发射功率的测量方法

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发射功率是无线电发射设备的主要技术指标，也是无线电管理部门需要检测的技术指标之一。

本文主要介绍几种发射功率的测量方法。

功率测量的基本知识１．１　功率测量的理论分析
在直流和低频时，电压的测量是简单和直接的。

功率可以直接通过计算获得，Ｐ＝Ｖ＊Ｉ，由欧姆定律可知Ｖ＝Ｉ＊Ｒ，通过代换Ｖ或Ｉ，可得Ｐ＝Ｖ＊Ｉ　＝Ｉ２Ｒ＝　Ｖ２／Ｒ，只要知道Ｖ、Ｉ、Ｒ中任两个变量的值就可计算出功率值。

但在高频时，根据传输线原理可知，电压和电流可能随传输线的位置改变，如图１所示。

但功率是不变的，因此在射频和微波频率，大多数应用都采用直接功率测量，因为电压和电流测量已变得不现实。

１．２　功率单位
功率的国际标准单位是瓦特（Ｗ），但在无线电通信领域，我图
１　高频电压随传输线位置改变
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们常用的单位是分贝毫瓦ｄＢｍ　。

定义如下： ＰｄＢｍ＝１０Ｌｇ（Ｐ／Ｐ０）
式中，Ｐ是以毫瓦为单位的功率值；Ｐ０为１　ｍＷ的参考功率。

由上式可知：０　ｄＢｍ是１　ｍＷ。

根据对数基本性质，可得到一个简单导则是每３　ｄＢｍ功率加倍，每－３　ｄＢｍ功率减半。

每１０　ｄＢｍ为１０倍，每－１０　ｄＢｍ为１／１０。

例如＋２９　ｄＢｍ是多少？２９　ｄＢｍ＝（１０＋１０＋３＋３＋３）ｄＢｍ＝（１０＊１０＊２＊２＊２）ｍＷ＝８００ｍＷ，因此结果是８００　ｍＷ。

１．３　功率的几种常用基本形式
平均功率是指在正常工作情况下，发信机在调制中以与所遇到的最低频率周期相比的足够长的时间间隔内，供给天线馈线的平均功率。

对于脉冲调制信号，则要在若干脉动重复上平均信号。

在所有功率测量中，平均功率是最常进行的测量。

峰功率是指最大瞬时功率。

平均功率和峰功率的关系，如图２所示。

对于射频脉冲信号，如果知道信号的占空比，就可从测量得到的平均功率按下列公式确定峰功率。

Ｐｐｅａｋ　＝　Ｐａｖｇ／占空比
发射功率的测量方法 目前我站配备的测量功率的仪器有德国Ｒ＆Ｓ公司的ＣＭＳ５４综测仪、ＦＳＰ３０频谱分析仪、ＮＲＴ功率计。

下面分别介绍用这三种仪器测量功率的方法。

２．１　ＣＭＳ５４综合测试仪测量发射功率
无线电综合测试仪ＣＭＳ５４含射频信号源、调制信号源、频率计、功率计、电压表、信纳比表、邻频功率测量等，其测量的功率范围为５　ｍＷ到５０　Ｗ，频率范围为４００　ｋＨｚ到１
ＭＨｚ。

使用ＣＭＳ５４综合测试仪测量发射设备输出功率方法步骤如下：
（１）测试线路连接如图３所示。

（２）打开ＣＭＳ电源，待ＣＭＳ进入稳定的测试界面，按ＴＸ－ＴＥＳＴ软键，进入发射测试界面。

（３）开启被测发射设备（已知发射功率小于５０Ｗ），这时即可读出其发射功率。

如果知道被测发射设备的发射频率，可以按ＳＥＴ　ＲＦ软键，通过键盘设置响应频率，然后再开启被测发射设备，读出发射功率。

２．２　ＦＳＰ３０频谱分析仪测量发射功率
ＦＳＰ３０频谱分析仪射频输入最大的功率是１Ｗ，当发射设备
输出功率大于１Ｗ时，在ＦＳＰ３０频谱分析仪前加一衰减器，以免烧毁频谱仪。

测试方法步骤如下： （１）测试线路连接如图４所示。

（２）将ＦＳＰ３０频谱分析仪的输入衰减器（ＡＴＴ）设置为最大，然后开启被测发射设备。

（３）将被测信号中心频率置于频谱分析仪显示的中心，恰当设置ＳＰＡＮ、ＲＢＷ和ＶＢＷ值，这几个值设置的一般建议是：ＳＰＡＮ必须至少覆盖被测量信号的带宽；ＲＢＷ设置信道带宽的１％和４％之间；ＶＢＷ至少是ＲＢＷ的三倍。

（４）调整频谱分析仪输入衰减器（ＡＴＴ）和参考电平（ＲＥＦＬＥＶＥＬ），使信号接近显示的顶部。

（５）设置检波器工作方式为均方根检波器。

步骤如下：按ＴＲＡＣＥ键，使用上下键选择ＤＥＴＥＣＴＯＲ项，按相应软键确定，
图２　平均功率和峰功率的关系
峰功率
平均功率
图
３　测试线路连接
被测发射设备
ＣＭ
Ｓ５４综测仪
图４　测试线路连接
被测发射设备衰减器ＦＳＰ３０频谱分析仪
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再用上下键选择ＤＥＴＥＣＴＯＲ　ＲＭＳ项。

（６）测量信号的占用带宽。

步骤如下：按ＭＥＡＳ键，用上下方向键选择ＯＣＣＵＰＩＥＤ　ＢＡＮＤＷＩＤＴＨ，按相应软键确定；设置９９％的ＰＯＷＥＲ　ＢＡＮＤＷＩＤＴＨ；打开ＯＣＣＵＰ　ＢＷ功能；屏幕就会显示信号的占用带宽。

（７）测量信号的功率值。

步骤如下：按ＭＥＡＳ键，用上下方向键选择ＣＨＡＮ　ＰＷＲ　ＡＣＰ项，按相应软键确定；用上下键选择ＣＰ／ＡＣＰ　ＣＯＮＦＩＧ，设置信号的占用带宽（ＣＨＡＮＮＥＬＢＡＮＤＷＩＤＴＨ）；开启ＣＰ／ＡＣＰ　功能，此时屏幕就显示在该占用带宽下的信号功率。

２．３　使用ＮＲＴ功率计测量发射设备输出功率
ＮＲＴ功率计支持测量平均功率、峰值功率（ＰＥＰ）、峰值／平均值之比、互补累积分布函数（ＣＣＤＦ）、驻波比、反射系数、反射功率等参数。

支持ＧＳＭ／ＥＤＧＥ、ＣＤＭＡ（ＩＳ－９５）、ＷＣＤＭＡ等各种数字通信系统的功率测量。

用ＮＲＴ功率计测量功率时，要与功率传感器配合使用，不同的传感器测试范围不同。

ＮＲＴ－Ｚ４４功率传感器的测量范围是０．００３Ｗ到１２０Ｗ（平均功率）或３００Ｗ（峰值功率），频率范围为２００　ＭＨｚ到４　ＧＨｚ。

ＮＡＰ－Ｚ５功率传感器的测量范围是０．１Ｗ到３５０Ｗ，频率范围为２５　ＭＨｚ到１　ＧＨｚ。

现介绍用ＮＲＴ功率计和ＮＲＴ－Ｚ４４传感器测量发射功率，方法步骤如下：
（１）测试线路连接如图５所示。

（２）根据被测发射设备的发射频率设置ＮＲＴ功率计的响应频率，步骤如下：按　ＣＯＲＲ键，显示ＦＲＥＱ＊，按左右键选择ＵＳＥＲ　，按ＳＥＴ键确定，使用四个方向键设置所需的频率，按ＳＥＴ键确定。

（３）为ＮＲＴ功率计校零，步骤如下：关闭发射设备输入信号，按ＣＯＲＲ键，按上下键显示ＺＥＲＯ＊，按ＳＥＴ键确定执行校零程序。

图５　测试线路连接
被测发射设备
Ｎ
ＲＴ－Ｚ４４传感器ＮＲＴ功率计
发射天线
（４）为ＮＲＴ功率计选择适当的调制方式，步骤如下：按ＣＯＲＲ键，用上下键显示ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ＊，用左右键选择所需的调制方式或是无调制，按ＳＥＴ键确定。

（５）开启被测发射设备，ＮＲＴ功率计显示测得的功率值和反射参数。

三种发射功率测量的特点和选择 无线电综合测试仪ＣＭＳ５４和ＦＳＰ３０频谱分析仪用于测量功率时属于终端式功率计，其输入阻抗是标准的５０欧姆。

在功率测量中，终端式功率计替代了发射设备的负载，即终端式功率计将发射设备的负载理想化了。

所以说，终端式功率计所测得的结果是发射设备在理想负载时的输出功率；如果发射天馈系统的匹配情况良好，则这个结果可以较真实地反映发射系统的输出情况；如果发射天馈系统的匹配不好（如ＶＳＷＲ＞１．５），则终端式功率计不能真实反映发射系统的情况。

ＮＲＴ功率计属于通过式功率计，功率传感器吸收高频ＲＦ信号功率转换为ＮＲＴ功率计能够测量的直流或低频信号。

所以只要将通过式功率计置于发射设备与天馈系统之间，就可以得到发射系统的正向和反射功率。

因此，如果要测量发射设备的理想发射功率，可以选用终端式功率式；如果要测量发射设备的实际发射功率以及判断发射设备与天馈系统是否匹配，则选用通过式功率计。

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