微波功率计

微波信号功率测量为什么要测量功率？功率测量单位和方法功率计测量功率的优点传感器类型及其特点平均功率测量峰值功率测量时间门功率测量微波功率计的主要技术指标微波功率测量误差分析微波功率计测量原理功率是一个表征能量传输的参数。低频时很容易测量电压（或电流）VRL-+±ZS但在高频时，沿传输线有不同的电压和电流，但功率始终保持常数值。为什么要测量功率？系统的功率输出是衡量系统性能的关键指标。对于大多数射频微波系统，围绕功率的评价贯穿于系统的设计、制造直至进入商业领域流通的整个过程。测量雷达发射机功率可以确定该雷达的作用距离；测量通信系统中功放的发射功率可以确定覆盖地域；振荡源的输出功率、接收机的灵敏度、放大器的增益、无源器件的损耗一般需要测量绝对功率或相对功率，通常我们使用绝对功率测量，但当在比较两个功率的增益或损耗时，我们可用相对功率进行测量，此时的单位为dB。绝对功率的单位：•线性单位：W、mW、V、uV、……•对数单位：dBm、dBuV、……PdBm=10logPmw一个简单规则是每3dBm功率加倍，每-3dBm功率减半。每10dBm为10倍，每–10dBm为1/10。例如：+36dBm是多少？让我们由0dBm开始，我们已经知道它是1mW。+30dBm将是1mW*10*10*10，即1W。30+6dBm是1W*2*2，因此最后结果是4W功率测量单位一般的功率划分：小功率：100mW中功率：100mW~10W大功率：10WCW信号调制信号在整个调制周期上作平均在整个调制周期上作平均脉冲信号平均功和峰值功率测量随着脉冲高功率微波技术的发展，微波脉冲设备在现代电子设备及电子武器中占有重要地位。例如雷达系统、导航系统、数字通信系统和电磁导弹、核武器的发射器等，都需测量其脉冲峰值功率。如果知道特定的波形信息，有时能从平均功率测量计算其它波形信息。例如，如果知道脉冲信号的占空比，就可从平均功率测量确定峰值功率。利用功率计的各种触发特性，如外部TTL兼容触发输入、内部（电平）和GPIB触发，以及进行多个同时的时间选通测量。可设置单独的开始（选通开始）和持续时间（闸门长度），用户在规定的时间周期上能测量平均功率、峰值功率或峰均比。门开始门限长度时间门的峰值功率测量可以使用哪些仪器测量功率？虽然有多种能够测量功率的仪器，但最精确的仪器是功率计。仪器间的主要区别之一是选频测量不是选频测量是功率计不能测量很低功率的原因，大约只能到-70dBm，而频谱分析仪这类仪器如果使用很窄的分辨率带宽，就能测量非常低的功率。频谱分析仪网络分析仪矢量信号分析仪功率计功率测量方法•功率计•精度~4.5%(0.2dB)•频谱分析仪•精度~25%(1.3dB)•网络分析仪•精度~12%(0.5dB)传感器类型：吸收式(热敏式传感器)热敏电阻热电偶、热电堆整流检波式(二极管式)单二极管双二极管多二极管进入传感器的RF功率功率传感器功率计显示DC或低频交流电压！功率计测量原理ADCDSPCPU显示GPIBI/OADC时钟转换信号处理(校准因子，线性处理等)系统控制2通道功率计热电偶式传感器若将热偶的热结点置于高频或微波电磁场中，热偶会吸收RF/微波信号，热结点的温度便上升，并产生与输入功率成正比的热电势。用此热电偶检测出温度差，则温差电势便可以作为吸收功率的量度。特点：动态范围较低（50dB左右），测量速度较慢，结构简单，制造成本低，应用广泛金属#1V+V-金属#2能产生显著热电势的那一对金属称为热电偶。热电偶是利用席贝克效应将热能转换为电势的装置。席贝克效应（也称热电效应）：当两种不同金属的结点的温度被加热到高于其余两个自由端的温度时，在两个自由端之间便会出现直流电势，其大小与冷热的温差成正比。热效应功率传感器，如热敏电阻、热电偶等，其热学时间常数都比矩形脉冲宽度大得多，其响应跟不上脉冲包络的变化，故不能显示脉冲峰值的功率，只能显示稳态时射频中重复周期内的平均功率。二极管式传感器在微波测量中，二极管是一种最常用的信号检波器，经常用它作为信号电平的指示器。二极管通过其非线性的电流—电压特性将高频能量转换成直流。RMS响应DC二极管曲线vi-70-60-50-40-30-20-1001020非平方率平方率功率输入,dBmRF二极管曲线起整流作用的是二阶项和偶数阶项。对于小信号，二阶项起主要作用，因此，二极管常工作在平方率区域，二极管的输出电流（或电压）与输入电压的平方成正比。当输入电压很大，以至于四阶项或更高阶项起主要作用，这时二极管工作的区域成为过渡区域。在过渡区域上的是线性区域。旁路电容器作为一个低通滤波器用于去除任何通过二极管的RF信号包络检测Is反向饱和电流二极管的平方律区0.01mW-70dBmVO线性区dBm0.1nW-20dBmPIN本底噪声约50nv二极管式传感器•优点▫快速响应▫90dB动态范围▫真正RMS仅在“平方率”区域(-70dBmto-25dBm)▫在线性区可以使用“调制平均”方式，计算RMS功率。条件是调制带宽要小于传感器的视频带宽•缺点▫如果调制带宽大于传感器的视频带宽，则不能在非平方率区域测量RMS功率(-25dBm)。至今，能跟上脉冲调制响应的功率传感器主要是晶体二极管（低功率）和真空二极管（高功率），也只适用于周期重复脉冲，不适用于单次微波脉冲的峰值功率或脉冲内总能量的测量。扩展小功率计量程法被测信号衰减器AΓgΓLPGPL功率座K指示器Pbs功率计ΓSPS定向耦合器法该方法是利用小功率计作标准，并与定向耦合器相连接，组合成通过式功率计来测量中、大功率。信号源小功率计匹配负载ACPCPout衰减器法衰减器法是利用小功率计作标准与高功率衰减器组合扩展量程来测量中、大功率。微波功率计配上合适的大功率衰减器，普遍应用于大功率微波信号测量。设定向耦合器的耦合度为C(dB)，方向性为无穷大，标准衰减器两端匹配时，其衰减量为A(dB)，小功率计的观测值为•，终端负载的驻波比为1，则功源的输出功率为•频率范围▫满足各项指标，功率计可靠工作的频率覆盖范围▫主要取决于功率探头•功率测量范围▫最小功率到最大功率的范围•校准源功率准确度▫输出0dBm的准确度•功率线性度▫功率探头的线性度和功率计主机的线性度的合称、▫P1~P2范围内的功率线性的误差值为：R1、R2为功率计测量的功率，P1、P2、R1、R2单位都为dBm•功率探头的阻抗匹配特性▫用反射系数、驻波比或者回波损耗来表示▫测量不确定性的一个重要来源功率计的技术指标仪器不定量+/-1读数功率测量不确定度来源传感器及源阻抗失配误差功率传感器本身造成的误差主机造成的误差失配传感器误差功率主机误差传感器和源阻抗失配通常造成最大的功率测量误差通过了解传感器和源的SWR（驻波比），就能找到失配造成的不确定功率测量误差来源N1914AEPM系列双通道功率计•频率范围：9kHz至110GHz（取决于传感器）•宽动态范围：-70至+44dBm（取决于传感器）•速度：高达400读数/秒•不仅可提供GPIB连通性，还可提供LANLXI-C和USB连通性•增强型用户界面（采用高分辨率彩色显示屏）和数字小键盘•更高的测量通道数：多达三个通道，使用可选的USB主机端口可连接另外两个U2000系列功率传感器•利用可选的外部触发输入/触发输出特性自动进行频率/功率扫描测量主要特性与技术指标AgilentU2020系列功率传感器AgilentUSB功率传感器提供了功率计的峰值功率和平均功率测量能力，且外形紧凑，便于携带。通过即插即用的USB连通性，可以快速对功率传感器进行设置。特性：•测量峰值功率和平均功率•频率范围：50MHz至40GHz（取决于传感器）•广泛的峰值功率动态范围：-30至+20dBm（50dB）•缓冲模式中高达2000个读数/秒的高测量速度•内置触发输入/输出功能，无需使用外部模块或电源•具有内部调零功能，无需进行外部校准U2020X系列USB峰值和平均功率传感器