射頻功率計的工作原理及應用
射頻功率可由兩類儀器來測量:熱偶式功率計和通過式功率計。
原理:
熱偶式測試法是先將射頻功率轉換為熱能,測出其所產生的能量的總和,再將其轉換為相應的功率讀數。在熱偶式測量法中,其測試結果基本上不受信號波形的影響。但熱偶式功率計的成本,物理尺寸,測試響應時間,所需的附件設備,電纜和交流電源都決定了它不能得到廣泛的應用。
通過式功率測量法作為射頻功率測量的工業(yè)標準一直至今,在工程應用及工程計量中,通過式功率計的作用是任何其它功率測試手段所無法替代的。通過式射頻功率計實際上是一種信號激勵裝置,采用了一個無源的二極管射頻傳感器。在同軸線的一側裝有一個定向的,半波二極管檢波電路,并將其接到一個已校正的表頭以讀出有效值功率。檢波電路與傳輸線通過介質耦合,并根據置于傳輸線旁的傳感器的方向取樣出正向和反射功率。
應用:
1、射頻功率的測量
與終端式(熱偶式)功率計不同的是,通過式功率計真實的反映了一個發(fā)射系統中各個截面的正向功率和反射功率。 終端式功率計的輸入阻抗是標準的50Ω。在功率測量中,終端式功率計替代了發(fā)射機的負載,也就是說,終端式功率計將發(fā)射機的負載理想化了。所以說,終端式功率計所測得的結果是發(fā)射機在理想負載時的輸出功率;如果發(fā)射天饋系統的匹配情況良好,則這個結果可以真實反映發(fā)射系統的輸出情況;如果發(fā)射天饋系統的匹配不好(如VSWR>1.5),則終端式功率計不能真實反映發(fā)射系統的情況。
而通過式功率計則不同,它實際上是在傳輸線一側放置了一個耦合探頭,與發(fā)射機的工作波長相比,功率計傳感器的電長度幾乎可以忽略不計。所以只要將通過式功率計置于發(fā)射系統的某個截面,那么得出的結果是這個截面的正向和反射功率(VSWR)。
2、測量無源器件的插入損耗
用二臺通過式功率計可以十分準確的測出一個無源器件的插入損耗,其精度和網絡分析儀的測試結果相當。
這種測量方法的基本原理是替代法。即先將二臺功率計用一只精密的射頻轉接器(如Nf-Nf)直接連接,再用被測器件替代射頻轉接器,分別讀出4個功率讀數,從而計算出被測器件的準確插入損耗值。詳情參見《用功率計測量插入損耗》一文(TRANSCOM文件號:03TF-001-v1.0-AN)。 用這種方法可以準確的測出一個蜂窩基站從發(fā)射機輸出端到天線輸入端的全部插入損耗,這對于基站的維護是有益的。雖然用網絡分析儀也可以單端測量長電纜的插入損耗,但是網絡分析儀必須在同一種介質下測量,而且要準確設定電纜的相速度,否則會產生附加的測試誤差;而用功率計法就不需要知道這些參數,它只是把整個系統(包括跳線、主饋線,避雷器,定向耦合器等)一并當作一個二端口網絡來對待。
3、測量功率放大器的線性
用功率計除了可以測量放大器的功率,增益等指標外,還可以測量放大器的線性。 在現代通信系統中,設計工程師們更關心放大器的線性指標而不是效率指標,這是與系統的工作特性有關的,尤其是在寬帶通信系統(如CDMAWCDMA基站和直放站)中。
放大器的線性通常用IM3來表征,這需要用信號源和頻譜分析儀來搭建一個復雜的測試電路來完成。用通過式功率計也可以測量放大器的線性度,而且方法很簡單:分別測出放大器輸入和輸出端的互補積累分布函數(CCDF),這二個數值越吻合,說明放大器的線性越好。
在用功率計法測量放大器的線性的同時,還能測量放大器的增益和輸出功率;這對于生產線上的快速測試十分有意義。另外放大器的線性度直接影響到發(fā)射機輸出頻譜的純凈程度,因此也是無線電系統工程師的關注點。
和網絡分析儀法相比,用通過式功率計加(失配)負載的方法可以更加準確的測量放大器在大功率狀態(tài)下的輸出駐波比及保護門限。而且還可以提高生產線的測試速度,降低測試成本。
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