Một máy đo công suất trung bình đặt vào đầu ra bộ khuếch đại radar sẽ báo một con số rất yên bình. Con số đó đúng, nhưng nó giấu mất điều người thiết kế cần biết: đỉnh xung cao hơn bao nhiêu, sườn lên có bị méo không, và phần công suất nằm trong khe thời gian có ích là bao nhiêu. Keysight E4417A — máy đo hai kênh thuộc dòng EPM-P — được làm ra để trả lời đúng những câu hỏi đó. Bài này đi qua bốn ứng dụng thực tế, cách dựng phép đo, và các lỗi hay làm sai kết quả.
E4417A thông số cần nắm trước khi bắt tay vào đo
Theo datasheet 5980-1469E của Keysight, máy đo công suất đỉnh E4417A có hai kênh và đo được bốn đại lượng: công suất trung bình, công suất đỉnh, tỉ số đỉnh trên trung bình và công suất giữa hai mốc thời gian (time-gating). Máy lấy mẫu liên tục ở 20 triệu mẫu mỗi giây, băng thông video tối đa 5 MHz và phụ thuộc cảm biến cắm vào.
Dải tần hệ thống 9 kHz đến 110 GHz, dải công suất −70 đến +44 dBm — cả hai đều tùy cảm biến. Điểm quan trọng nhất khi đọc phần E4417A thông số: chỉ họ cảm biến E9320 mới cho phép đo đỉnh và đo theo thời gian. Các cảm biến 8480, N8480, E-series CW và E9300 vẫn cắm được, nhưng máy chỉ chạy ở chế độ chỉ đo trung bình.
Phần trigger quyết định máy có “bắt” được xung hay không: nguồn trigger nội, TTL ngoài, GPIB hoặc RS-232/422; độ phân giải thời gian 50 ns; trễ trigger ±1,0 s; hold-off từ 1 µs đến 400 ms; trigger nội hoạt động trong dải −20 đến +20 dBm. Máy có nguồn tham chiếu 1 mW tại 50 MHz để zero và hiệu chuẩn cảm biến ngay trên mặt máy.
Ứng dụng 1: đo xung RF của radar và bộ khuếch đại xung
Việc đầu tiên không nằm ở máy mà ở cảm biến. Ba cặp cảm biến E9320 khác nhau ở băng thông video, và băng thông video quyết định cảm biến theo kịp sườn xung tới đâu:
| Cảm biến | Dải tần | Băng thông video | Dải công suất (chế độ thường) | Thời gian lên, bộ lọc Off |
|---|---|---|---|---|
| E9321A / E9325A | 50 MHz–6 GHz / 18 GHz | 300 kHz | −50 đến +20 dBm | dưới 0,3 µs |
| E9322A / E9326A | 50 MHz–6 GHz / 18 GHz | 1,5 MHz | −45 đến +20 dBm | dưới 0,2 µs |
| E9323A / E9327A | 50 MHz–6 GHz / 18 GHz | 5 MHz | −40 đến +20 dBm | dưới 0,2 µs |
Bảng cho thấy một sự đánh đổi rõ ràng: băng thông càng rộng thì sàn công suất đo được càng cao — từ −50 dBm xuống chỉ còn −40 dBm. Xung ngắn, sườn dốc thì chọn cặp 5 MHz; xung dài, mức thấp thì cặp 300 kHz cho dải động tốt hơn. Chọn “rộng nhất cho chắc” là bỏ phí 10 dB dải động không cần thiết.
Trình tự dựng phép đo xung
- Zero và hiệu chuẩn cảm biến trên nguồn tham chiếu 1 mW của máy trước mỗi phiên đo.
- Nối cảm biến bằng cáp E9288. Datasheet ghi rõ E9320 bắt buộc dùng cáp E9288A, B hoặc C; chỉ tiêu thời gian lên chỉ có hiệu lực với E9288A dài 1,5 m.
- Chèn suy hao nếu đầu ra vượt giới hạn cảm biến: +23 dBm trung bình, +30 dBm đỉnh với xung ngắn hơn 10 µs. Nhập độ suy hao vào offset (dải ±100 dB) để máy hiển thị công suất thật tại đầu ra.
- Đặt trigger nội ở mức khoảng giữa đỉnh xung và nền, trong dải −20 đến +20 dBm tại cảm biến; dùng hold-off để tránh trigger lại trong cùng một burst.
- Đọc đỉnh, trung bình và tỉ số đỉnh trên trung bình, rồi đối chiếu tỉ số này với chu kỳ làm việc thiết kế để phát hiện xung méo hoặc bị nén.
Ứng dụng 2: đo công suất trong khe thời gian của tín hiệu burst
Với tín hiệu phát theo khe như GSM hay EDGE, công suất trung bình trên toàn khung chẳng nói gì về khe đang phát. Time-gating giải quyết việc này: đặt hai mốc thời gian tính từ điểm trigger, máy chỉ tính công suất trong khoảng giữa hai mốc đó. Keysight cài sẵn cấu hình cho GSM900, EDGE, NADC, iDEN, Bluetooth, IS-95 CDMA, W-CDMA và cdma2000, nên với các chuẩn này kỹ sư không phải tự dò thời gian khe.
Một chi tiết ít người để ý: độ nhiễu của phép đo gated phụ thuộc độ dài cổng. Datasheet nêu máy thực hiện tương đương 20 lần lấy trung bình cho mỗi 1 µs chiều dài cổng. Cổng càng ngắn thì kết quả càng dao động — khi cần đo một đoạn rất hẹp ở đầu burst, hãy tăng số lần lấy trung bình (từ 1 đến 1024) thay vì kết luận vội từ một lần đọc.
Ứng dụng 3: đo độ lợi và tổn hao bằng hai kênh cùng lúc
Đây là chỗ hai kênh của máy đo công suất RF Keysight này đáng tiền. Cảm biến kênh A đặt sau bộ ghép định hướng ở đầu vào bộ khuếch đại, cảm biến kênh B đặt ở đầu ra qua bộ suy hao. Máy tính sẵn các hàm A/B, B/A, A−B, B−A và chế độ tương đối, nên độ lợi hiện ngay trên màn hình mà không cần ghi tay hai số rồi trừ.
Ba điều cần làm cho đúng: nhập hệ số ghép của coupler vào offset kênh A và độ suy hao vào offset kênh B; zero cả hai cảm biến; và dùng cùng một cấu hình trigger cho hai kênh khi đo độ lợi trên tín hiệu xung, để hai số đọc thuộc cùng một khoảng thời gian.
Ứng dụng 4: đưa máy vào hệ thống kiểm tra tự động
E4417A điều khiển qua GPIB theo IEEE 488.2 và giao tiếp nối tiếp RS-232/422 có sẵn, bằng tập lệnh SCPI. Qua GPIB có ba tốc độ đo; với cảm biến E9320 ở chế độ thường, Keysight công bố điển hình 20, 40 và 1000 số đọc mỗi giây tương ứng với normal, x2 và fast.
Mặt sau có ngõ trigger vào và trigger ra TTL để đồng bộ với máy phát tín hiệu, ngõ ra ghi 0–1 V cho mỗi kênh, và một ngõ TTL báo khi kết quả vượt giới hạn.
Năm lỗi thường gặp làm sai kết quả đo đỉnh
- Bật bộ lọc video rồi quên. Bộ lọc High, Medium, Low giảm nhiễu nhưng làm chậm sườn: thời gian lên của E9321A tăng từ dưới 0,3 µs (Off) lên dưới 2,6 µs (Low). Xung hẹp đo qua bộ lọc Low sẽ cho đỉnh thấp hơn thực tế.
- Đo đỉnh ở chế độ chỉ đo trung bình. Chế độ này cho sàn thấp hơn (−65 dBm với E9321A) nhưng không có đỉnh và time-gating.
- Dùng cảm biến 8480 hay E9300 cho tín hiệu xung. Máy nhận cảm biến nhưng chỉ đo trung bình.
- Bỏ qua điểm chuyển dải. Khi bước công suất đi qua điểm chuyển dải tự động của cảm biến, datasheet yêu cầu cộng thêm 10 µs thời gian ổn định ở chế độ thường.
- Không zero khi đo mức thấp. Sai số zero ở chế độ thường là 5 nW với E9321A nhưng 60 nW với E9323A — ở vùng vài chục dBm âm, khác biệt đó đủ để kết quả lệch đáng kể.
Chọn đúng trước khi mua
Nếu chỉ cần một kênh cho cùng tập phép đo, bài so sánh E4417A và E4416A phân tích khi nào kênh thứ hai thật sự cần. Nếu tín hiệu chủ yếu là sóng liên tục và cần đo trung bình, xem bài ứng dụng máy đo công suất N1913A. Danh mục đầy đủ ở trang thiết bị đo Keysight.
Cần tư vấn cảm biến E9320 phù hợp hoặc báo giá máy đo công suất đỉnh E4417A? Techmaster Electronics là đại lý ủy quyền Keysight tại Việt Nam, có phòng hiệu chuẩn ISO/IEC 17025 và đội kỹ sư hỗ trợ cấu hình máy đo công suất RF Keysight E4417A theo đúng tín hiệu của bạn.
