微波信號功率的測量演示文稿

微波信號功率的測量演示文稿當前1頁，總共45頁。優(yōu)選微波信號功率的測量當前2頁，總共45頁。7.1功率測量概述主要內容：功率的定義和單位功率方程微波功率測量的一般電路當前3頁，總共45頁。一、功率的基本定義:當前4頁，總共45頁。1.平均功率：信號在一個周期內能量變化的平均速率。瞬時信號的平均功率由下式給出：

通常功率定義為在所包含最低頻率的多個周期上，單位時間所傳輸能量的平均值。

當前5頁，總共45頁。AveragePowertimeAverageoverseveralmodulationcyclesAverageovermanypulserepetitions當前6頁，總共45頁。

如果被測信號的電壓和電流是連續(xù)的正弦波（CW），那么其平均功率的表達式為：

P=V×I×cosθ式中，P為平均功率；V為電壓的均方值；I為電流的均方值；θ為電壓與電流的相位差。在實際測量中，用于接受功率的功率傳感器表現(xiàn)為一個純電阻負載，所以上述公式變?yōu)椋?/p>

P=V2/R或P=I2×R1.平均功率：當前7頁，總共45頁。

另外，也可將功率傳感器設計成“均方值”響應傳感器。如果一個被測信號包含有很多頻譜分量，那么該傳感器將對所有頻譜分量給出如下響應：

P=(V12+V22+…+Vn2)/R

該式表明響應的總功率是多個正弦信號功率分量之和，這些譜分量可能是某種信號的調制邊帶、諧波或其他一些頻率分量。1.平均功率：當前8頁，總共45頁。2.脈沖功率在脈沖持續(xù)時間內取平均功率，其表達式：3.峰值功率：指在載頻周期內，占有脈沖功率包絡線最大值處的微波功率的平均值。峰值功率PPP可直接測量，或根據平均功率Pav、占空系數(shù)Q和脈沖波形系數(shù)K用下式計算確定：

Ppp=PavT/τ當前9頁，總共45頁。TypesofPowerMeasurementsAveragePower

PulsePower

PeakEnvelopePower

CWRFsignalPulsedRFsignalGaussianpulsesignal當前10頁，總共45頁。一個更為方便的單位是dBm──它是相對于1mW，以dB為單位的功率級。因此0dBm是1mW。例如+36dBm是多少？讓我們由0dBm開始，我們已經知道它是1mW。+30dBm將是1mW*10*10*10，即1W。+6dBm是1W*2*2，因此最后結果是4W。-23dBm是多少？使用同樣方法從1mW開始，-20dBm是10μW。-3dBm將減半，因此最后結果是5μW二、功率的單位：瓦當前11頁，總共45頁。我們通常在SI單位制中規(guī)定功率單位為W。這是一種絕對測量。有時以比率說明功率更為方便。特別是涉及比較2個功率級的增益或損耗時。這是用分貝（dB）表示的相對功率概念。用分貝單位表示增益或損耗有二個優(yōu)點──它是容易表示大數(shù)（或小數(shù)）的計數(shù)法。此外，幾級級聯(lián)網的總效應可以用相加dB單位的簡單方法代替線性值相乘。二、功率的單位：瓦當前12頁，總共45頁。

在功率測量中，功率常常被定義為一種在系統(tǒng)或系統(tǒng)元件之間傳遞的能量之比。兩種主要的功率測量類型：一種是傳送功率測量，即功率計或測量技術用于確定從信號源到負載的傳送功率；另一種是接受功率測量即功率計或測量技術用于接收并測量被測信號功率。三、微波功率測量的一般電路當前13頁，總共45頁。接收變換器測量裝置讀數(shù)裝置P接收變換器測量裝置讀數(shù)裝置P至負載終端式(吸收式）功率計的結構圖通過式功率計的結構圖當前14頁，總共45頁。

四.功率方程

功率方程是功率測量線路中正確分析待測功率值的基礎。如圖表示了信號源和負載之間的功率傳輸關系。信號源負載ΓgΓLbabg當前15頁，總共45頁。

bg代表信號源能向無反射負載提供的信號波幅；入射到負載的入射波a為：入射波功率Pin為：當前16頁，總共45頁。同理，負載反射的功率Pr為：因此，信號源傳輸?shù)饺我庳撦d上的凈功率為：當前17頁，總共45頁。

當ΓL=Γg*時（共軛匹配），此時信號源傳輸?shù)截撦d上的功率最大，PA稱為資用功率，它表明信號源可能輸出的最大功率。上式即為功率關系式。當前18頁，總共45頁。7.2微波功率計測量原理7.2.1測輻射熱式功率計利用某些溫度敏感元件的電阻隨所加的高頻功率或電壓、電流的大小而變化的效應，可構成功率計?；驹恚簻y輻射熱式功率計主要由指示器(一般為電橋)和測輻射熱器傳感器組成。測輻射熱器傳感器是對溫度極其敏感的電阻器件。當它吸收功率以后，溫度便會升高，隨之它的電阻也發(fā)生相應變化，使用電橋電路，可以檢測出電阻的變化，從而可確定它所吸收的功率。當前19頁，總共45頁。7.2.1測輻射熱式功率計EPrfV當前20頁，總共45頁。一.測熱電阻元件

1.鎮(zhèn)流電阻當前21頁，總共45頁。2.熱敏電阻當前22頁，總共45頁。3.薄膜電阻當前23頁，總共45頁。電橋法測量微波小功率原理平衡式電橋平衡式電橋的基本電路如圖所示：當前24頁，總共45頁。

假設高頻功率與直流（或低頻）功率對測熱電阻有同樣發(fā)熱效果，則被測功率Pin應等于先后兩次平衡時Rb所吸收的直流功率之差，即因為兩次平衡時Rb均等于R，于是當前25頁，總共45頁。2.

自平衡電橋當前26頁，總共45頁。3.直流溫度補償雙自平衡電橋原理當前27頁，總共45頁。7.2.2熱電偶式功率計兩個優(yōu)點：1）高靈敏度；2）平方律的特性當前28頁，總共45頁。TheprinciplesbehindthethermocoupleVhHotjunctionMetal1Metal2-+V1-+V2-+12hV=V+V-V0V0當前29頁，總共45頁。席貝克效應（或熱電效應）：當兩種不同金屬的節(jié)點的溫度被加熱到高于其余兩個自由端的溫度時，在兩個自由端之間便會出現(xiàn)直流電勢，其大小與冷熱端的溫差成正比。當前30頁，總共45頁。鉍一銻薄膜式熱偶

當前31頁，總共45頁。熱電偶當前32頁，總共45頁。7.2.3微波晶體二極管式功率計晶體管檢波的原理一般金屬—半導體結二極管的伏安特性為其中Is為反響飽和電流；q為電子電荷；k為波爾茲曼常數(shù)；T為熱力學溫度。當前33頁，總共45頁。VsCbRmatchingRsVo+-[watts]SquareLawRegionofDiodeSensor0.01mW-70dBmVO(log)LinearRegion0.1nW-20dBmVoμPINPIN當前34頁，總共45頁。當前35頁，總共45頁。改進的功率傳感器更寬的動態(tài)范圍當前36頁，總共45頁。量熱計法測量微波小功率借測量微波功率在負載中消耗時所產生的熱量來測量微波功率，是一種最基本、最古老的方法。工作方式：靜止式媒質是固體，液體或氣體流動式媒質是水或油功率傳感元件：干負載小、中、大功率測量流體負載中、大功率測量當前37頁，總共45頁。由熱力學原理，該系統(tǒng)的熱平衡方程為：C1θ1PGC2,θ2設C1>>C2，則兩者之間的溫差θ為：當前38頁，總共45頁。式中τ=C1/G，熱時間常數(shù)；θs=P/G，穩(wěn)態(tài)溫差。可見，θ=θs（t→∞）~P。當前39頁，總共45頁。7.3微波大、中功率測量擴展小功率計量程法（1）衰減器法信號源衰減器功率座指示器PAPLPsAΓLΓgΓs

假定系統(tǒng)處于匹配狀態(tài)，即Γs=ΓL=Γg=0，A準確已知，則當前40頁，總共45頁。（2）定向耦合器法

當前41頁，總共45頁。2.流體量熱計法當前42頁，總共45頁。

一、測量射頻脈沖重復周期內的平均功率法設脈沖為矩形，寬度為τ，重復周期為T（=1/f）。用連續(xù)波功率計測出脈沖的平均功率Pav，有

Pav=τPpp/T

Ppp