07章微波功率计
微波信号功率的测量
精选ppt
37
式中τ=C1/G，热时间常数；θs=P/G，稳态温差。 可见，θ=θs（t→∞）~P。
精选ppt
38
7.3微波大、中功率测量
1. 扩展小功率计量程法
（1）衰减器法
Γg
ΓL
Γs
信号源
衰减器
功率座
指示器
A
PA
PL
Ps
假定系统处于匹配状态，即Γs=ΓL=Γg=0，A准确
已知，则
A ( dB ) 10 lg PL
Pav=τPpp/T Ppp=PavT/τ=PavQ
式中，Q=T/τ=1/(τf)；Q-1是射频脉冲的占空系数。
当脉冲为非理想矩形时，
Ppp=KQ精P选appvt
42
Ppp=PavQ×10 C/10
精选ppt
43
二. 峰值检波法
精选ppt
44
7.4 微波功率测量的失配误差分析
Sources of Power Measurement Uncertainty
工作方式：静止式 媒质是固体，液体或气体
流动式 媒质是水或油
功率传感元件：干负载 小、中、大功率测量
流体负载 中、大功率测量
精选ppt
36
由热力学原理，该系统的热平衡方程为：PC1源自d1dtG1
2
0
C2
d 2
dt
G2
1
P C1θ1
G
C2,θ2
设C1>>C2，则两者之间的温差θ为：
12 G P 1 e t/s1 e t/
25
3. 直流温度补偿双自平衡电桥原理
精选ppt
26
7.2.2 热电偶式功率计
微波功率计
REL键：该键用于相对测量（测量值不是绝对单位值，而是用dBr表示的相对于参考电平的相对值）。按下该键时，功率计自动以当前的测量值作为参考基准进行相对测量。再次按下该键，将会取消相对测量作用。
MENU/ESCAPE键：该键用于激活功率计的一些设置菜单，同时也可作为返回键使用以退出菜单设置。（不管当前的设置菜单在哪一级，都可直接退回到测量状态）。
FREQ键：该键用于输入被测信号的频率，功率计自动调用被设置频率对应的功率探头的校准因子值进行测量值修正，以提高功率测量的准确度。如果输入信号的频率变化太快而无法从前面板置入时，可以从功率计后面板的“VFIn输入一个对应信号源频率变化的电压值，并通过适当的菜单设置，可较快的调用相应频率的校准因子值。若功率计在远控状态下，功率计可以从GP-IB总线上读取频率信息。
ENTER/LOCAL键：该键用于确定菜单选择，输入已选择的选项或数值。同时当作LOCAL键使用，从远控状态（GP-IB状态）恢复为本地状态。
微波功率计的校准方法
量程校准器校准功率计准确度： 将量程校准器置于不同的功率输出挡，通过观察功率计上的示值，并计算出误差来判断被校功率计是否满足要求。微波小功率标准装置校准功率基准电平：利用微波小功率标准装置对被校功率计1mW功率基准电平输出进行校准。该装置为国家一级标准，可以提高校准准确度，如图所示。
dBm/mW键：该键用于进行功率的对数测量单位（dBm）和线性测量单位（mW）之间的转换。缺省状态为对数格式。
RECALL键：该键用于调用已存储的仪器设置状态。这些仪器状态是由[SAVESETUP]菜单设置的，可以存储在1～20个寄存器内。存储时，用←或→光标键选择(Reg#0)，用↑或↓键选择一寄存器（1～20值）。(Preset)用于设置功率计的缺省状态（即复位操作）。
微波功率计知识
微波功率计知识一、概述（一）用途微波功率是表征微波信号特性的一个重要参数,微波功率计则是精确测量微波功率电平的最基本的微波测量仪器，广泛应用于微波通讯、雷达、导航、空间技术、卫星地面站、信号监测等领域的微波信号平均功率、峰值功率和脉冲包络功率等参数的精确测量与计量，是电子领域科研、生产、测试、试验、计量的必备仪器。
（二）分类与特点1、从测量方法上分类主要有两种方式：通过式传输信号功率测量与终端式接收功率测量。
●通过式传输信号功率测量特点通过式传输信号功率测量需要将功率计连接在信号源和负载之间。
工作在RF、微波和毫米波频段的通过式功率计一般采用耦合器方式，耦合器可以对信号源和负载之间的功率流向作出响应，此类功率计可用于指示从信号源流向负载的功率，常称为入射功率；也可以测量从负载流向信号源的功率，常称为反射功率。
在微波波段，更常用的方法是使用高方向性定向耦合器与终端式功率计相结合构成的通过式功率计以测量信号源传送的功率，这种功率计也分为两类，一类是单向通过式功率计，一类是双向通过式功率计，由单定向耦合器构成的通过式功率计称为单向通过式功率计；由两个反接的定向耦合器构成的通过式功率计称为双向通过式功率计。
通过式测量方式主要用于大功率信号的测量。
●终端式接收信号功率测量特点RF和微波、毫米波频段中小功率主要进行终端式测量方法。
终端式微波功率计主要包含功率探头和功率计主机两个部分。
功率探头，它接在信号传输线的终端，接收和消耗功率，并产生一个直流或低频信号，该信号经过特定形式的前置放大送入功率计测量通道。
现代智能功率探头还包括存储有探头型号、类型、校准参数的EEPROM以及传感环境温度的温度传感器等。
功率计主机，包括放大器和相关处理电路，主要负责对功率探头的变换的信号进行处理，产生准确的功率读数。
通常，一个型号的功率计能够兼容不同类型、不同频率范围、不同功率范围的系列功率探头。
2、按终端式功率计分类通常有按功率计测量功率原理分类、按被测功率的特征分类、按输入端功率座的类型分类、按功率计的量程大小分类、按照产品类型分类等几种方式。
微波功率计在电磁辐射测量中的应用
微波功率计在电磁辐射测量中的应用随着科技的不断进步和发展，电磁辐射对人类健康的影响越来越受到人们的关注。
在这个背景下，微波功率计作为一种测量电磁辐射强度的重要仪器，具有广泛的应用。
本文将探讨微波功率计在电磁辐射测量中的应用，并阐述其作用和意义。
首先，我们需要了解什么是微波功率计。
微波功率计是一种专门用来测量微波（即频率在300 MHz至300 GHz之间的电磁波）功率的设备。
它不仅精确测量微波的功率，而且可以即时显示测量结果，具备实时监测的功能。
微波功率计在电磁辐射测量中起到关键的作用。
首先，它能够准确测量电磁辐射的功率，这对于评估辐射的水平和剂量至关重要。
通过使用微波功率计，我们能够获得各种电磁辐射源的功率输出情况，从而判断其是否达到了相关标准限值。
这对于电信、无线通信、雷达、微波炉、医疗设备等行业和领域都具有重要意义。
其次，微波功率计可以帮助我们评估电磁辐射对人类健康的潜在影响。
在现代社会中，人们长时间接触各种电子设备和通信设施，无形中也接触到了电磁辐射。
微波功率计可以用来对不同电磁辐射源的辐射水平进行测量，了解其辐射所在区域的辐射水平是否超过安全标准。
这对于保护公众健康、制定相关政策和规定都具有重要意义。
此外，微波功率计在电磁辐射研究中的应用也是不可忽视的。
科研人员可以通过微波功率计对不同频率和功率的电磁辐射进行测量，从而进行相关研究和分析，探索电磁辐射与人类健康之间的关系。
这些研究对于我们更好地理解和管理电磁辐射的影响具有重要意义，可以为未来的安全标准和相关政策的制定提供科学依据。
需要注意的是，微波功率计在电磁辐射测量中的应用也存在一些挑战和限制。
首先，不同类型的电磁辐射需要使用不同的微波功率计来进行测量，因此，选择合适的微波功率计对于准确测量电磁辐射功率至关重要。
其次，微波功率计在测量过程中需要注意校准和减小误差，以确保测量结果的准确性。
此外，由于微波功率计的价格较高，限制了其在一些领域的应用范围。
微波功率计原理
微波功率计的原理主要是通过测量微波信号的功率来获得相关参数，如功率、衰减、增益、电压、电流、介电常数、相位角、复反射系数等。
微波功率计通常由微波探测器、信号处理电路和显示部分组成。
微波探测器负责接收微波信号并将其转换为电信号，信号处理电路对电信号进行放大、滤波、测量等处理，最终在显示部分输出测量结果。
微波功率计的测量精度和稳定性受到多种因素的影响，如探测器的灵敏度、信号处理电路的性能以及测量环境等。
07章微波功率计
式中，P为功率，V为电压，I为电流，这里功率、电 压、电流都是给定时刻的瞬时值。
现代微波工程测量
7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
如果电压和电流不随时间变化，则瞬时功率为一常 数。 对交流信号测量的功率计只提供平均功率测量，也 就是测量信号在一个周期内能量变化的平均速率。 瞬时信号的平均功率由式（7.3）给出：
现代微波工程测量
7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
图7.1为脉冲功率与脉冲平均功率示意图。
现代微波工程测量
7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
峰值功率是描述最大功率的一个专用术语。 图7.2为用在某种导航系统中的高斯型脉冲的实例， 峰值功率是指该包络功率的最大功率。 对于理想的矩形脉冲而言，峰值功率就等于脉冲功 率。 峰值功率计或峰值功率分析仪是专门设计用来表征 这类波形的测试仪器。
现代微波工程测量
7.2微波功率测量原理 7.2.3 微波功率测量原理
图 7.3 和图 7.4 分别为单向通过式功率计和双向通过 式功率计的原理框图。 双向通过式功率计常用作反射计测量负载的反射系 数。
现代微波工程测量
7.2微波功率测量原理 7.2.3 微波功率测量原理
定向耦合器的耦合度会随频率变化,需要进行校准。 另外，定向耦合器的方向性和负载匹配对测试准确 度影响较大，需使用高方向性的定向耦合器和较小 反射系数的负载。 通过式功率计在通信、雷达、广播、电视等设备中 广泛应用于检测或监测功率电平。 终端式功率测量仪器主要包含功率探头和功率计两 个部分。 终端式功率计用功率探头接在信号传输线的终端， 接收和消耗功率，并产生一个直流或低频信号，该 信号经过特定形式的前置放大送入功率计测量通道 。
微波功率计
功率测量不确定度来源
+/- 1 读数
仪器不定量
功率测量误差来源
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
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
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
N1914A EPM 系列双通道功率计
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
ΓL
衰减器 A
ΓS
功率座 功率计 指示器
K
Pbs
PL
PS
小功率计 PC
A C
信号源
匹配负载 Pout
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
功率计的技术指标
• 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
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。
微波信号功率的测量ppt课件
1.平均功率： 另外，也可将功率传感器设计成“均方值”响应传感器。如果一
个被测信号包含有很多频谱分量，那么该传感器将对所有频谱分量给 出如下响应：
P=(V12+V22+…+Vn2)/R 该式表明响应的总功率是多个正弦信号功率分量之和，这些谱分量 可能是某种信号的调制边带、谐波或其他一些频率分量。
VO (log)
Voµ PIN
+
Cb
Vo
-
Linear Region
0.1 nW -70 dBm
0.01 mW -20 dBm
PIN
[watts]
33
34
改进的功率传感器 更宽的动态范围
35
7.2.4量热计法测量微波小功率 借测量微波功率在负载中消耗时所产生的热量来测量微波功率，是一种最 基本、最古老的方法。
Po 1g
2
PA称为资用功率，它表明信号源可能输出的最大功率。
P LPA
2
1g
1L2
2
1gL
上式即为功率关系式。
17
7.2 微波功率计测量原理 7.2.1 测辐射热式功率计
利用某些温度敏感元件的电阻随所加的高频功率或电压、电流的大小而变 化的效应，可构成功率计。
基本原理：测辐射热式功率计主要由指示器(一般为电桥)和测辐射热器传 感器组成。测辐射热器传感器是对温度极其敏感的电阻器件。当它吸收功率 以后，温度便会升高，随之它的电阻也发生相应变化，使用电桥电路，可以 检测出电阻的变化，从而可确定它所吸收的功率。
37
式中τ=C1/G，热时间常数；θs=P/G，稳态温差。 可见，θ=θs（t→∞）~P。
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7.3微波大、中功率测量 1. 扩展小功率计量程法 （1）衰减器法
AV2436微波功率计用户手册
目 录
第一章 概述 ........................................................................ 1 第一节 产品综述 ................................................................... 1 第二节 安全与环境保护 ............................................................. 1 第三节 内容安排 ................................................................... 4 第一篇 使用说明 ................................................................... 5
声明：
终解释权属于中国电子科技集团公司第四十一研究所。 本手册版权属于中国电子科技集团公司第四十一研究所，任何单位或 个人非经本所授权， 不得对本手册内容进行修改或篡改， 并且不得以赢利为 目的对本手册进行复制、 传播， 中国电子科技集团公司第四十一研究所保留 对侵权者追究法律责任的权利。
编 者 2011 年 10 月
第二节 整机特点和主要功能 ......................................................... 64 第三节 仪器结构特点及环境适应性 ................................................... 65 第八章 主要技术指标................................................................ 67 第三篇 维修说明 ................................................................... 69
微波功率计的校准方法及误差分析
微波功率计的校准方法及误差分析微波功率计是一种用于测量微波信号功率的仪器。
准确地校准微波功率计对于确保测量结果的可靠性至关重要。
本文将介绍微波功率计校准的基本原理、常用校准方法以及误差分析。
一、微波功率计校准的基本原理微波功率计的校准是通过与一个准确的功率参考进行比较来完成的。
校准主要包括校准因子和校准误差两个方面。
校准因子是用来将功率计的读数转化为准确的功率值的系数。
它是由校准过程中测量得到的，通过与准确的功率参考进行比较得出。
校准误差是指经过校准后，功率计读数与准确的功率参考之间的差异。
校准误差的大小决定了功率计测量结果的准确性。
因此，减小校准误差是校准的主要目标之一。
二、常用的微波功率计校准方法1. 直接比较法：直接比较法是最常用的校准方法之一。
它是通过与一个准确的功率参考进行比较来确定功率计的校准因子。
校准过程中，将同一个微波信号依次输入到功率计和准确的功率参考上，并记录下它们的读数。
然后，根据功率计和功率参考之间的差异，计算出校准因子。
直接比较法的优点是简单易行，适用于大多数微波功率计。
但是，它也存在一些局限性，比如在高功率测量时，微波功率计的非线性特性和功率参考的功率限制可能导致较大的校准误差。
2. 校准器法：校准器法是另一种常用的校准方法。
它通过使用一个已经校准好的功率器件作为校准器，在不同的功率水平下测量功率计和校准器之间的差异来确定校准因子。
与直接比较法相比，校准器法可以避免功率参考的限制，并提供更大范围的功率校准。
但与此同时，校准器法也会引入额外的系统误差。
3. 优化校准法：优化校准法是一种基于数学优化算法的校准方法。
它通过最小化功率计读数与准确的功率参考之间的差异，来确定校准因子。
优化校准法可以有效地减小校准误差，并提高功率计的准确性。
但是，它需要较为复杂的数学计算，并且对校准条件的要求也相对较高。
三、误差分析微波功率计的测量误差主要包括不确定度误差和系统误差。
1. 不确定度误差：不确定度误差是由于测量设备本身的误差以及测量过程中的随机误差引起的。
功率计
使用功率计时频率和被测频率应一致 当测量功率小于障测试
功率计常见故障排除
测量系统匹配误差 使用前未设置测试频率
小功率测量时未 进行校零
测量功率出现误差
探头出现故障
校准源不准
功率计常见故障排除
1 功率计测量显示只有-100dBm 2 功率计测量小功率（-40dBm以下）不稳 3 功率计无法测量-50dBm以下功率 4 每次开关机都出现未校准信息 5 出现显示错误、黑屏、按键无反应
功率计操作步骤
将探头和主机通过电缆连接
开机预热后将探头接到主机校准源，按校准键校准
校准结束后将探头取下，置入测试点频率进行测量
功率计的程控
1 通过面板设置GPIB地址
2 将主控机和功率计通过GPIB电缆连接 3 根据测试需要利用GPIB程控代码对功率计编程
功率计使用注意事项
使用前注意功率计和被测信号共地 测量前注意利用校准源校准
连续波
RF IN
至主机
灵敏度高 抑制偶次谐波引起误差 消除不同金属产生的热电压 降低了共模干扰
双平衡配置
频率范围和功率测量范围
校准源功率频率准确度
功率测量线性度
功率探头阻抗特性
功率线性度
功率探头的线性度 功率计主机的线性度
线性误差（%）=（
R1-R2
–1）*100%
P1 - P2
功率探头的阻抗特性
10M-110G 10M-110G 10M-40G -65~20dBm -70~44dBm -70~47dBm CW 脉冲 峰值 不同探头 CW波 CW 脉冲 峰值
0.09dB/10dB ±1% ~ ±4% 0.05dB/10dB 线性度 探头驻波 最大1.29 最大 1.4 最大1.29 校准源功率准确度 ±1.9% ±1.9% ±1.9% +23dBm +23dBm +23dBm 最大功率
微波功率计在材料研究中的应用
微波功率计在材料研究中的应用摘要：微波功率计是一种用于测量微波功率并分析微波信号特性的仪器。
在材料研究中，微波功率计能够提供精确的功率测量和信号分析，为材料的电磁特性研究提供有力的工具。
本文将对微波功率计在材料研究中的应用进行探讨，包括微波功率计的工作原理、材料的电磁特性研究、微波功率计在材料测量中的优势和局限性等方面。
1. 引言材料的电磁特性是材料研究中一个重要的方面。
电磁特性包括材料的导电性、磁性、介电性等特性，对材料的性能和应用具有重要的影响。
微波功率计作为一种测量微波功率和分析微波信号特性的仪器，广泛应用于材料研究领域。
本文将详细探讨微波功率计在材料研究中的应用和意义。
2. 微波功率计的工作原理微波功率计是通过将微波信号转化成可测量的电信号，并基于这些电信号测量功率的仪器。
其工作原理基于微波信号的功率与其对于电流或电场的效应之间的关系。
常见的微波功率计包括热噪声功率计、校准回路功率计和平衡式功率计等。
这些功率计根据不同原理设计，能够实现高精度的功率测量和信号分析。
3. 材料的电磁特性研究材料的电磁特性研究是材料科学中的一个重要方向。
电磁特性包括导电性、磁性、光学特性等。
微波功率计在材料研究中的应用主要集中在材料的导电性和介电性研究上。
导电性研究一般通过测量材料的电阻和传导率来实现，而介电性研究则通过测量材料对电场的响应来分析。
微波功率计能够提供精确的测量结果和信号分析，为材料的电磁特性研究提供了有力的工具。
4. 微波功率计在材料测量中的优势微波功率计在材料测量中具有许多优势。
首先，微波功率计具有高精度的功率测量能力，可以提供精确的数据用于材料研究。
其次，微波功率计操作简单、快捷，可以快速获取材料的电磁特性数据。
此外，微波功率计的可调频率和广泛功率范围，使其适用于不同领域和应用场景。
最后，微波功率计可以方便地与其他实验设备结合使用，扩展研究功能和应用范围。
5. 微波功率计在材料测量中的局限性虽然微波功率计在材料测量中具有许多优势，但也存在一些局限性。
微波功率计在光纤通信系统中的应用
微波功率计在光纤通信系统中的应用引言：随着科技的不断进步和人们对高速通信需求的增加，光纤通信系统作为一种高效、稳定且可靠的通信方式，越来越被广泛应用于各个领域。
然而，为了确保光纤通信系统的稳定运行和性能优化，准确测量和控制微波功率在光纤通信系统中显得尤为重要。
一、光纤通信系统概述光纤通信系统是一种利用光纤作为传输介质的通信系统，通过将光信号转化为电信号或者数据信号，实现远距离高速传输。
光纤通信系统具有传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等特点，被广泛应用于电信、互联网、数据中心和广播电视等领域。
它的运行和性能要求高，因此需要精确的测量和控制各种参数，其中微波功率是其中关键的一个参数。
二、微波功率计的原理和分类微波功率计是用来测量微波功率大小的仪器，其原理基于能量的转换和测量。
主要分为直接法和间接法两种。
直接法是通过将微波功率转换为其他形式的能量，例如热量或电压，然后使用传感器测量该能量的大小来间接测量微波功率。
间接法是直接测量微波功率的电磁场参数，如电压、电流、电场强度或磁场强度，然后利用电力电磁学理论得出微波功率。
根据精度、频率范围和应用场景的不同，微波功率计还可以分为平均功率计、峰值功率计、功率分布计和方向功率计等。
三、微波功率计在光纤通信系统中的作用1. 定位和排除故障:在光纤通信系统中，微波功率计可以用来定位和排除光纤发射和接收过程中可能出现的故障。
通过测量和监控微波功率的变化，可以确定光纤通信系统中的故障点，进而及时采取措施进行修复和优化。
2. 保证光纤传输质量:微波功率计可以用来监测光纤通信系统中微波功率的变化情况，从而帮助保证光纤传输质量。
当光纤系统中存在信号衰减、干扰或损耗等问题时，微波功率计可以及时检测并提供准确的测量结果，为运维人员提供有力的依据进行修复和优化。
3. 确定适宜的光纤传输距离:微波功率计可以帮助确定适宜的光纤传输距离。
通过测量不同距离下的微波功率变化，可以评估光纤传输系统的损耗和衰减情况。
微波功率计在毫米波通信中的应用
微波功率计在毫米波通信中的应用引言：毫米波通信作为一种新兴的通信技术，具有高容量、低延迟和高速率等优势，正逐渐成为实现5G通信的关键技术之一。
而在毫米波通信系统中，微波功率计起到了至关重要的作用。
本文将探讨微波功率计在毫米波通信中的应用，并分析其重要性和挑战。
一、微波功率计的原理和特点微波功率计是一种用于测量微波信号功率的仪器。
它利用功率传感器将电磁能量转化为电信号，并通过精准测量来确定功率水平。
微波功率计的主要特点包括宽带、高精度、快速响应和可靠性等。
二、微波功率计在毫米波通信中的应用1. 功率检测和监测微波功率计在毫米波通信系统中广泛应用于功率检测和监测。
在通信系统中，及时准确地监测和调节功率是确保通信质量的关键因素。
微波功率计能够精确测量发射功率和接收功率，并实时反馈给系统控制器，从而调整设备的输出功率，保证通信质量和节约能源。
2. 信号质量评估为了确保毫米波通信系统的正常运行，对信号质量进行准确评估至关重要。
微波功率计可以用来测量信号的强度、频率、相位等参数，并根据这些参数来评估信号的质量。
在毫米波通信系统中，通过对信号质量的实时监测和评估，可以及时发现和解决潜在的问题，提高系统的可靠性和稳定性。
3. 功率平衡和优化在毫米波通信系统中，功率平衡是一项重要的任务。
微波功率计可以用来测量不同天线、放大器、滤波器等组件之间的功率差异，并通过调整频谱和信号参数来实现功率平衡。
通过对功率的准确测量和调节，可以提高系统的传输效率和性能。
4. 故障诊断和故障预测微波功率计在毫米波通信系统中还可以用于故障诊断和故障预测。
通过对功率波动、频率异常等参数的实时监测和分析，可以及时发现和诊断系统中的故障或异常情况。
这样可以提前采取相应的措施，避免故障的扩大和系统的瘫痪，保证通信系统的稳定运行。
三、微波功率计在毫米波通信中的重要性微波功率计在毫米波通信中的重要性不言而喻。
毫米波通信系统的高速率和低延迟对功率的需求非常高，而微波功率计可以提供高精度和快速响应的功率测量，满足系统对功率测量的要求。
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现代微波工程测量
7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
1.
平均功率
“平均功率”几乎用来给所有低频、射频和微波系 统规定技术条件。 平均功率是指能量传送速率在所研究信号最低频率 的许多周期内平均。 对于连续波信号来说，最低频率和最高频率是相同 的，故平均功率和功率相同；对于调幅波来说，平 均功率是在信号调制分量的许多周期内加以平均
现代微波工程测量
7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
3.
峰值包络功率
现代先进雷达、电子对抗和导航系统的发展往往基 于复杂的脉冲调制和扩展频谱技术，同时要求更高 的功率测量精确度，脉冲功率的概念已不能完全满 足要求。 当脉冲为非矩形或者当波形的畸变不允许精确地确 定脉冲宽度f时，便导致了脉冲功率测试的困难，必 须引用另外一个概念，即峰值功率。
现代微波工程测量
7.1微波功率计概述
同时，随着微波通信、雷达、宇航技术的发展，在 数字通信、数据信息传输、导航、雷达等系统中， 脉冲调制的射频脉冲技术得到了广泛的应用，因而 二极管式脉冲峰值功率计或峰值功率分析仪也成为 微波功率测量仪器的重要组成部分，得到了广泛应 用。 微波功率计广泛应用于无线电通信、雷达、电子对 抗、广播电视、微波医疗设备和微波加热等军用、 民用科研、生产、维护领域，对微波功率电平的精 确测量已成为现代微波测量中最重要的一环，微波 功率计是射频和微波领域最基本的测试仪器之一。
现代微波工程测量
7.2微波功率测量原理 7.2.3 微波功率测量原理
7.2.3 微波功率测量原理 微波功率测量已经发展了60多年，微波功率测量方 法多种多样，微波功率测量实质是将信号功率转变 为某种易于测量的其他能量形式。 微波功率测量分为通过式和终端式两种测量方法。 通过式功率测量需要将通过式功率计连接在信号源 和负载之间，通过式功率计主要由定向耦合器、功 率探头和功率计三部分组成。 当输入端接功率源、输出端接负载时，定向耦合器 的旁臂耦合出被测功率的一部分，已知定向耦合器 的耦合度，功率计可按输入端的功率值进行刻度定 标。
第7章微波功率计
7.1微波功率计概述
功率是表征微波信号特性的一个重要参数，微波功 率测量技术随其应用范围的不同有很大区别，决定 微波功率测量的因素有很多，包括信号频率范围、 功率范围、功率电平、信号的频谱功率总量以及调 制形式等。 因此，只有深入了解未知信号及其频谱和调制成分 ，选择合适的功率探头及其功率计，才能获得准确 的功率测量精度。 在大约低于100 kHz的低频，通常是通过跨接在已知 阻抗上的电压来计算功率的。
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7.1微波功率计概述
例如，在通信系统中，发射机的发射功率越大，其 覆盖的地域就越大，而提高功率也就意味着系统成 本的上升，因此我们希望准确测量出输出功率，使 设备达到设计要求，尽可能降低功率测量的不确定 度给发射机性能造成的模糊性；通过测量雷达发射 机的发射功率，就可以确定该雷达的作用距离；功 率测量还广泛应用于微波器件的测试，例如采用参 考功率法测量器件的增益、插损、端口驻波、隔离 度、耦合度等。 测量微波功率最常用的是“测热”的方法，即把微 波功率转换成热能，然后用测热的方法进行测量。 常用的测热式功率测量仪器有量热式功率计、热敏 式功率计、热电偶式功率计。
7.2微波功率测量原理
7.2.1 功率的基本定义 在功率测量中，功率常常被定义为一种在系统或系 统之间传递的能量之比。 功率的基本定义为单位时间中的能量，定义式如下 ：
式中，P为功率，E为能量，t为时间。
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7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
电能到热能的转换以及监测由此产生的温度变化， 往往是很多功率测量技术的基础。 功率测量可根据式（7.1）得到：
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7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
图7.1为脉冲功率与脉冲平均功率示意图。
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7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
峰值功率是描述最大功率的一个专用术语。 图7.2为用在某种导航系统中的高斯型脉冲的实例， 峰值功率是指该包络功率的最大功率。 对于理想的矩形脉冲而言，峰值功率就等于脉冲功 率。 峰值功率计或峰值功率分析仪是专门设计用来表征 这类波形的测试仪器。
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7.1微波功率计概述
此外，还有用其他物理效应进行功率测量的功率计 ，如二极管检波功率计。 几十年来，微波功率计的发展主要向着提高频率、 拓宽频段、扩大量程、提髙测量准确度、高速度及 小型化、智能化、模块化以及探头系列化的方向发 展。 基于微波半导体技术、计算机技术以及数字信号处 理技术的发展，功率检测器件的方式由最初的热敏 电阻式、热电偶式向二极管检波式的方向发展。 二极管式功率计具有动态范围大、测量速度快、测 量功能强等特点，已成为当今世界微波功率计的发 展主流。
式中，P为平均功率，v(t)为瞬时电压，i(t)为瞬时电 流，T为信号的周期，n为周期数。
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7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
如果被测信号的电压和电流是连续的正弦波（CW） ，那么其平均功率的表达式为 式中，P为平均功率，以瓦（W）为单位；V为电压 均方值； I 为电流均方值； θ 为信号电压和电流的相 位差。 在实际测量中，用于接收功率的功率传感器表现为 一个纯电阻负载，因此电压和电流的相位差为0，且 由于V=IR，所以上电流，这里功率、电 压、电流都是给定时刻的瞬时值。
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7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
如果电压和电流不随时间变化，则瞬时功率为一常 数。 对交流信号测量的功率计只提供平均功率测量，也 就是测量信号在一个周期内能量变化的平均速率。 瞬时信号的平均功率由式（7.3）给出：
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7.2微波功率测量原理 7.2.2 功率测量的度量单位
采用dB有两个好处： ① 在通信和雷达系统中经常遇到相差数千、数百万倍 的功率范围，用dB表示可使数值变得紧凑； ② 在计算数个网络级联时的增益或插损时可用分贝的 加减来代替功率的乘除。 当式（7.9）中的Pref=1mW时，我们就得到了功率绝 对单位的另外一个对数度量单位 —— 分贝毫瓦（ dBm）： P 的单位为毫瓦（ mW ），那么 0 dBm 为 1 mW 、 10 dBm为10 mW、-3 dBm为0.5 mW。 dBm 加 上 适 当 标 准 词 头 ， 又 可 扩 展 为 dBW （ 1 dBW=30 dBm，dBμW (1 dBpW=-30 dBm）等。
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7.2微波功率测量原理 7.2.3 微波功率测量原理
终端式功率计通常有以下几种分类方式： (1) 按功率计测量功率原理分类 , 有热敏电阻式功率 计、热电偶式功率计、晶体管式功率计、量热式功 率计，此外还有微量热式及其他类型的功率计(如有 功功率计、霍耳效应功 率计、铁氧体功率计等)。 (2) 按被测功率的特征分类，分为连续波功率计、 峰值功率计。 (3) 按功率座输入端传输线的类型分类，分为同轴 型功率计和波导型功率计。 (4) 按功率计的量程大小分类，分为小功率计(P≤100 mW)、中功率计(P为100 mW〜 100 W)、大功率计 (P≥100 W)。 目前较常用的终端式微波功率计为热敏电阻式功率 计、半导体热电偶式功率计和二极管 式功率计。
式中， PAVG 为平均功率， T 是 v(t) 和 i(t) 最低频率分量 的周期。
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7.2微波功率测量原理 7.2.1 功率的基本定义
平均功率探头和功率计的平均时间一般为百分之几 秒到几秒，这种处理过程得到的是最常见的幅度调 制形式的能量平均。 2. 脉冲功率 脉冲功率是指能量在脉冲宽度上的平均。脉冲宽度 被定义为在上升时间/下降时间的50%幅度点之间的 时间。 数学表达式为: 脉冲功率将平均掉脉冲包络中过冲或振铃之类的任 何畸变，脉冲功率不等同于峰值功率或峰值脉冲功 率。
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7.2微波功率测量原理 7.2.3 微波功率测量原理
一般输入方式为波导式，频段一般为一个倍频程， 目前也出现了宽带同轴通过式功率计。 这种功率计往往设计成体积小的便携产品，有的则 是无源的，使用非常方便。 通过式功率计就其形式而言,分为单向和双向两类。 由单定向耦合器构成的通过式功率计称为单向式， 由双定向耦合器构成的通过式功率计称为双向式。
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7.2微波功率测量原理 7.2.3 微波功率测量原理
有三种常用器件用于在终端式功率探头中传感平均 功率，这些器件是热敏电阻、热电偶和二极管检波 器。 本章将详细讨论上述每种功率传感器件及其相关的 测试仪器。 现代智能功率探头包括存储有探头型号、类型、校 准参数的 E2PROM 以及传感环境温度的温度传感器 等。 功率计包括放大器和相关处理电路,主要负责对功率 探头变换的信号进行处理，产生准确的功率读数。 通常，一个型号的功率计能够兼容不同类型、不同 频率范围、不同功率范围的系列功率探头。
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7.2微波功率测量原理 7.2.2 功率测量的度量单位
7.2.2 功率测量的度量单位 “功率”是国际单位制（S1）中的导出单位。 表示功率大小的单位有线性度量单位和对数度量单 位两种。 线性度量单位常用单位为瓦特（ W）， 1 瓦特等于 1 焦耳 / 秒（ J/s ），瓦特加上十进制倍数或分数单位 的适当标准词头，可以派生出不同量级的吉瓦（ 1GW=109W ） 、 兆 瓦 （ 1 MW=106 W ） 、 千 瓦 （ 1 kW=103W）、瓦（W）、毫瓦（1 mW=10-3W）、微 瓦（1 pW=10-6 W）、纳瓦（l nW=10-9W）、皮瓦（l pW=l0-12W）等。
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7.2微波功率测量原理 7.2.2 功率测量的度量单位