解惑:射频功率稳定性测量常见问题
 2022年09月02日 |阅读次数:220

功率传感器的选择

标准监测设备是功率计,业内公认功率计是射频功率测量zui准确的仪器设备。当前主流商用功率传感器的类型分为热电传感器和二极管传感器,其中二极管传感器通常采用多通道测量技术,用不同视频滤波器带宽VBW,又分为通用型 ( VBW ≈ 150kHz ),平均型 ( VBW ≈ 150Hz ),宽带型 ( VBW ≥ 30MHz )。


热电传感器如 R&S NRPxxT,例如NRP18T频率范围DC~18GHz,NRP40T频率范围DC~40GHz;通用传感器如 R&S NRPxxS例如NRP40S频率范围10MHz~40GHz;平均传感器如 R&S NRPxxA例如NRP18A频率范围8kHz~18GHz;宽带传感器如 R&S NRP-Z8x例如NRP-Z85频率范围50MHz~40GHz。


下表比较上述几种类型传感器的指标,对于功率在-10~0dBm的连续波测试,温度范围20~25°C,平均功率测试准确度,热电传感器zui准,其次是通用和平均型,zui差是宽带传感器。


传感器类型
不确定度(dB)
18GHz
40GHz
热电
0.082
0.108

通用型0.09
0.122
平均型0.09
-
宽带型0.15
0.17


测量功率范围也是一个需要关注的指标,上述功率传感器的功率测量范围如下表,在选型之前需要根据测量目标功率选择合适的传感器。


传感器类型
功率测量范围(dBm)
zui低zui高
热电
-35+20

通用型-70
+23
平均型-70
+23
宽带型-60
+20


选型指南


功率在-10~0dBm的连续波测试,选择热电传感器;


当被测信号功率小于-30dBm时,选择通用型传感器


宽带传感器可以监测脉冲包络电平数据,并由此自动计算峰值和平均值功率,还有脉宽和周期等时间参数;热电和通用传感器通常准确测量平均值功率,也可以通过输入占空比数值,计算获得峰值功率


功率计测试连接和布置

功率监测的连接布置如下图,将定向耦合器接入信号传输链路,传感器A监测前向功率,选配传感器B监测反射信号功率。


1.png


这样的测试连接方法,可应用于信号传输节点的功率稳定性长期监测。例如,信号源或功放的长期稳定性测量,即“老炼试验”。


影响准确性和一致性的因素

测试中如果发现数据异常,需要分析定位其原因,确保数据是真实测量结果数据。


01

环境因素

温湿度、噪声和振动等,会影响测试结果数据的准确性。例如温度变化造成的测试数据波动,约为0.002~0.004dB/K;外界射频噪声干扰测试结果。


02

被测设备特性或缺陷

在监测过程中,被测设备可能偶然出现暂时不正常工作状态,例如真空管放大器老炼试验过程中可能发生“打火”现象,这对功率传感器而言可能是“毁灭级”的。


03

信噪比带来的不确定度

温湿度、噪声和振动等,会影响测试结果。例如温度变化造成的测试数据波动,约为0.002~0.004dB/K;外界射频噪声干扰测试结果。


04

功率传感器调零和修正因子

功率传感器的调零Zero就是自校准,注意在调零时,传感器空载,不可输入信号;如果工作环境温湿度变化程度较大时,建议进行一次调零。

功率计测量时,需要输入被测信号的载波频率,用来激活相应频率处的修正因子;输入频率错误会造成错误的测量数据。


05

不同型号功率计数据差异

除了量程范围以及不确定度不同,各类功率传感器对同一场景的测试数据也可能有差异。

例如非周期偶发瞬态功率变化,变化期间宽带传感器与热电和通用传感器的测试值差异较大。对于谐波和杂散较差的测试设备,如果传感器频率范围不同,也会出现较大差异,通常频率范围宽的传感器捕获更多谐波和杂散,从而测得更大的功率值。

在排查异常数据时,功分器连接两种传感器同时测量并长时间记录功率数据,比较其数值差异。


06

功率计与频谱仪数据差异

纯净连续波的平均功率测量,以功率计测量值为准,要求谐波和杂散越低越好,相对连续波信号功率至少<-30dBc,频谱仪的读数偏差就是它的功率测量误差,器连接频谱仪和功率计同时测量的过程,就是频谱仪校准过程。

对于谐波杂散很差的被测设备例如 -10dBc的谐波,采用纯净源+功分器和上述方法校准过的频谱仪的测试结果,代表信号真实功率,信号载波频率、谐波频率可分别单独测量。

频谱仪对于宽带信号的测量需要采用统计测量或信道功率测量,结果与平均功率对应,如果被测设备谐波和杂散较小,以功率计测量值为准。


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