在開發中進行測量，可用以評估是否達成目標規范的性能，同時在測試制程中的產品時將面臨各種挑戰，包括確認使用的方法是否可提供較為確定的所需數值范圍、缺乏某項參數的追溯，以及確認可作為交叉檢查的替代技術，以驗證選擇的方法。使用者同時須有可迅速取得的設備、運用合適的方法，以進行例行性的重新校準工作。本文將簡述儀器設計架構，并概述所運用的測量方法。

利用具備外部校準探頭儀器進行測試

信號源頻率范圍介于10Hz～4GHz之間，振幅則介于+24～-130dBm間，專門用于產生絕大多數常見RF及微波校準應用所需的信號，并具有一定的準確度，而無須在使用時以其他設備進行監控或特性化(Characterize)輸出，如使用功率分離器與功率傳感器測量輸出振幅、使用調變分析儀監控調變電平等。

為協助輸出信號直接傳送至負載或待測單元(UUT)輸入，并將因纜線與互連而產生的效能低落情形降至最低，因此新型儀器配備外部校準探頭(Leveling Head)，信號會自主機中產生，并饋入包含電平探測器與衰減器電路的外部校準探頭。

許多校準應用大多須要獲得高純度的信號，且常須要使用外部濾波器，而外部校準探頭的設計為藉由輸出信號路徑內設置合適濾波器的方法，可降低諧波與假性含量。此外，此項設計亦具有內部類比調變功能，調頻(FM)以最高300kHz的速率于頻率合成器內產生，而調幅(AM)則以最高220kHz的頻率在輸出放大與水平電路(Leveling Circuit)內產生。此外，測量需求包括水平振幅電平(RF功率)、輸出電壓駐波比(VSWR)及調變。

功率傳感器無法支持較低不確定度測量

RF電平(Level)測量值為參考頻率的絕對值，接著再測量相對于此參考頻率數值的頻率響應，即平坦度，而關于100kHz參考點的測量，可采用交流電(AC)電壓測量標準測量在已知50Ω終端上形成的均方根(RMS)電壓，再計算相應的功率電平。RF功率計與功率傳感器用于高頻測量，此為常用的技術，若能使用含修正資料且正確校準的功率傳感器，將可進行不確定度極低的追溯測量工作。

然而，此項技術仍無法提供夠低、約-50dBm左右的不確定度。測量工作可利用現代頻譜分析儀接近線性的振幅響應，以較低的電平進行，而此類儀器的線性絕大多數均取決于用于數字化中頻(IF)信號的交流對直流(AC-DC)轉換器，以便在數字領域中進行后續處理。測量的分析儀線性誤差通常可大幅低于在測試中預估的不確定度，即在70dB的范圍內小于0.02dB，頻譜分析儀依功率傳感器測量的UUT輸出，在- 47dBm標準化，且不須更改分析儀的設定，即可在50dB范圍內，最低在-97dB進行測量，之后，頻譜分析儀即在-97dBm標準化，以于-130dBm進行測量。

信號源輸入阻抗可預估失配程度

知道信號源，即信號源端匹配的輸入阻抗不僅對確認規范而言十分重要，亦可讓使用者預估其應用中失配的不確定度。VSWR或輸入回流損失測量技術通常用于連接「Leveling」準位來源的被動式裝置，將有窒礙難行之處并產生錯誤的結果，且進行此工作時，難以有實驗室能為產生器以符合標準的方式進行信號源端匹配(Source Match)測量，且鮮少有制造商會在自身的文獻中記載方法。如圖1所示，此架構選擇的方法為輸入回流損失電橋。

圖1 信號源VSWR測量架構

信號發生器從UUT輸出頻率，以約莫10Hz的少許固定頻率偏移插入信號。UUT輸出與反射信號將以10Hz的比率加減，此信號以設為「零跨距(Zero Span)」模式的頻譜分析儀偵測，并使用指針測量最大與最小振幅差異及時間，參考電平亦以UUT取代開路與短路測量，并計算電壓反射系數與VSWR。

AM與FM的精準度目標為高于0.1%，且失真小于0.05%(-66dB)，然而傳統測量方式卻難以達成此目標，但可使用配備測量解調器的頻譜分析儀進行測量，解調器采用數字信號處理，以數字化IF資料的方式，從取得的資料獲取所需的信號特性(圖2)。

圖2 頻譜分析儀信號處理

為何須為AM與FM測量調變率、調變深度/ 偏移及失真，如進行失真測量時，即可設定解調器顯示信號的音頻頻譜，且使用總諧波失真(THD)測量算法判定所需帶寬中出現的總諧波含量。先不論FM偏移測量的貝索零值(Bessel Null)技術，分析頻譜分析儀與測量解調器中的固有誤差來源后發現，應取得極為準確的調變測量值，否則技術人員也無法找出可提供夠低的追溯不確定度的方法或其他實驗室，以完整評估潛在的性能。

作者：Paul CA Roberts  福祿克產品技術經理

參考資料
1.羅德與施瓦茨(Rhode & Schwarz)應用備注“RF電平測試系統+20dBm至-130dBm”。
2.操作手冊，Rhode & Schwarz FSU頻譜分析儀之FS-K7測量解調器選項。