微波功率计

本底噪声
0.1 nW
约50nv -70dBm
线性区
0.Leabharlann Baidu1 mW -20dBm
PIN
dBm
扩展小功率计量程法
衰减器法
Γg
衰减器法是利用小功率计作标
被测
准与高功率衰减器组合扩展量程来
信号
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。
PG
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。
时间门的峰值功率测量
门开始
门限长度
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。
功率测量方法
可以使用哪些仪器测量功率？
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。
二极管式传感器
• 优点
• 缺点
▫ 快速响应 ▫ 90dB 动态范围 ▫ 真正 RMS 仅在 “平方率” 区域 (-70dBm
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。
Is 反向饱和电流
DC 二极管曲线
包络检测
RF 二极管曲线
i
20
10
0
-10 -20
非平方率
-30
-40
v
-50 平方率
-60
-70
RMS 响应
功率输入, dBm
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
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）
+
ZS
V±
RL
-
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。
功率测量单位
平均功和峰值功率测量
CW信号
调制信号
脉冲信号
在整个调制周期上作平均
在整个调制周期上作平均
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。
PdBm = 10log Pmw
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1 W*2*2， 因此最后结果是4W
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。
一般的功率划分：
✓小功率：<100mW ✓中功率：100mW~10W ✓大功率：>10W
绝对功率的单位： •线性单位：W、mW、V、uV、…… •对数单位：dBm、dBuV、……
to -25dBm)
▫ 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) 。
▫ 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
VO
二极管的平方律区
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。
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。
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
二极管式传感器
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
功率计测量原理
DC或低频 交流电压！
功率传感器
进入传感器 的 RF 功率
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
功率计
显示
时钟 转换
ADC
DSP
CPU
显示 GPIB I/O
ADC 2 通道功率计
信号处理 (校准因 系统控制 子，线性处理等)
频谱分析仪 网络分析仪 矢量信号分析仪 功率计
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。
•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)
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。
热电偶式传感器
金属 #1 金属 #2
能产生显著热电势的那一对金属称为热电偶。
V+ 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
V- 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。
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。
微波信号功率测量
微波功率计测量原理
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
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。