使用外部訊號源降低損耗　場地衰減量測精準達陣

無回聲室是為模擬開放測試場地而設計。無回聲室的效能評估，必須用到兩根天線、測試接收器或頻譜分析儀及訊號源。量測過程包含兩個步驟，首先，連接訊號源與發射天線的接線，並與連接訊號分析儀與接收天線的接線相連接，然後使用訊號源及測試接收器或訊號分析儀，以約10%的步進，量測一連串的值。貫穿線量測被稱為Vdirect；使用天線執行的量測稱為Vsite。ANSI要求無回聲室必須在理想的場地衰減±4dB之間，而ANSI C63.4標準會以表格形式，列出理想的正規化場地衰減。圖1為理想的正規化場地衰減量測。

圖1　正規化場地衰減理論值為30M～1GHz。

執行場地衰減量測的公式如下：
AN=VDirect-VSite-AFR-AFT-△AFTOT

當接收天線與發射天線的距離為10公尺時，△AFTOT被假設為0。

在測試接收器控制外部訊號源的情況下，量測系統可掃描整個想要的範圍，測試接收器的最大值保持(Max Hold)功能，可記錄最高位準的訊號。為獲得無回聲室或OATS的真實效能圖，接收天線的掃描高度必須為1～4公尺。兩個天線的損耗必須從量測中移除，且量測結果須正規化為直接量測。

降低接線損耗　訊號源與測試接收器分家

近期，場地衰減量測已有新方法，亦即訊號源與測試接收器是分開的，不像訊號分析儀擁有內建的追蹤訊號產生器，因此可將訊號源放置在靠近發射天線的地方以降低接線損耗，進而改善量測的訊號訊噪比(SNR)效能。此外，被當成貫穿線連接的接線也變短，同樣可降低接線損耗，當貫穿線的位準已經確定，並被放入軌跡中進行正規化，就可將接線連接到相隔10公尺的兩個天線。圖2顯示在訊號源與電磁干擾(EMI)測試接收器間的典型互連。

圖2　典型的外部訊號源控制布局

天線的發射中心固定在高出接地平面1公尺的地方。接收天線必須從高於接地平面1公尺處，移到4公尺處，同時，訊號源與EMI測試接收器會掃描為設計和校驗天線而指定的頻率範圍。正確校驗天線十分重要，如此一來，製造商的校驗天線係數才會接近天線平面場與天線在特定頻率下的電壓間的真實關係，否則實際算出的正規化場地衰減，可能不會接近場地衰減理論值。為通過正規化場地衰減量測，量測值必須落在場地衰減理論值±4dB以內。

為使用與EMI測試接收器有一段距離的外部訊號源，有必要進行一些連接。首先，必須結合頻率參考，以確保頻率追蹤。訊號源與測試接收器間的通訊，可利用(USB)通用序列匯流排、通用介面匯流排(GPIB)或區域網路(LAN)，本文範例使用LAN。訊號源與測試接收器間的通訊，包含起始/停止頻率和振幅位準，其他的連接還包括進行觸發，以確保訊號源與測試接收器在整個頻率範圍內維持同步。

接著須考慮測試時所要使用的解析頻寬。執行無間隔的資料蒐集很重要，如果頻寬比頻率的步進大小還要窄，可能會錯過漏碼(Dropout)或訊號突波。

天線係數關乎量測準確度

新型訊號分析儀或EMI測試接收器，能夠補償寬頻天線的響應。天線製造商會提供天線校驗資料，這些資料可被載入修正係數編輯器。由於場地衰減量測須用到兩根天線，所以修正這兩根天線最簡單的方法就是將修正值相加，並存入修正編輯器。典型的寬頻天線修正值介於7～25dB之間，將兩者相加會得到14～50dB的修正值。為符合場地衰減需求，使用的天線須具有盡可能準確分析過的修正值，圖3的軌跡只顯示天線組合的修正係數，修正的雜訊底線代表加到雜訊底線的天線係數。

圖3　a線代表雜訊底線，b線代表兩個天線已修正過的雜訊底線。

當天線具有水平極性時，可在訊號分析儀或EMI測試接收器處於最大值保持軌跡設定下，在1～4公尺間掃描天線塔，結果會得到一條修正過的軌跡，顯示在想要的頻率範圍內的場地衰減量。

選用200kHz頻寬避免錯過漏碼

此外，在資料點數、靈敏度與動態範圍間須有所取捨。選擇正確的頻寬，有助於解決因上述取捨而造成的一些問題。因為使用外部訊號源時的最大資料點數為一千六百零一個，為避免錯過訊號突波和漏碼，建議使用至少200kHz的頻寬。另外，最小頻寬步進值必須為168kHz，使每個點有一個頻寬，且視頻頻寬應等於或大於解析頻寬。

量測接線頻率響應　天線修正更精準

連接到發射天線的接線與連接到接收天線的接線，必須以一個高品質的桶狀接頭(具有超低損耗)連接，搭配使用外部訊號源與測試接收器，即可量測兩條接線的頻率響應。使用天線時，可從修正的場地量測值中減掉振幅對頻率值。

如前文所提，理論值限制範圍為±4dB，圖4顯示限制的線性圖。掃描調諧NSA的目標，是要讓所有的值落在顯示的限制範圍內。

圖4　NSA限制

既然天線已經就定位，且訊號源已依據使用的寬頻天線設定好正確的頻率範圍，即可進行量測。天線會被放在水平位置，其中，接收天線必須慢慢地從1公尺處移到4公尺處。訊號源/測試接收器組合的掃描速度遠比天線移動的速度快，因此在天線移動期間至少執行二十次掃描。此外，軌跡模式設為最大值保持，因此顯示器上只會列出最大值，這些最大值與接收天線所接收到的最高訊號強度有關，並為反射訊號與視線傳輸(Line-of-sight)訊號組合的結果。

理論上正規化場地衰減量測會考慮接地平面的反射，但不會考慮吸波室空間如天花板或後牆的反射，不過，在開放空間測試場地通常不會有訊號反射問題，除非在空間內出現可能影響整體量測的反射表面。

由於資料在無回聲室中擷取，所以周遭沒有大訊號會遮住測得的資料。資料會依量測時使用的兩根天線的損耗進行修正，請注意，天線的修正係數必須盡可能正確，修正係數出現1或2dB的誤差，將使場地衰減量測產生相同程度的錯誤。

軌跡資料會存成.csv檔，有助於詳細檢查個別的頻率點。

執行正規化可消除一些誤差，因為在場地衰減量測和貫穿線量測中都會存在系統性誤差，至於非系統性誤差如熱漂移和一些老化現象，則無法透過正規化消除。讓訊號源和測試接收器進行暖機並穩定下來，將可大幅減少非系統性誤差。

與場地衰減量測理論值的比較

因為理想場地的衰減理論值是一群固定頻率的資料點，所以可使用這些固定頻率資料點來繪製另一個圖。這些資料是從一個10公尺的無回聲室中擷取到的，驅動發射天線的訊號源功率必須加以調整，使較高頻率下的損耗仍然高於兩個天線的修正係數。舉例來說，兩根天線在900MHz頻率下的總修正值為49.8dB，而正規化場地衰減理論值為-12.8dB。總功率必須高於修正的雜訊底線，才能獲得準確的振幅讀值，而不會在測得的訊號中增加雜訊。

訊號在使用標記(Marker)功能量測後，會被放入表1。訊號分析儀或EMI測試接收器的數位中頻(IF)，可讓使用者量測螢幕上任意位置的訊號而不會影響準確度，甚至在顯示器上方的訊號亦能加以量測。

本文聚焦在30M～1GHz的場地衰減量測。當測試頻率提高時，由於在接線中會出現訊號衰減，因此訊號源和測試接收器必須盡可能靠近天線，如果在較高頻率下使用放大器改善效能，也必須將它們納入整體的損耗/增益曲線圖中。透過網路分析儀即可完成特性分析工作，亦即使用場地衰減量測所用的外部訊號源分析放大器和相關接線的特性，然後將結果放入大多數EMI測試接收器或訊號分析儀所提供的修正係數陣列中。

正規化改善場地衰減量測過程

使用由訊號分析儀所控制的外部訊號源，可以大幅改善執行場地衰減量測的過程。訊號源位在發射天線，所以較短的接線可降低訊號損耗，這一點隨著測試頻率的提高會變得更加重要，訊號源的頻率與振幅，可由訊號分析儀來控制，而設定理想的訊號位準，在想要的頻率範圍內執行場地衰減量測極為重要。

如前所述，在雜訊底線、訊號位準與頻寬間須加以取捨。在步進或資料點間建立重疊時，須考慮到總資料點數。訊號位準建議至少比顯示的雜訊高8～10dB，這表示可調整頻寬/訊號位準，以避免造成測試接收器或訊號分析儀的輸入混頻器過載。

(本文作者為安捷倫訊號分析部門產品經理)