Keysight U2021XA là cảm biến công suất đỉnh và trung bình kết nối USB, dải tần 50 MHz – 18 GHz, băng thông video 30 MHz, lấy mẫu liên tục 80 Msa/s. Khác với cảm biến trung bình, U2021XA cho hình dạng xung: công suất đỉnh, thời gian lên/xuống, độ rộng xung, chu kỳ làm việc, CCDF. Bài này đi theo thứ tự thao tác trên bàn đo — zero/cal, chọn chế độ, đặt trigger, đọc kết quả — với số liệu từ data sheet Keysight 5991-0310EN và trang keysight.com.
Keysight U2021XA: ba việc phải làm trước khi đo
Zero và hiệu chuẩn nội. U2021XA có mạch zero và hiệu chuẩn trong thân cảm biến, nên không cần nguồn chuẩn rời và không phải tháo cảm biến khỏi thiết bị cần đo. Data sheet khuyến nghị zero khi mới cấp nguồn, khi nhiệt độ thay đổi đáng kể, hoặc sau thời gian dài chưa zero. Ở chế độ average only, zero nội bị tắt — phải ngắt cảm biến khỏi nguồn RF rồi zero ngoài.
Nhập tần số tín hiệu. Cảm biến tra hệ số hiệu chuẩn theo tần số; nhập sai thì sai số mismatch và cal factor cộng thẳng vào kết quả. SWR tối đa là 1,2 (50 MHz – 10 GHz) và 1,26 (trên 10 GHz đến 18 GHz). Cách cộng các thành phần này có trong bài bất định đo công suất RF: mismatch và hệ số hiệu chuẩn.
Kiểm tra mức công suất. Ngưỡng hư hỏng là +23 dBm trung bình và +30 dBm đỉnh (dưới 1 µs). Với đầu ra bộ khuếch đại hoặc máy phát radar, đặt bộ suy hao đã biết hệ số phía trước và nhập offset trong phần mềm.
U2021XA thông số: chọn chế độ đo và băng thông video
Dải động của U2021XA là hai dải, không phải một. Ở chế độ bình thường (normal, có đường đo đỉnh) cảm biến đo −35 dBm đến +20 dBm với tín hiệu từ 500 MHz trở lên, và −30 dBm đến +20 dBm trong khoảng 50 – 500 MHz. Chuyển sang average only, dải mở xuống −45 dBm nhưng mất trigger out, video out và zero nội. Quy tắc: tín hiệu xung, burst hoặc cần đỉnh — normal; CW yếu dưới −35 dBm — average only.
Băng thông video có bốn mức: Low 5 MHz, Medium 15 MHz, High 30 MHz và Off. Mức Off cho thời gian lên/xuống bảo hành 13 ns (từ 500 MHz, xung 0 dBm), vọt lố dưới 5 %, và được Keysight khuyến nghị khi đo xung. Các mức lọc kéo dài thời gian lên: dưới 82 ns ở Low, dưới 27 ns ở Medium, dưới 17 ns ở High. Đo sườn xung thì bắt đầu ở Off; đo đỉnh của xung rộng thì Medium thường đủ và số đọc ổn định hơn.
Đo xung radar: trigger, timebase và 20 xung trong một lần bắt
Với tín hiệu xung radar, mục tiêu thường là bốn con số: công suất đỉnh, công suất trung bình trong xung, độ rộng xung và chu kỳ lặp (PRI/PRF). Trình tự trên U2021XA:
- Bước 1 – Chọn nguồn trigger. Trigger nội làm việc trong dải −20 đến +20 dBm, bước 0,1 dB, độ chính xác mức ±0,5 dB. Với xung yếu gần sàn nhiễu, dùng trigger ngoài: cổng TTL vào/ra trên thân cảm biến nối với máy phát qua cáp BNC – SMB.
- Bước 2 – Đặt timebase. Thang 2 ns/div đến 100 ms/div; đặt sao cho một đến vài chu kỳ xung nằm trọn màn hình. Hàm auto burst detection tự dò burst, đặt mức trigger, delay, hold-off và căn burst vào giữa trace.
- Bước 3 – Đặt cổng đo (gate). Gate phủ phần đỉnh xung cho công suất trung bình trong xung; gate cả chu kỳ cho công suất trung bình tổng. Tỷ số hai giá trị là chu kỳ làm việc.
- Bước 4 – Đọc bảng tham số xung. U2021XA phân tích tới 20 xung trong một lần bắt: độ rộng, chu kỳ, chu kỳ làm việc, khoảng cách giữa các xung, thời gian sườn dương/âm và thời điểm so với điểm trigger.
Giới hạn: độ rộng xung tối thiểu khuyến nghị 50 ns, tần số lặp tối đa 10 MHz, chiều dài bắt tối đa 1,2 ms ở tốc độ lấy mẫu đầy đủ.
Thời gian lên/xuống: 13 ns nghĩa là gì
Mốc 13 ns là thời gian lên của hệ thống đo, không phải giới hạn tín hiệu có thể đo. Theo data sheet, thời gian lên đo được bằng căn bậc hai của tổng bình phương thời gian lên thật của tín hiệu và 13 ns: sườn 30 ns sẽ hiển thị khoảng 32,7 ns (lệch ~9 %), sườn 100 ns hiển thị 100,8 ns (lệch dưới 1 %). Khi báo cáo thời gian lên của bộ khuếch đại hay bộ chuyển mạch, hãy trừ ngược theo công thức này.
CCDF cho WLAN, LTE và tín hiệu OFDM
Với tín hiệu điều chế số, phân bố thống kê quan trọng hơn một đỉnh đơn lẻ: bao nhiêu phần trăm thời gian tín hiệu vượt công suất trung bình một mức dB nào đó. Đó là đường CCDF, dùng để kiểm tra bộ khuếch đại WLAN hay LTE có bị nén đỉnh hay không. U2021XA hỗ trợ CCDF thường (free run, trigger nội hoặc ngoài) và CCDF có cổng (gated) chỉ thống kê phần tín hiệu trong gate — hữu ích khi tách riêng một khe LTE-TDD hoặc một burst Wi-Fi. So sánh CCDF giữa các lần đo nên dùng cùng cài đặt VBW.
Máy đo công suất RF Keysight trong dây chuyền: tốc độ đo và chế độ list
Ở trạm kiểm tra sản xuất, con số quan trọng là tốc độ đọc. U2021XA đạt tối đa 25.000 số đọc/giây ở chế độ free run với bộ đệm (đếm trigger 100, xuất nhị phân, tắt auto-zero/auto-cal) và 20.000 số đọc/giây khi đo có cổng theo trigger ngoài (PRF 20 kHz, xung 15 µs). Khẩu độ mặc định NORMal 50 ms, DOUBle 26 ms, FAST 2 ms — khẩu độ ngắn tăng thông lượng nhưng giảm tỷ số tín hiệu/nhiễu.
Chế độ list nạp sẵn một chuỗi bước đo (quét công suất, quét tần số) vào cảm biến và lặp lại mà không gửi SCPI từng bước. Cảm biến giao tiếp USB 2.0 USB-TMC, SCPI, driver IVI-COM, IVI-C và LabVIEW. Toàn bộ danh mục máy đo công suất RF Keysight nằm ở hub Keysight tại Techmaster.
Phần mềm: N1918A và BenchVue
Theo data sheet 2014, mỗi U2021XA kèm license N1918A Option 100 Power Analyzer, tự nhận khi cắm cảm biến vào PC: trace, strip chart, gauge, marker, giới hạn kèm cảnh báo, lưu dữ liệu có dấu thời gian. Trang keysight.com hiện tại nêu ứng dụng BenchVue Basic Power Meter/Sensor Control and Analysis (BV0007B) không tính phí. Khi đặt hàng, hãy xác nhận với Techmaster gói phần mềm đi kèm.
Nếu còn phân vân giữa cảm biến đỉnh và cảm biến trung bình, bài đo công suất đỉnh và công suất trung bình: chọn đầu đo theo dạng tín hiệu có cây quyết định; bài chọn đúng đầu đo công suất Keysight so sánh các họ cảm biến.
U2021XA giá, hiệu chuẩn và phụ kiện
Cảm biến nặng 0,25 kg, kích thước 140 × 45 × 35 mm, hoạt động 0 – 55 °C, cấp nguồn qua USB. Cáp USB chọn khi đặt hàng: Option 301 (1,5 m), 302 (3 m), 303 (5 m); chu kỳ hiệu chuẩn khuyến nghị 1 năm. Độ chính xác công suất trung bình công bố ±0,2 dB hoặc ±4,5 % (−15 đến +20 dBm, 0,5 – 10 GHz, SWR thiết bị dưới 1,27, trung bình 32 lần). Cần tới 40 GHz thì chọn U2022XA cùng họ, đầu nối 2,4 mm.
Về U2021XA giá: Techmaster báo giá theo cấu hình (độ dài cáp, phần mềm, gói hiệu chuẩn) — liên hệ báo giá. Techmaster Electronics là đại lý ủy quyền Keysight tại Việt Nam, có phòng hiệu chuẩn ISO/IEC 17025 để hiệu chuẩn định kỳ cho cảm biến công suất đỉnh USB Keysight U2021XA sau khi bàn giao.
Kết luận
Trình tự zero – tần số – chế độ – VBW – trigger – gate áp dụng cho mọi phép đo xung trên U2021XA, dù là radar, WLAN hay kiểm tra bộ khuếch đại. Ba con số đáng nhớ: 13 ns thời gian lên hệ thống (trừ RSS khi báo cáo), hai dải động −35/−45 dBm tùy chế độ, và 25.000 số đọc/giây khi cần thông lượng. Để chọn cấu hình Keysight U2021XA, gửi dải tần, mức công suất và dạng xung cho kỹ sư Techmaster.
