了解RF儀器規格：第一部RF儀器有許多規格代表了儀器效能。隨著無線技術不斷變化，設計RF組件與設備可能會成為工程師的例行工作，然而工程師在這方面的經驗可能并不完整。本文共分為三部分，有助于掌握基礎與進階的RF儀器規格，其中包含一般的發生器與分析儀規格。第一部說明了頻率范圍、瞬間帶寬、微調速度、相位噪聲、電壓駐波比；第二部與第三部則是說明1dB壓縮點、三階交調截取、動態范圍與分辨率帶寬。1.簡介本文說明下列規格，同時適用于RF產生與分析作業。·頻率范圍

·瞬間(實時)帶寬

·微調速度

·相位噪聲

·電壓駐波比(VSWR)注意：所有的RF設備與RF儀器一樣，均受限于相同的設計規則。2.頻率范圍頻率范圍

(FrequencyRange)是RF儀器的重要特性之一。比如說，WiFi測試解決方案所需的運作頻率高達2.5GHz。一樣的道理，如要分析運作頻率為900MHz的組件，采用此組件的儀器必須在相同的頻率范圍內運作才行。混合器、輸入濾波器、局部震蕩器(LO)等組件都會影響RF儀器的最大頻率范圍。不過主要是通過調整LO，才能將儀器設定為在特定的頻率內運作。有些儀器會采用多種系列的LO，但是簡化過的儀器方塊圖卻只使用一個LO(如圖2所示)。LO搭配了RF輸入，后者可以將RF信號降轉換為中頻(IntermediateFrequency，IF)信號。相同的頻率合成技術也適用于RF信號發生器。使用電壓控制震蕩器(VoltageControlledOscillator，VCO)或釔鐵石榴石(YttriumIronGarnet，YIG)即可完成頻率合成作業。傳統的作法是RF儀器會采用YIG架構以產生LO。YIG是一種電流控制震蕩器(CurrentControlledOscillator)，其特色是密集的相位噪聲與大頻率范圍(高達20GHz或以上)。不過YIG架構的儀器不但耗電量高，也可能相當昂貴。此外，相較于其他方法，調整YIG的頻率或許得花更多時間。因此，近期采用VCO的LO架構變得更普遍。VCO的頻率范圍比YIG更小，但微調速度卻快很多。3.瞬間(實時)帶寬瞬間帶寬

(InstantaneousFrequency)也稱為實時帶寬

(Real-TimeFrequency)，代表了某儀器產生或擷取的最高連續RF帶寬。比如說，向量信號發生器產生信號的中央頻率可能是2.45GHz，但是該儀器的瞬間帶寬(也稱為信號帶寬)可能只有20MHz。信號帶寬代表此設備可連續擷取20MHz的RF頻譜，不必重新調整LO。瞬間帶寬主要取決于該儀器的RF模擬前端設備。如要深入了解瞬間帶寬，可以先掌握RF儀器的基本架構。目前的技術無法數字化Gigahertz范圍內的每個信號。所以RF儀器會采用一系列的LO、混合器、濾波器等，才能將RF信號導入IF或基頻頻率范圍。圖2為向量信號分析儀的簡要方塊圖。圖2.濾波器與模擬數字轉換器(Analog-to-DigitalConverter，ADC)決定了瞬間帶寬如圖2所示，向量信號分析儀將一部分的RF頻譜降轉換至ADC可辨識的IF。RF儀器的瞬間帶寬主要取決于下列兩個要素：

·該儀器采用的濾波器

·ADC的取樣率與帶寬儀器的瞬間帶寬是否重要，主要取決于應用本身。比如說，如要產生窄頻的FM信號，只需要200KHz的瞬間帶寬即可。但如果要產生并分析寬帶信號，例如IEEEStandard802.11g(WiFi)，那就至少需要20MHz的瞬間帶寬。如果瞬間帶寬比重點信號本身大很多，就可以大幅提高頻譜屏蔽測試等應用的速度。如果儀器的瞬間帶寬不夠頻譜屏蔽測試作業使用，就必須重新調整儀器，才能擷取區段內的頻率信息。4.微調速度微調速度

(TuningSpeed)是指LO在特定的準確度范圍內變更中央頻率所需的時間。將震蕩器調整至不同頻率的時候，LO的趨穩時間即代表了微調速度。就一般系統而言，如要調整頻率，LO通常會稍微超過所需的頻率，并且在特定時間內趨穩至所需的頻率。基本上，微調速度是一種頻率間隔(FrequencyStep)大小功能。頻率間隔越大，LO調整至特定范圍所需的時間就越長。表1為YIG架構LO的趨穩時間。表1.YIG架構LO的微調速度

對于802.11g收發器自動化生產測試等應用來說，微調速度可說是非常重要的規格。由于802.11g標準明訂了設備必須在2.4GHz~2.48GHz之間于14個通道之一運作，所以RF儀器必須用來測試多種頻率內的設備運作狀況。測試信號的掃頻速度越快，測試接收器的速度也就越快。5.相位噪聲相位噪聲

(PhaseNoise)是指RF儀器的短期頻率穩定性。相位噪聲是由小型的瞬間LO相位抖動而造成的，會在鄰近載波的頻率內產生信號功率。有個簡單的方式可以說明相位噪聲的影響，那就是分析頻域內的單一音調。圖3為兩個模擬載波：一個是理想載波，一個具有相位噪聲。圖3.理想載波vs.非理想載波圖3左側為單一音調產生，理論上會造成單一功率峰值，集中在非常精確的頻率范圍內。右側卻很不一樣，其中的相位噪聲(主要是時域抖動)會使信號以漸歇性的方式分布在頻域內。只要測量偏離所需載波的多項信號振幅，即可取得相位噪聲。如圖3右側所示，我們測量了誤差值為1KHz的–95dBc相位噪聲，以及誤差值為10KHz的–146dBc相位噪聲。RF儀器相位噪聲的重要性取決于應用本身。如要偵測接近特定重要信號的低階遮蔽信號，就會需要密集的相位噪聲。使用具有大量相位噪聲的LO時，相位噪聲就會在之后的IF信號中變大。圖4為LO相位噪聲轉換至后續IF信號的相位噪聲。圖4.LO相位噪聲產生了IF相位噪聲就此應用而言，這兩個信號的相位噪聲會彼此干擾，讓工程師難以辨識特定的遮蔽信號特性。此外，也可通過星座圖來呈現信號解調變，以便了解相位噪聲的影響。具有大量相位噪聲的信號會在星座圖中呈現出規律旋轉的狀況。圖5比較了理想的4相位偏移調變(4-Phase-ShiftKeying，4-PSK)信號與四個符號(以黑點表示)，并且從左圖傳輸至右圖中具有大量相位噪聲的信號。圖5.出現相位噪聲時，星座圖呈現旋轉狀況相位噪聲會降低RF儀器的錯誤向量幅度(ErrorVectorMagnitude，EVM)效能，進而影響實際的測量作業。就位錯誤率(BitErrorRate，BER)測試而言，相位噪聲會增加錯誤率。6.電壓駐波比(VSWR)電壓駐波比

(VoltageStandingWaveRatio，VSWR)與傳輸線(TransmissionLine)理論有密切的關聯，而且隨著儀器頻率范圍擴大，也變得越來越重要。大致上來說，VSWR是指沿著傳輸線出現的阻抗失配(ImpedanceMismatch)而造成的信號反射狀況。就理想狀況而言，RF儀器的阻抗(通常是50Ω)會符合每個接線的阻抗與待測設備的輸入阻抗。然而，不對稱信號軌跡與零件/組件差異等減損狀況，都會改變儀器阻抗的特性。因此，信號反射會在RF傳輸時出現，并且影響信號的振幅與相位準確度。信號反射振幅取決于所使用的材質屬性與頻率范圍。傳輸線的阻抗失配會直接造成VSWR，而且在高頻率范圍內還會變得更嚴重。舉例來說，如果VSWR是1:1，代表系統完全相符。相反的，如果VSWR是1.1:1，代表高達10%的信號振幅在傳輸線內出現了反射狀況。因為VSWR也取決于材質屬性，可以根據反射系數

Γ

計算而得，方程式如下：VSWR對測試信號的影響非常大，因為會需要調整信號的相位或振幅。此外，所產生的信號振幅可能會增加也可能會減少，視VSWR反射相位而定。圖6說明了VSWR反射影響信號振幅的方式。圖6.VSWR反射會影響信號振幅原始信號的反相(Out-of-Phase)反射會引發些微的抵銷效應。如圖6所示，隨之而來的復合信號振幅已稍微減少。就大多數情況下，使用內接或外接衰減器后可降低VSWR。因此，通過內部衰減來增加儀器參考準位，即可減少VSWR。VSWR規格非常重要，因為這會大幅影響儀器的振幅準確度。RF濾波器特性測試等應用所需的振幅準確度越高越好。RF濾波器的特性