精確產(chǎn)生射頻微波功率的解決方案

1、精確產(chǎn)生射頻微波功率的解決方案精確產(chǎn)生射頻、微波功率的解決方案來源：互聯(lián)網(wǎng)電平控制探頭可以精確產(chǎn)生所需要的信號功率，可用于頻譜儀、接收機(jī)等儀器的計量，也可以用于精確的系統(tǒng)增益評估等應(yīng)用。 傳統(tǒng)的校準(zhǔn)解決方案都是采用外置功分器并外接功率計的方式來實現(xiàn)精確功率的產(chǎn)生。一、精確控制輸出功率的傳統(tǒng)解決方案信 號源的真實輸出功率總會隨著時間、頻率有微小的變化， 要使到達(dá)被測件的功率盡可能精確，就需要實時地對輸出功率進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)的功率探頭無法單獨完 成這樣的工作，必須外接功分器來實現(xiàn)，如圖 1 所示，其中 UUT 為被測單元， 如接收機(jī)、頻譜儀或者需要精準(zhǔn)功率的射頻微波模塊。圖 1.外接功分器的解

2、決方案圖 2. 實時監(jiān)控 UUT輸入功率值的測試配置二、 NRP系列功率探頭的優(yōu)勢傳統(tǒng)的功率測量必須具備功率計主機(jī)以及不同頻率和功率測試范圍的功率探頭，才能完成測試，在測試前還需要用一個0dBm的校準(zhǔn)信號進(jìn)行功率計校準(zhǔn)。R&S NRP系列功率探頭采用了全新的智能功率測量技術(shù)， 探頭本身就是一臺功率計， 探頭后面的連接線僅用來傳輸測試數(shù)據(jù)， 實現(xiàn)了功率測量和數(shù)據(jù)處理的一體化，測 量前只需在探頭空載時進(jìn)行清零操作，便可開始精確的功率測量，可以測量平均功率、時隙功率、突發(fā)功率等，如果采用 NRP-Z81峰值探頭，還可以實現(xiàn)峰值 功率測量，可測量的最小脈沖分辨率達(dá)到了12.5ns ，最大帶寬為

3、30MHz。先進(jìn)的技術(shù)使得 NRP系列功率探頭的應(yīng)用更為方便靈活，典型應(yīng)用方式為以下三種：a) 可以直接連接功率計主機(jī)，得到功率測試結(jié)果；b) 通過 USB接口與 PC相連，使用軟件 NRPview或編程實現(xiàn)功率測量；c) 連接 R&S 公司的信號源、頻譜儀、矢網(wǎng)、接收機(jī)等儀器，實現(xiàn)功率測量。三、 R&S 電平控制探頭的解決方案及應(yīng)用R&S NRP-Z28（頻率范圍 10MHz18GHz）、NRP-Z98（頻率范圍 9kHz6GHz）系列電平控制探頭，包括了一個低反射系數(shù)的功分器， 和一個多通道的二極管功率探頭， 探頭結(jié)構(gòu)及其工作原理可參見圖 3，射頻輸入信號經(jīng)過功分器

4、，一路輸出到射頻輸出，另一路到內(nèi)置的功率探頭內(nèi)， 實現(xiàn)精確的功率測量，然后測試數(shù)據(jù)通過 USB接口輸出。R&S NRP-Z28/Z98系列探頭把功分器和功率探頭很好地結(jié)合在一起， 減少了外部功分器的連接不便與不確定性因素。 同時，由于 NRP系列探頭的測量與數(shù)據(jù) 處理一體化優(yōu)勢，可以直接將探頭 USB輸出連接到SMU200A/SMJ/SMATE/SMA/SMB/SMF等R&S公司的數(shù)字、射頻、微波信 號源上。可直接在信號源界面上完成電平的精確測量和調(diào)整， 確保到達(dá)被測單元的功率值的精確性。圖 3. R&S NRP-Z28/Z98 的結(jié)構(gòu)及其工作原理在 圖 4 中可以看到

5、，而如果沒有NRP-Z28/Z98的修正，信號源輸出功率隨著頻率變化可能有零點幾 dB 的偏差（藍(lán)色曲線），該偏差由于信號源頻率響應(yīng)或 端口駐波的影響而產(chǎn)生，無法滿足精確測量的要求， 而采用電平控制探頭可以精確的對信號源頻響和端口駐波的影響進(jìn)行補(bǔ)償，圖中上面的粉紅色曲線是經(jīng)過NRP-Z28/Z98修正后的電平輸出 ( 粉紅色曲線 ) 非常精確穩(wěn)定。圖 4.帶電平修正和不帶電平修正的差別NRP-Z28/Z98與信號源有兩種連接方式，在圖 5 中，左邊是帶功率計主機(jī)的方式， 右邊是直接連接信號源的方式，第二種連接更為簡單方便，可以直接在信號源的屏幕上進(jìn)行精確的電平調(diào)節(jié)，操作界面如圖 6 所示。圖

6、5.兩種電平控制探頭的連接方法圖 6. 在信號源 SMU界面直接進(jìn)行功率的測量與調(diào)節(jié)四、保證測試準(zhǔn)確度由 于反射系數(shù)的影響，會引入測量的不確定度， NRP系列探頭可以把反射系數(shù)考慮進(jìn)去，對結(jié)果進(jìn)行伽馬（ ）修正， NRP-Z28/Z98探頭與 UUT之間的 失配不確定度可以進(jìn)一步減小。反射系數(shù) 對測試結(jié)果有影響，有反射存在時，功率計測量的功率值與發(fā)射功率并不相等， 此時存在反射功率 P .圖 7.反射系數(shù)對測量結(jié)果的影響描述復(fù)數(shù)阻抗輸入端反射波的幅度和相位。負(fù)載端的反射系數(shù)用 L 描述，信號源端的反射系數(shù)用 G描述，則入射功率 Pi 與發(fā)射功率 PGZ0 之間的關(guān)系如下，用描述反射系數(shù)的幅度，

7、 這樣入射功率與信號源發(fā)射功率之間滿足如下關(guān)系式， 該關(guān)系式就代表了輸入功率的不確定度。如果要對反射特性進(jìn)行修正， 則必須知道源和負(fù)載的反射系數(shù)， 探頭端的反射系數(shù)由探頭自身給出，信號源的反射系數(shù)可以用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量 S11 參數(shù)得到，伽馬修正的實現(xiàn)原理如圖8 所示。圖 8. NRP 功率計伽馬修正的實現(xiàn)如果在 NRP-Z28/Z98探頭與 UUT之間還存在轉(zhuǎn)接頭、衰減器或其它連接電纜等二端口網(wǎng)絡(luò)，還可以用去嵌入方式實現(xiàn) S 參數(shù)修正，其修正原理如圖 9 所示，該二端口網(wǎng)絡(luò)的 4 個 S 參數(shù)可以用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量得到一個 S2P文件來描述，再通過 USB接口把 S2P文件下載到探頭中，完成測試結(jié)果的 S 參數(shù)修正。圖 9. NRP 功率計 S 參數(shù)修正的實現(xiàn)與普通的 NRP終端式功率探頭類似，NRP-Z28/Z98系列電平控制探頭的 S 參數(shù)修正的實現(xiàn)如