tham số S và các phép đo tuyến tính.
Có thể nối trực tiếp PA công suất lớn vào cổng E5081A không?
Không nên. Mức hỏng đầu vào cổng thử là +27 dBm hoặc ±35 VDC. Với PA có công suất ra cao hơn, hãy lắp bộ suy hao hoặc bộ ghép định hướng ngoài để mức vào cổng thử và cổng truy cập trực tiếp bộ thu (cũng giới hạn +27 dBm) luôn thấp hơn mức hỏng.
Cần cấu hình ENA-X để đo EVM bộ khuếch đại công suất, bộ lọc hay linh kiện vệ tinh? Techmaster là nhà phân phối ủy quyền Keysight tại Việt Nam, hỗ trợ chọn option, nguồn vector đi kèm, bộ hiệu chuẩn ECal và dịch vụ hiệu chuẩn sau bán hàng. Liên hệ Techmaster hoặc xem các giải pháp khác tại trang Keysight của Techmaster.
