射频功率测量

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AN-S202 射频功率测量

移动通信模型校正发射机

AN-12-01R ******************************************************************************************* 内容提要：

自从第一台无线电发射机诞生之时起，发射机的射频输出功率测量就成为工程师们

关心的课题。随着通信技术的不断发展，射频功率测量技术也在相应发展。本文简

要介绍了针对不同调制类型的发射机的射频功率测量方法。

******************************************************************************************* 常见的射频功率测量方法

射频功率测量通常可以用频谱分析仪（矢量信号分析仪）和功率计来完成。

用频谱分析仪进行功率测量的优点是可以进行窄带测量和峰均功率比分析，而且其

最小测试功率电平非常小，这些功能在当今的数字通信系统中发挥了极大的作用，

比如GSM 信号的邻道功率测量，传导杂散功率的测量，WCDMA 功率放大器的线

性分析等；而缺点则是功率幅度测量精度不很理想。

射频功率的功率计测量法又可以分为两类：量热式功率计（或称热偶式功率计）和

直接读数的连续波（CW ）型功率计。量热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）。与之比较，

连读波功率计（如Bird43）则是取出一小部分射频信号，并将其检波后产生电流来

激励一个已校正的表头读出功率（瓦特）。

在量热式测量法中，射频信号的“热功率”的测试精度可以做到±1%以内，是所有

功率测量中精度最高的。而且其测试基本上不受信号波形（峰均功率比）的影响。

量热式功率计通常用于小功率测

量和校准。对于大功率测量，则需要一些高精度的测试附件配合

完成，如衰减器和定向耦合器等。

量热式功率测量法的缺点是不能

直接测量反射功率。

大多数便携式，平均读数的射频

功率计实际上是一种信号激励装

置，通常也被称为通过式功率计。它们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

二极管检测波电路（见图1），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

图1、二极管射频检波电路

AN-1301_射频功率测量 反射功率。通过式功率测量法的优点是可以直接读出正向和反射功率，可以进行大

功率测量，体积小，便于携带，成本低；而其缺点是不能进行窄带测量，测试精度

稍差，通常为±5%。鉴于这些特点，通过式功率计被大量应用于工程测量。

以下章节中，将对通过式功率进行较为详细的分析。

无源二极管检波器的局限

当一个连续波（CW ），调频（FM 或调相（PM ）信号被如图1所示的

检波电路取样时，被送至表头的信

号是一个与峰值功率成正比的直流

电压。这个直流电压使表头指针偏

转至某一位置，它指示了相应的功

率。从技术上讲，表针所指示的读

数可以表示峰值、平均值、有效值

或其它任何类型的功率测量结果。

用这种方式所构成的表头刻度还可产生以下类型的功率读数：

1. 射频波形与用来校正刻度的波形完全一致，并具有同样的峰值/平均值比的射频

功率。

2. 峰值/平均值比保持恒定的射频功率。

3. 被取样信号激励的二极管工作于“平方率”范围内的射频功率。这使得检波电路

产生的输出电压与被测功率呈线性关系（图2）。超出此范围

后，电路的灵敏度逐渐下降。

上述条件对于连续波（CW ）、调频

（FM ）和调相（PM ）信号是准确的，

由此可见连续波型功率计适用于单一载

频、模拟无线电系统中的功率测试。然而

在多载频或数字调制射频的场合下，信号波形

的对称性、频率、幅度和峰值/平均值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3），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，数字调制波形的动态范围可以激励连续波功率计的二极管检波电路，使

其超出平方率范围。

图3、调幅/调相射频信号波形 图2、二极管检波电路的功率灵敏度曲线

移动通信模型校正发射机AN-12-01R

射频功率的定义

现代无线通信系统中，大量采用了数字调制技术（如图4所示）。

图4、典型的数字调制信号

射频功率用以下的指标来定义：

1、平均功率（AVG）——载频功率的平均值

2、突发功率（BRST AV）——周期性突发载频的平均功率，基于以下条件的平均

功率测量：突发平均功率= 平均功率× T/t（t：脉宽；1/T：重复比）

3、峰值功率（PEP）——载频功率的峰值

4、峰值/平均功率比（PEP/AVG）——峰值功率和平均值功率的比值

5、互补积累分布函数（CCDF）——正向功率超过给定门限的概率（%）

针对不同的通信系统，需要采用不同的指标来定义其射频功率。如常见的双向无线

电对讲机，由于采用的是调频方式，所以只要测量其平均功率就可以了；双边带的

调幅发射机，其功率随着调制度的变化，所以需要测量其峰均功率比，或者固定一

个调制度进行功率测量，就象模拟电视中的图象功率测量。可见了解被测信号的特

性对于正确测量射频功率是至关重要的。

用连续波功率计还是数字功率计？

随着技术的发展，连续波功率计被进行了改良，其代表产品是Bird公司的APM16

（图5）数字功率计。这种改良是在二极管检波电路中加了缓冲电路，以提高检波

的动态范围。下表表示了热偶式，连续波功率计（Bird43）和APM-16功率计对于

各种常见射频信号类型的预期性能。

43功率计对于连续波信号有良好的表现，这与其设计思想是相符的，但是对于常见