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三分钟让您成为射频功率丈量专家

自从第一台无线电发射机诞生之日起,工程师们就开始关心射频功率测量问题,知道今天这依然是个热门话题。无论是在实验室,产线上还是教学中

自从第一台无线电发射机诞生之日起,工程师们就开端关怀射频功率丈量问题,知道今日这依然是个热门话题。无论是在实验室,产线上仍是教育中,功率丈量都是必不可少的。

在无线电开展初期,测验工程师所面临的大多数是接连波、调幅、调频、调相或脉冲信号,这些信号都是有规则可循的。例如,接连波(如图1)调频或调相信号的功率丈量都是很简单,只需求丈量其均匀功率;调幅信号(如图2)的功率与其调制深度有关,而脉冲信号的特性是以脉冲宽度和占空比来表达。关于以上这些模仿或模仿调制信号,射频功率测量所关怀的根本上都是均匀功率和峰值功率。

而现在,特别是20世纪90年代今后,数字通信开端快速开展,射频功率测量的要点也开端有些改变。因为数字调制信号(如图3)的包络无规则可循,其最大和最小电平会随机改变,而且改变量很大。为了描绘这类信号的特征,引入了一些新的描绘办法,如领道功率,突发功率,通道功率等。许多传统的功率计现已无法满意数字信号功率的丈量要求,一部分功率丈量的使命现已开端由频谱剖析仪来完结。

下面咱们介绍常见的几种射频功率测量办法,在此之前咱们还需求清晰一件事——在频域测验丈量中,为什么习气以功率来描绘信号强度,而不是像时域测验丈量中常用的电压和电流?那是因为在射频电路中,因为传输线上存在驻波,电压和电流失去了唯一性,所以射频信号的巨细一般用功率来表明,世界通用的功率单位为W,mW,dBm。

频谱剖析仪和功率计都是能够丈量射频功率的,其间功率计又分为吸收式功率计与经过式功率计两种。

同样是功率丈量,不同的测验仪器和测验办法所重视的要点是不同的。

射频功率的丈量办法:

· 频谱剖析仪丈量
· 吸收式功率丈量
· 经过式功率丈量

1、频谱剖析仪丈量

频谱剖析仪(以下简称频谱仪)是一种根底的频域测验丈量仪器,图4为选用数字中频技能频谱仪的根本作业原理。被测信号经过低通滤波器后进入混频器,与一起进入混频器的本地振荡器信号进行混频。因为混频器对错线性器材,所以会发生互调信号,落入滤波器的信号经过ADC,再顺次进入中频滤波器,包络检波器,视频滤波器,视频检波器,最终将轨道显现在屏幕上。

在进行射频功率参数丈量时,频谱仪具有以下特色:

1)频谱仪能够丈量极小起伏的射频信号,这取决于频谱仪的一项要害目标-DANL(Displayed Average Noise Level),中文“显现均匀噪声电平”,例如RIGOL公司DSA875该目标可达-161dBm/Hz,图5为DSA875丈量一个频率999MHz,功率-130dBm的信号成果,信号清晰可见,这是任何功率计所望尘莫及的。

2)频谱仪有很大的起伏丈量规模,能够从DANL到安全输入电平+20 dBm乃至+30dBm,动态规模可达190 dB!而现在市面上功率计最大动态规模根本上都在100 dB以内,如:

德国某公司NRP8S: –70 dBm 到+23 dBm

美国某公司U2041XA: –70 dBm 到+26 dBm

3)频谱仪能够丈量信号的频率重量,而且能够进行窄带丈量。例如RIGOL公司的DSA875具有的信道功率与领道功率等高档丈量功用,如图6,图7。

4)频谱仪能够一起丈量多载频信号,调查信号频谱仪散布。

2、吸收式功率丈量

吸收式功率计是常用的微波与射频功率丈量设备,其作业原理如图8(二极管检波器功率计)所示。被测信号首要进入功率计,功率计电路可选用热敏电阻,热电偶或二极管检波器等不同方法构成,功率计内部由3路丈量通道组成,别离丈量不同功率巨细的信号,经过数字处理后将功率值显现到功率计主机或是电脑软件中,现在越来越多的显现部分选用软件来完成(如图9)。

吸收式功率计有以下特色:

1)在常见的微波与射频功率丈量仪器中,吸收式功率计的起伏丈量精度是最高的;
2)动态规模一般不会超越100 dB;
3)不能丈量大功率,一般丈量上限在+30 dBm(1 W)左右,假如需求扩展丈量规模,则需求外接衰减器;
4)能够丈量各种调制信号的均匀功率、峰值功率、突发功率、脉冲宽度、上升/下降时间;
5)不能像频谱仪相同丈量信号的频率重量;
6)不能丈量VSWR。

鉴于吸收式功率计的这些特色,其作为实验室校准设备,用来校准信号源和频谱仪的使用较多。

3、经过式丈量

经过式功率丈量是对吸收式功率丈量法的一种扩展使用,处理了吸收式功率计丈量大功率和VSWR的局限性。经过式功率丈量最大的含义便是能够丈量放大器或发射机在大功率状态下与负载的匹配。说到经过式功率计,许多人会联想到一个产品——Bird 43(图10),由Bird公司1952年创造,至今仍在生成与使用。

经过式功率计的中心器材是定向耦合器,经过丈量经过功率计的正向功率与反射功率计算出VSWR,这种丈量办法有以下特色:

1)经过式功率计具有大功率丈量才能;
2)不能丈量起伏很小的功率;
3)经过式功率计遭到定向耦合器的带宽约束,丈量带宽相对频谱仪与吸收式功率计要小许多;
4)经过式功率计能够丈量发射机与负载(天线)之间的大功率匹配。

经过本文的介绍可见,在射频功率丈量中,频谱仪在灵活性,适用规模具有先天的优势,吸收式功率计精度最高,经过式功率计则更倾向于大功率信号丈量。

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