無(wú)論是實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)線還是教學(xué)，功率測(cè)量都是必不可少的。那么，如何測(cè)試射頻功率呢？今天安泰考試就和大家分享一下。

在無(wú)線電發(fā)展初期，測(cè)試工程師面對(duì)的大多是連續(xù)波、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相或脈沖信號(hào)，都是有規(guī)律的。比如連續(xù)波調(diào)頻或調(diào)相信號(hào)(如圖1)的功率測(cè)量就很簡(jiǎn)單，只需要測(cè)量平均功率即可。調(diào)幅信號(hào)的功率(如圖2所示)與其調(diào)制深度有關(guān)，而脈沖信號(hào)的特性則用脈沖寬度和空的比值來(lái)表示。對(duì)于上述模擬或模擬調(diào)制信號(hào)，平均功率和峰值功率基本上是射頻功率測(cè)量的關(guān)注點(diǎn)。

現(xiàn)在，尤其是90年代以后，數(shù)字通信開(kāi)始迅速發(fā)展，射頻功率測(cè)量的重點(diǎn)開(kāi)始有所改變。由于數(shù)字調(diào)制信號(hào)(如圖3所示)的包絡(luò)是不規(guī)則的，其最大和最小電平會(huì)隨機(jī)變化，變化量非常大。為了描述這類信號(hào)的特性，引入了一些新的描述方法，如導(dǎo)頻功率、突發(fā)功率、信道功率等。許多傳統(tǒng)的功率計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足數(shù)字信號(hào)功率測(cè)量的要求，一些功率測(cè)量任務(wù)由頻譜分析儀來(lái)完成。

下面介紹幾種常見(jiàn)的射頻功率測(cè)量方法。在此之前，我們需要明確一點(diǎn)——頻域測(cè)量中為什么要用功率來(lái)描述信號(hào)強(qiáng)度，而不是時(shí)域測(cè)量中常用的電壓和電流？那是因?yàn)樵谏漕l電路中，由于傳輸線上的駐波，電壓和電流失去了唯一性，所以射頻信號(hào)的大小一般用功率來(lái)表示，國(guó)際上通行的功率單位是W、mW、dBm。

頻譜分析儀和功率計(jì)都可以測(cè)量射頻功率，其中功率計(jì)分為吸收式功率計(jì)和穿透式功率計(jì)。

同樣，對(duì)于功率測(cè)量，不同的測(cè)試儀器和方法有不同的側(cè)重點(diǎn)。

射頻功率的測(cè)量方法:

頻譜分析儀測(cè)量

吸收功率測(cè)量

傳遞功率測(cè)量

1、頻譜分析儀測(cè)量

頻譜分析儀(以下簡(jiǎn)稱頻譜儀)是頻域的基本測(cè)量?jī)x器。圖4顯示了使用數(shù)字中頻技術(shù)的光譜儀的基本工作原理。通過(guò)低通濾波器后，被測(cè)信號(hào)進(jìn)入混頻器，同時(shí)與進(jìn)入混頻器的本振信號(hào)混頻。因?yàn)榛祛l器是非線性器件，會(huì)產(chǎn)生互調(diào)信號(hào)。落入濾波器的信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC，然后依次進(jìn)入中頻濾波器、包絡(luò)檢波器、視頻濾波器、視頻檢波器，最后在屏幕上顯示軌跡。

測(cè)量射頻功率參數(shù)時(shí)，頻譜儀具有以下特性:

1)頻譜分析儀可以測(cè)量幅度極小的射頻信號(hào)，這取決于頻譜分析儀的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)——DANL(顯示平均噪聲級(jí))，中文的“顯示平均噪聲級(jí)”，比如RIGOL公司的DSA875可以達(dá)到-161dBm/Hz。圖5為DSA875對(duì)頻率為999MHz，功率為-130dBm的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果，信號(hào)清晰可見(jiàn)。

2)頻譜分析儀的幅度測(cè)量范圍很廣，從DANL到安全輸入電平+20 dBm甚至+30dBm，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)190 dB！目前市場(chǎng)上的功率表最大動(dòng)態(tài)范圍基本都在100 dB以內(nèi)，比如:

德國(guó)公司的nrp8:–70 dBm至+23 dBm

美國(guó)某公司u 2041 xa:–70 dBm至+26 dBm

3)頻譜儀可以測(cè)量信號(hào)的頻率成分，并且可以進(jìn)行窄帶測(cè)量。比如RIGOL公司的DSA875，具有信道功率、導(dǎo)頻功率等高級(jí)測(cè)量功能，如圖6、7所示。

4)頻譜儀可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)載頻信號(hào)，觀察信號(hào)頻譜儀的分布。

2.吸收功率測(cè)量

吸收功率計(jì)是一種常用的微波和射頻功率測(cè)量器件，其工作原理如圖8所示(二極管檢波器功率計(jì))。被測(cè)信號(hào)首先進(jìn)入功率計(jì)，功率計(jì)的電路可以由熱敏電阻、熱電偶或二極管檢波器組成。功率表由三個(gè)測(cè)量通道組成，分別測(cè)量不同功率大小的信號(hào)，經(jīng)數(shù)字處理后將功率值顯示給功率表主機(jī)或計(jì)算機(jī)軟件?，F(xiàn)在越來(lái)越多的顯示部分由軟件實(shí)現(xiàn)(圖9)。

吸收式功率計(jì)具有以下特點(diǎn):

1)在常見(jiàn)的微波和射頻功率測(cè)量?jī)x器中，吸收式功率計(jì)的幅度測(cè)量精度最高；

2)動(dòng)態(tài)范圍一般小于100 dB；

3)無(wú)法測(cè)量高功率，通常測(cè)量上限約為+30 dBm(1 W)。如果需要擴(kuò)大測(cè)量范圍，就需要一個(gè)外部衰減器。

4)可以測(cè)量各種調(diào)制信號(hào)的平均功率、峰值功率、突發(fā)功率、脈沖寬度和上升/下降時(shí)間；

5)不可能像光譜儀一樣測(cè)量信號(hào)的頻率成分；

6) VSWR無(wú)法測(cè)量。

鑒于吸收式功率計(jì)的這些特點(diǎn)，作為實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)設(shè)備，它被廣泛用于校準(zhǔn)信號(hào)源和光譜儀。

3.通過(guò)測(cè)量

通過(guò)功率測(cè)量是吸收式功率測(cè)量方法的擴(kuò)展應(yīng)用，解決了吸收式功率計(jì)在測(cè)量大功率和VSWR時(shí)的局限性。通過(guò)功率測(cè)量的最大意義在于可以測(cè)量放大器或發(fā)射機(jī)在大功率狀態(tài)下與負(fù)載的匹配。提到便攜式功率表，很多人會(huì)想到一款產(chǎn)品——Bird 43(圖10)，它是由Bird公司于1952年發(fā)明的，至今仍在生產(chǎn)和應(yīng)用。

定向耦合器是直通功率計(jì)的核心器件。VSWR可以通過(guò)測(cè)量直通功率計(jì)的正向功率和入射功率來(lái)計(jì)算。這種測(cè)量方法具有以下特點(diǎn):

1)通過(guò)式功率計(jì)具有高功率測(cè)量能力；

2)不能測(cè)量小振幅的功率；

3)直通功率計(jì)受定向耦合器帶寬限制，測(cè)量帶寬遠(yuǎn)小于光譜儀和吸收功率計(jì)；

4)直通功率計(jì)可以測(cè)量發(fā)射機(jī)與負(fù)載(天線)之間的高功率匹配。

通過(guò)本文的介紹可以看出，在射頻功率的測(cè)量中，頻譜儀在靈活性和應(yīng)用范圍上具有先天優(yōu)勢(shì)，吸收式功率計(jì)的精度最高，通過(guò)式功率計(jì)更傾向于測(cè)量大功率信號(hào)。

以上是安泰測(cè)試分享的如何進(jìn)行射頻功率測(cè)試。希望對(duì)你有幫助。編輯:付干江

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