功率计是测量信号功率的仪器。功率计是射频微波功率测量的标准设备,常用作其它仪器的功率校准设备。现代功率传感器(探头)通过USB连接主机或其它控制器实现测试功能。功率传感器完成检测信号和获取测试数据,主机或控制器实现用户操作和显示界面及数据存储,因此本文主要讲解传感器的原理。
功率传感器的分类
传感器(探头)采用的测试技术,可分为两大类:热电探头和二极管探头。主流热电探头使用热电堆技术,热敏和单体热偶技术已被淘汰;二极管探头通常采用多通道技术以扩展动态范围;二极管探头根据不同的视频带宽设计,又细分为通用探头、平均功率探头和宽带探头。
热电传感器的原理及应用
热电偶是将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当输入射频功率引起结合点处的温度升高时,回路中将产生温差电势,电势的大小正比于吸收的射频功率值。为了提高热电偶的灵敏度,可将多个热电偶串联起来组成热电堆,热电堆的输出电压是多个热电偶的输出电压之和。
热电功率探头测试信号的平均功率准确度最高;
常用作功率计量校准标准设备;
频率范围DC~110GHz或更高;
可测量所有类型信号的平均功率;
不能直接测量宽带信号峰值功率;
功率量程范围较小,通常 -35 ~ 20dBm。
二极管传感器的原理及应用
二极管功率检测技术,采用平方率检波,获得V^2,对应功率值。
平方律检波,就是在小信号范围(-70 ~ -13dBm),肖特基二极管输出电压正比于输入电压幅度的平方,从而得到功率测量值。
单一通道量程范围不够,通常增设前端衰减器的通道并行测量,对各通道测试数据进行智能判断和修正,这样可以实现超过90dB大动态范围功率的准确测量。
功率探头的射频带宽是其工作带宽,视频带宽(VBW)是二级管之后低通滤波器带宽。
按照带宽和应用,二极管探头细分以下类别及其应用:
通用探头(VBW:100~200kHz)
适用于小功率测量的几乎所有测量场合
可测量所有类型信号的平均功率
可测量μs以上脉冲调制信号的峰值功率和时隙功率
工作频率上限可达67GHz,下限10MHz
功率量程-70 ~20dBm
通用探头是多通道二极管探头,均衡考虑精度、量程和速度
平均值探头(VBW<200Hz)
常用在EMC系统中
仅可测量信号的平均功率
功率量程-70~20dBm
工作频率上限不超过18GHz,下限可至9kHz或更低
宽带(峰值)探头 (VBW>30MHz)
窄脉冲信号测量的最佳选择
平均功率量程 -60~20dBm,脉冲峰值功率量程 -35 ~ 20 dBm
脉冲功率分析,包括时间和功率参数
射频多通道间信号时间和功率参数关系分析
高速数据采样和记录