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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)三種射頻功率測(cè)量方法自從第一臺(tái)無(wú)線電發(fā)射機(jī)誕生之日起,工程師們就開(kāi)始關(guān)心射頻功率測(cè)量問(wèn)題,直到今天依然是個(gè)熱門話題。無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)線,還是教學(xué)中,功率測(cè)量都是必不可少的。在無(wú)線電發(fā)展初期,測(cè)試工程師所面對(duì)的大多數(shù)是連續(xù)波、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相或脈沖信號(hào),這些信號(hào)都是有規(guī)律可循的。例如,連續(xù)波(如圖1)調(diào)頻或調(diào)相信號(hào)的功率測(cè)量都是很簡(jiǎn)單,只需要測(cè)量其平均功率;調(diào)幅信號(hào)(如圖2)的功率與其調(diào)制深度有關(guān),而脈沖信號(hào)的特性是以脈沖寬度和占空比來(lái)表達(dá)。對(duì)于以上這些模擬或模擬調(diào)制信

2、號(hào),射頻功率測(cè)量所關(guān)心的基本上都是平均功率和峰值功率。而現(xiàn)在,特別是20世紀(jì)90年代以后,數(shù)字通信開(kāi)始快速發(fā)展,射頻功率測(cè)量的重點(diǎn)也開(kāi)始有些變化。因?yàn)閿?shù)字調(diào)制信號(hào)(如圖3)的包絡(luò)無(wú)規(guī)律可循,其最大和最小電平會(huì)隨機(jī)變化,而且變化量很大。為了描述這類信號(hào)的特征,引入了一些新的描述方法,如領(lǐng)道功率、突發(fā)功率、通道功率等。很多傳統(tǒng)的功率計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足數(shù)字信號(hào)功率的測(cè)量要求,一部分功率測(cè)量的任務(wù)已經(jīng)開(kāi)始由頻譜分析儀來(lái)完成。下面我們介紹常見(jiàn)的幾種射頻功率測(cè)量方法,在此之前我們還需要明確一件事在頻域測(cè)試測(cè)量中,為什么習(xí)慣以功率來(lái)描述信號(hào)強(qiáng)度,而不是像時(shí)域測(cè)試測(cè)量中常用的電壓和電流?那是因?yàn)樵谏漕l電路中,由于

3、傳輸線上存在駐波,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)際通用的功率單位為W、mW、dBm。頻譜分析儀和功率計(jì)都是可以測(cè)量射頻功率的,其中功率計(jì)又分為吸收式功率計(jì)與通過(guò)式功率計(jì)兩種。同樣是功率測(cè)量,不同的測(cè)試儀器和測(cè)試方法所關(guān)注的重點(diǎn)是不同的。射頻功率的測(cè)量方法有三種:頻譜分析儀測(cè)量;吸收式功率測(cè)量;通過(guò)式功率測(cè)量。1. 頻譜分析儀測(cè)量頻譜分析儀(以下簡(jiǎn)稱頻譜儀)是一種基礎(chǔ)的頻域測(cè)試測(cè)量?jī)x器,圖4為采用數(shù)字中頻技術(shù)頻譜儀的基本工作原理。被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器后進(jìn)入混頻器,與同時(shí)進(jìn)入混頻器的本地振蕩器信號(hào)進(jìn)行混頻。由于混頻器是非線性器件,所以會(huì)產(chǎn)生互調(diào)信號(hào),落入濾波器的信

4、號(hào)經(jīng)過(guò)ADC,再依次進(jìn)入中頻濾波器,包絡(luò)檢波器,視頻濾波器,視頻檢波器,最后將軌跡顯示在屏幕上。在進(jìn)行射頻功率參數(shù)測(cè)量時(shí),頻譜儀具有以下特點(diǎn):1) 頻譜儀可以測(cè)量極小幅度的射頻信號(hào),這取決于頻譜儀的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)DANL(Displayed Average Noise Level),中文“顯示平均噪聲電平”。圖5為測(cè)量一個(gè)頻率999MHz,功率-130dBm的信號(hào)結(jié)果,信號(hào)清晰可見(jiàn),這是任何功率計(jì)所望塵莫及的。2) 頻譜儀有很大的幅度測(cè)量范圍,可以從DANL到安全輸入電平+20 dBm甚至+30dBm,動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)190 dB!而目前市面上功率計(jì)最大動(dòng)態(tài)范圍基本上都在100 dB以內(nèi),如:德國(guó)某

5、公司NRP8S: 70 dBm 到+23 dBm;美國(guó)某公司U2041XA: 70 dBm 到+26 dBm。3) 頻譜儀可以測(cè)量信號(hào)的頻率分量,并且可以進(jìn)行窄帶測(cè)量。如圖6,圖7。4) 頻譜儀可以同時(shí)測(cè)量多載頻信號(hào),觀察信號(hào)頻譜儀分布。2. 吸收式功率測(cè)量吸收式功率計(jì)是常用的微波與射頻功率測(cè)量設(shè)備,其工作原理如圖8 (二極管檢波器功率計(jì)) 所示。被測(cè)信號(hào)首先進(jìn)入功率計(jì),功率計(jì)電路可采用熱敏電阻,熱電偶或二極管檢波器等不同方式構(gòu)成,功率計(jì)內(nèi)部由3路測(cè)量通道組成,分別測(cè)量不同功率大小的信號(hào),經(jīng)過(guò)數(shù)字處理后將功率值顯示到功率計(jì)主機(jī)或是電腦軟件中,現(xiàn)在越來(lái)越多的顯示部分采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) (如圖9)。吸

6、收式功率計(jì)有以下特點(diǎn):1) 在常見(jiàn)的微波與射頻功率測(cè)量?jī)x器中,吸收式功率計(jì)的幅度測(cè)量精度是最高的;2) 動(dòng)態(tài)范圍一般不會(huì)超過(guò)100 dB;3) 不能測(cè)量大功率,通常測(cè)量上限在+30 dBm(1 W)左右,如果需要擴(kuò)展測(cè)量范圍,則需要外接衰減器;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、上升/下降時(shí)間;5) 不能像頻譜儀一樣測(cè)量信號(hào)的頻率分量;6) 不能測(cè)量VSWR。鑒于吸收式功率計(jì)的這些特點(diǎn),其作為實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)設(shè)備,用來(lái)校準(zhǔn)信號(hào)源和頻譜儀的應(yīng)用較多。3. 通過(guò)式測(cè)量通過(guò)式功率測(cè)量是對(duì)吸收式功率測(cè)量法的一種擴(kuò)展應(yīng)用,解決了吸收式功率計(jì)測(cè)量大功率和VSWR的局限性。通過(guò)式功率測(cè)量最大的意義就是可以測(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。提到通過(guò)式功率計(jì),很多人會(huì)聯(lián)想到一個(gè)產(chǎn)品Bird 43(圖10),由Bird公司1952年發(fā)明,至今仍在生成與應(yīng)用。通過(guò)式功率計(jì)的核心器件是定向耦合器,通過(guò)測(cè)量通過(guò)功率計(jì)的正向功率與反射功率計(jì)算出VSWR,這種測(cè)量方法有以下特點(diǎn):1) 通過(guò)式功率計(jì)具有大功率測(cè)量能力;2) 不能測(cè)量幅度很小的功率;3) 通過(guò)式功率計(jì)受到定向耦合器的帶寬限制,測(cè)量帶寬相對(duì)頻譜儀與吸收式功率計(jì)

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