Khi chọn máy phát tín hiệu RF, ba tham số gần như luôn xuất hiện trong bảng so sánh: nhiễu pha, mức sóng hài và tốc độ chuyển tần. Điều ít được nói ra là ba con số này kéo nhau. Một kiến trúc tối ưu cho độ sạch phổ hiếm khi là kiến trúc chuyển tần nhanh nhất, và một máy có băng thông điều chế rộng thường phải trả giá ở chỗ khác. Bài này đọc ba tham số đó theo đúng điều kiện đo của chúng, rồi đối chiếu ba model Keysight thuộc ba kiến trúc khác nhau.
Ba tham số quyết định khi chọn máy phát tín hiệu RF
Máy phát tín hiệu là một bộ tổng hợp tần số kèm mạch điều chế và mạch điều khiển mức. Ba tham số nói trên phản ánh ba bộ phận khác nhau bên trong.
Nhiễu pha phần lớn đến từ vòng khoá pha và dao động tham chiếu. Muốn nhiễu pha gần sóng mang thấp, vòng khoá phải có băng thông hẹp và dao động phải có hệ số phẩm chất cao — cả hai đều làm vòng khoá chậm khi bám tới tần số mới. Tốc độ chuyển tần lại đòi vòng khoá băng thông rộng để bắt nhanh. Đây là mâu thuẫn vật lý, không phải vấn đề kỹ thuật chế tạo, và mọi kiến trúc đều phải chọn một điểm cân bằng hoặc dùng nhiều vòng khoá kết hợp.
Sóng hài lại thuộc về tầng ra: bộ nhân tần, bộ khuếch đại công suất và bộ lọc đầu ra. Ép mức sóng hài xuống thấp cần thêm bộ lọc chuyển mạch theo dải, mà mỗi lần chuyển bộ lọc lại là thêm một khoảng thời gian nữa vào chuyển tần.
Nhiễu pha: con số chỉ có nghĩa kèm điều kiện
Nhiễu pha không bao giờ là một con số đơn lẻ. Nó là một đường cong theo khoảng cách tới sóng mang, và giá trị còn phụ thuộc tần số sóng mang. Một con số chỉ đọc được khi kèm đủ hai điều kiện: tần số sóng mang và offset.
Bảng thông số của Keysight dùng chung một điều kiện đối chiếu cho các dòng máy phát: sóng mang 1 GHz, offset 20 kHz. Theo trường này, Keysight N5183B MXG đạt −146 dBc/Hz, Keysight N5186A MXG đạt −147 dBc/Hz và Keysight M9484C VXG đạt −148 dBc/Hz.
Ba con số cách nhau 2 dB — nghĩa là ở điểm đối chiếu này, cả ba đều thuộc cùng một đẳng cấp và nhiễu pha không phải tiêu chí để phân biệt chúng. Sự khác biệt thật nằm ở các offset khác và ở tần số sóng mang cao, nơi nhiễu pha xấu đi theo quy luật nhân tần: mỗi lần nhân đôi tần số, nhiễu pha xấu thêm khoảng 6 dB. Đây là lý do một máy vi sóng làm việc ở 30 GHz luôn có nhiễu pha kém hơn nhiều so với con số công bố ở 1 GHz, và là lý do các ứng dụng radar hay vệ tinh cần dòng máy analog chuyên về độ sạch phổ như Keysight E8257D PSG.
Nguyên tắc chọn: máy phát phải sạch hơn vật cần đo với biên đủ rộng, nếu không phép đo sẽ đo chính cái máy phát. Cách đọc bảng độ nhạy và các phương pháp đo nhiễu pha được trình bày chi tiết trong bài Đo phase noise và độ ổn định tần số: phương pháp, sai số và thiết bị.
Sóng hài: một con số không mô tả được độ sạch phổ
Theo cùng trường đối chiếu ở sóng mang 1 GHz, mức sóng hài công bố là −33 dBc với N5183B, −35 dBc với N5186A và −55 dBc với M9484C. Chênh lệch 22 dB giữa hai đầu là rất lớn, nhưng không nên đọc thẳng thành “máy này sạch hơn máy kia gấp nhiều lần”.
Lý do nằm trong phần chú thích. Với M9484C, mức sóng hài phụ thuộc vào việc bộ lọc sóng hài — một tuỳ chọn riêng — có được bật hay không, và phụ thuộc cả vào chế độ làm việc là sóng liên tục hay có điều chế vector. Keysight ghi rõ các mức công suất mà thông số sóng hài tiêu chuẩn còn hiệu lực trong từng dải tần. Nói cách khác, con số −55 dBc là kết quả của một cấu hình cụ thể chứ không phải đặc tính cố hữu của máy ở mọi chế độ.
Với các phép đo dễ bị nhiễu bởi sản phẩm giả — đo hệ số nhiễu, đo méo giao thoa, kiểm tra máy thu có bộ lọc hẹp — cần đọc thêm cả mức tạp tán không hài. Ở đây N5183B công bố −68 dBc tại 20 GHz. Sóng hài rơi đúng tại bội nguyên của tần số phát nên dễ nhận diện và dễ lọc; tạp tán không hài thì rơi ở những chỗ khó đoán và thường mới là thứ phá hỏng phép đo.
Tốc độ chuyển tần phụ thuộc chế độ điều khiển, không chỉ phần cứng
Đây là điểm dễ dẫn tới kết luận sai nhất khi đọc bảng so sánh. Theo trường tốc độ chuyển tần tiêu chuẩn, N5183B đạt 600 µs, N5186A đạt 800 µs, còn M9484C là 3,0 ms trong dải 10 MHz–54 GHz. Nhìn thoáng qua, máy đắt tiền và hiện đại nhất lại chậm hơn năm lần.
Điều kiện đo giải thích một phần: Keysight định nghĩa tốc độ này là thời gian tính từ lúc nhận lệnh SCPI cho tới khi tần số nằm trong 0,1 ppm của giá trị cuối (hoặc trong 100 Hz, lấy giá trị nào lớn hơn) và biên độ nằm trong 1 dB của giá trị cuối. Đây là con số bao gồm cả chi phí truyền lệnh và xử lý, tức là đo cả đường điều khiển chứ không chỉ đo vòng khoá pha.
Phần còn lại của lời giải thích nằm ở chế độ làm việc. M9484C có chế độ Agile RF, hoạt động cùng cơ chế truyền chuỗi từ mô tả tín hiệu thay vì gửi từng lệnh SCPI. Ở chế độ này, thời gian tối thiểu giữa hai đoạn tín hiệu liên tiếp — đã ổn định trong phạm vi 0,1 radian về pha — là 320 ns, và thời gian chuyển biên độ ổn định trong 1 dB là 210 ns, với tốc độ cập nhật duy trì được ở mức 800 ns. Chế độ Agile RF làm việc trong dải 9 kHz đến 20 GHz.
Chênh lệch giữa 3,0 ms và 320 ns là gần bốn bậc độ lớn, trên cùng một cái máy. Bài học rút ra rất cụ thể: khi ứng dụng cần nhảy tần nhanh — mô phỏng radar, tạo kịch bản tác chiến điện tử, quét tần trong ATE — con số cần hỏi nhà cung cấp không phải “tốc độ chuyển tần của máy là bao nhiêu” mà là “tốc độ chuyển tần ở chế độ điều khiển nào, và chế độ đó cần tuỳ chọn gì”.
Analog hay vector, để bàn hay mô-đun
Sau ba tham số trên, hai câu hỏi kiến trúc quyết định phần còn lại.
Analog hay vector. Máy analog tạo sóng mang sạch với điều chế cơ bản (AM, FM, xung) và thường thắng về nhiễu pha trên mỗi đồng tiền bỏ ra. Máy vector tạo được dạng sóng tuỳ ý theo chuẩn truyền thông, và tham số quyết định ở đây là băng thông điều chế: N5186A đạt tới 1 GHz mỗi kênh, còn M9484C đạt 2,5 GHz mỗi kênh và tới 5 GHz khi ghép kênh.
Một kênh hay nhiều kênh. Các bài toán MIMO, beamforming hay mô phỏng nhiều mục tiêu cần nhiều nguồn đồng bộ pha với nhau, và việc này rẻ hơn nhiều khi các kênh nằm sẵn trong một máy. N5186A có 4 ngõ ra; M9484C cấu hình được từ 1 đến 4 kênh trên nền PXIe và mở rộng tới 110 GHz bằng bộ mở rộng tần số V3080A.
Đối chiếu ba model theo tình huống sử dụng
Ghép các con số đã nêu lại, ba model rơi vào ba vùng ứng dụng khá rạch ròi:
- N5183B MXG analog (9 kHz–40 GHz) — chọn khi cần trần tần số vi sóng cao với sóng mang sạch và chuyển tần nhanh theo lệnh SCPI (600 µs), không cần điều chế phức tạp. Phù hợp làm nguồn dao động nội, nguồn kích thích trong ATE, kiểm tra máy thu.
- N5186A MXG vector (9 kHz–8,5 GHz, 4 ngõ ra, băng thông điều chế tới 1 GHz) — chọn khi làm việc dưới 8,5 GHz nhưng cần nhiều kênh và dạng sóng chuẩn truyền thông. Đây là điểm cân bằng tốt cho phòng thí nghiệm không dây và dây chuyền sản xuất.
- M9484C VXG (tới 54 GHz, 1–4 kênh, băng thông điều chế 2,5 GHz mỗi kênh) — chọn khi cần băng thông điều chế rộng ở dải mmWave, hoặc cần nhảy tần cỡ trăm nanosecond qua chế độ Agile RF. Đổi lại là chuyển tần theo lệnh SCPI chậm hơn và cấu hình phức tạp hơn.
Với radar, vệ tinh và các phép đo lấy độ sạch phổ làm ưu tiên tuyệt đối, dòng PSG như E8257D vẫn là lựa chọn theo hướng khác hẳn: tối ưu nhiễu pha và công suất ra ở dải vi sóng rộng thay vì tối ưu băng thông điều chế.
Kết luận
Ba câu hỏi cần trả lời trước khi chọn máy phát tín hiệu RF: nhiễu pha ở offset nào và sóng mang nào mới là điều kiện thật của ứng dụng; mức sóng hài công bố ứng với cấu hình bộ lọc và chế độ điều chế nào; và tốc độ chuyển tần đo ở chế độ điều khiển nào. Ba con số trần trụi trong bảng so sánh không trả lời được câu nào trong ba câu đó — nhưng phần chú thích bên dưới bảng thì có.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam, cung cấp máy phát tín hiệu RF kèm hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Cần đối chiếu cấu hình cho ứng dụng cụ thể, liên hệ hotline 0908 173 345.
Nếu tín hiệu bạn cần phát là tín hiệu điều chế số — 5G NR, Wi-Fi, LTE — thì tiêu chí chọn mua đổi hẳn sang băng thông điều chế và số kênh. Xem bài chọn máy phát tín hiệu vector: băng thông điều chế, trần tần số hay số kênh?
Nếu trạm đo của bạn cần cả phát lẫn thu, hãy cân nhắc gộp hai chức năng vào một mô-đun. Bài bộ thu-phát vector VXT PXIe bàn về tốc độ chuyển tần số (SCPI ≤ 14 ms, IVI ≤ 6 ms trên M9415A) và cái giá của cổng half duplex.
