射频通过式功率计的应用.pdfVIP

射频通过式功率计的应用 一、通过式功率计的工作原理 射频功率可由两类仪器来测量：热偶式功率计和通过式功率计。 1.1 热偶功率计 热偶式测试法是先将射频功率转换为热能，测出其所产生的能量的总和，再将其转换为 相应的功率读数 （瓦特）。在热偶式测量法中，其测试结果基本上不受信号波形的影响。但 热偶式功率计的成本，物理尺寸，测试响应时间，所需的附件设备，电缆和交流电源都决定 了它不能得到广泛的应用。 1.2 通过式功率计 早在 1952 年，BIRD 公司的创始人 J. Raymond Bird 发明了通过式功率计原理 ——Thruline®技术。从此，通过式功率测量法成为射频功率测量的工业标准一直至今。 在工程应用及工程计量中，通过式功率计的作用是任何其它功率测试手段所无法替代的。 Thruline®通过式功率测量法的原理如下 （见图1）： 图1、通过式功率测量法图 图2、连续波 （CW）功率计的代表产品—BIRD 43 通过式射频功率计实际上是一种信号激励装置，采用了一个无源的二极管射频传感器。 在同轴线的一侧装有一个定向的，半波二极管检波电路，并将其接到一个已校正的表头以读 出有效值功率。检波电路与传输线通过介质耦合，并根据置于传输线旁的传感器的方向取样 出正向和反射功率。 Thruline®功率计的代表产品是BIRD 公司的43 型功率计 （见图2），它自发明以来 已经有超过25 万台在全世界范围得到应用。43 采用了无源线性二极管检波技术，可以测 量单载频的FM，PM 和CW 信号的功率，或者与校准信号的峰均功率比完全一致的信号。 二、模拟调制和数字调制的射频信号 不同的射频调制信号的功率测量方法是不同的，让我们首先来比较一下不同的调制信号 各有什么特点。 2.1 连续波 （CW）和模拟调制信号 图3 所示为连续波 （CW）信号的波形，其特点是峰值包络是恒定的，FM 和PM 信号 也同样。 图3、连续波 （CW）信号的波形 图4、调制度为75%的调幅 （AM ）信号的波形 PM 和PM 调制常见于双向无线电对讲机、寻呼发射机和调频广播等，可采用传统的连 续波 （CW）功率计 （如BIRD43）进行功率测量，通常用平均功率来表征其输出功率。 图4 所示为调幅 （AM ）信号的波形，如电视图象调制。由于其峰/均功率比是恒定值， 所以这类信号也可以用连续波功率计进行测量。如电视图象功率的测量，是在75%的调幅 度下测出其平均功率，再乘上 1.68，所得结果即是峰值功率 （又称同步顶功率）。 2.2 数字调制 经过近二十年来的通信发展，已经确定了采用数字调制标准。数字信号的特点是：其信 号波形的对称性、频率、幅度和峰值/平均值功率比都会随机发生变化。这样的波形与常规 调制的信号相比更像是噪声（图5），并可破坏连续波型功率计得以准确校正和使用的条件。 另外，数字调制波形的大动态范围可以使连续波功率计的二极管检波电路超出平方率（线性） 工作范围。用43 这样的 （动态范围为7dB）功率计测试数字调制信号的功率将会产生较大 的测试误差。 图5、数字调制信号 图6、数字调制射频信号的时域波形 2.3 数字调制的射频功率的定义 图6 所示为数字调制射频信号的时域波形。定义如下： 平均功率 （AVG ） ——载频功率的平均值 （热等效功率，相当于电压测量中的真有效值）。 平均突发功率 （BRST AV） ——周期性载频突发功率的平均值，与突发脉冲信号的宽度t 及重复率 1/T 有关： 平均突发功率 = 平均功率×T/t 峰值因子或峰/均功率比 （CF） ——峰值包络功率和平均功率之比：CF = PEP/AVG 峰值包络功率 （PEP） ——载频功率的峰值。 互补积累分布函数 （CCDF） ——正向功率超过给定的门限值的概率。 三、通过式功率计的应用 3.1 射频功率的测量 与终端式 （热偶式）功率计不同的是，通过式功率计真实的反映了一个发射系统中各个 截面的正向功率和反射功率。 终端式功率计的输入阻抗是标准的 50Ω。在功率测量中，终端式功率计替代了发射机 的负载，也就是说，终端式功率计将发射机的负载理想化了。所以说，终