射頻功率量測原理 (七)：為何 Boonton 測試解決方案是 RF 與微波功率量測的效能領導者
RF 與微波功率量測是產品設計與生產的基礎，在本文中，您將學習到關鍵的功率量測術語、領先的峰值功率與平均功率感測器功能，以及 Boonton 的先進解決方案如何應對嚴苛的測試挑戰。
關鍵功率量測術語
以下是在選擇合適的測試解決方案時，至關重要的幾個功率量測術語：
- 功率封包 (Envelope power)：由調變或失真所引起的振幅變化，此變化是時間的函數，並在一個或數個 RF 載波訊號的週期上進行平均（圖 1）。
圖 1：關鍵功率量測值之間的區別
- 峰值封包功率 (Peak envelope power, PEP)：功率封包的最高點或峰值振幅。
- 平均功率 (Average power)：在脈衝重複間隔 (pulse repetition interval, PRI) 內的平均功率位準，此計算包含了訊號叢發以及到下一個脈衝之前的時間間隔。
- 脈衝平均功率 (Pulse average power)：僅針對訊號叢發的平均功率位準。
- 波峰因數 (Crest factor)：也稱為峰均功率比 (peak-to-average power ratio, PAPR)，可定義為 PEP 與平均功率或脈衝平均功率的比值。
在選擇功率感測器時，峰值與平均感測器的評估重點截然不同，峰值功率感測器的核心在於其觸發功能，能進行同步化的脈衝量測；因此，評估其效能時，重點在於能否精準捕捉脈衝細節：
- 影像頻寬 (Video Bandwidth)：需足夠寬廣，才能精確追蹤訊號的功率封包。
- 上升時間 (Rise Time)：需足夠快速，才能準確擷取脈衝的上升邊緣。
- 時間解析度 (Time Resolution)：需足夠高，才能清晰驗證脈衝的形狀與時序。
- 波峰因數與統計量測：是用於評估待測元件線性度的重要功能。
相較之下，平均功率感測器的選擇標準就單純許多，由於其任務是量測一段時間內的平均功率，而非瞬時的功率封包，因此影像頻寬和訊號輪廓的追蹤能力便不是主要的考量重點。
引領 RF 與微波功率測試的發展
Boonton RTP5000 系列即時 USB 峰值功率感測器提供領先的效能，能進行 16 項自動化脈衝量測、波峰因數與統計量測，並具備195 MHz 的寬廣影像頻寬、3 ns 的快速上升時間，以及卓越的 100 ps 時間解析度；RTP4000 系列的頻率範圍可低至 4 kHz，提供精確的真實平均功率量測，其結果幾乎不受訊號調變頻寬的影響。
RTP 系列 RF 功率感測器的一些顯著特點包括：
- 即時功率處理 (RTPP) 技術
- 每秒 100,000 次量測的閃電般量測速率
- 同步多通道量測
- 與 PMX40 RF 功率計相容
傳統測試系統的一大延遲瓶頸，在於其循序式的處理架構，在建立訊號軌跡時，它們必須先暫停訊號擷取，才能進行資料處理，這個「量測間隙」便會導致關鍵的訊號細節被遺漏；RTPP 技術則徹底突破了此限制，它採用獨特的平行處理架構，能在持續擷取訊號的同時完成波形取樣與處理，因此完全消除了量測間隙，能捕捉到傳統系統經常錯失的關鍵事件；此技術還可與 Boonton RTP 系列的「量測緩衝模式」應用程式協同運作，實現更長的連續量測視窗。
彈性的系統配置
在系統連接上，RTP 感測器提供兩種彈性配置：可透過 USB 連接至裝有 Boonton Power Analyzer 分析軟體的電腦；或與 Boonton PMX40 RF 功率計搭配，打造專屬的桌上型儀器操作體驗（圖 2）。
應對 RF 通訊與雷達的量測挑戰
Boonton 先進的 RF 功率量測工具提供了所需的功能，以應對如雷達 (radar) 和 Wi-Fi 6/6E 等應用的複雜測試挑戰。
次級監控雷達分析
次級監控雷達 (Secondary Surveillance Radar, SSR) 主要用於空中交通管制 (Air Traffic Control, ATC)，它向配備機載雷達應答器的目標飛機發送詢問訊號，應答器則會回傳編碼後的回覆，依據詢問訊號模式的不同，ATC 可以透過 SSR 確定飛機的識別碼或高度等各種資訊；RTP5000 系列極其快速的上升時間，能夠乾淨地追蹤窄間距 SSR 脈衝的前緣，同時其精細的時間解析度能讓工程師仔細檢視 SSR 的脈衝形狀與時序。
雷達系統必須可靠運作，以維護航空的完整性與安全，因此，長期、即時、無間隙的監控對於偵測訊號異常至關重要，舉例來說，SSR 系統的高 RF 功率位準所產生的熱量，可能會影響功率放大器，最終導致功率下垂 (power droop) 或訊號中斷 (dropout)，而長時距的量測區間，便能有效地發現這些重要的波形事件。
Wi-Fi 6/6E 測試解決方案
Wi-Fi 6 (802.11ax) 是最新一代的 Wi-Fi 標準，其設計目的是為了提升密集無線環境中的效率與速度，PMX40 與 RTP RF 功率感測器能夠克服複雜的 Wi-Fi 6 測試挑戰，並在量測準確度、易用性與成本之間取得最佳平衡。
Wi-Fi 6 採用了如 80 MHz 和 160 MHz 的寬通道頻寬，RTP5000 系列具備目前市面上最寬廣達 195 MHz 的影像頻寬，能夠在不產生削波或犧牲訊號完整性的情況下，捕捉 Wi-Fi 6 訊號的真實峰值，而 Wi-Fi 6E 則將操作頻率範圍擴展至 7.125 GHz。
由於使用多達 1,992 個子載波以及高達 1024-QAM 的調變技術，Wi-Fi 6 訊號通常具有很高的波峰因數值，Boonton 解決方案提供波峰因數量測與統計分析功能，可用於評估元件的線性度；此外，使用者可以輕易地對 Wi-Fi 訊號進行長時間週期的測試、透過標記或時間閘控來鎖定訊號的特定區段，並執行多通道 RF 功率量測。