射频通过式功率计的应用

射频通过式功率计的应用

射频通过式功率计的应用

在传统的通信系统中,通常采用AM,FM或PM调制方式。这些发射机的射频功率测量可以用线性连续波功率计完成。在现代通信系统中,广泛采用了数字调制方式,其射频功率的测试方法也随之改变了。

在本文中,首先讨论了通过式功率计的工作原理,及数字调制信号的射频功率的定义,理解了这些定义将有助于射频功率的正确测量。然后例举了通过式功率计在通信系统中的应用。

 一、通过式功率计的工作原理

射频功率可由两类仪器来测量:热偶式功率计和通过式功率计。

热偶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)。在热偶式测量法中,其测试结果基本上不受信号波形的影响。但热偶式功率计的成本,物理尺寸,测试响应时间,所需的附件设备,电缆和交流电源都决定了它不能得到广泛的应用。

早在1952年,BIRD公司的创始人J.Raymond Bird发明了通过式功率计原理——Thruline技术。从此,通过式功率测量法成为射频功率测量的工业标准一直至今。在工程应用及工程计量中,通过式功率计的作用是任何其它功率测试手段所无法替代的。通过式射频功率计实际上是一种信号激励装置,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,半波二极管检波电路,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反射功率。

Thruline功率计的代表产品是BIRD公司的Bird 43型功率计,它自发明以来已经有超过25万台在全世界范围得到应用。43采用了无源线性二极管检波技术,可以测量单载频的FM,PM和CW信号的功率,或者与校准信号的峰均功率比完全一致的信号。

二、通过式功率计的应用H

1.射频功率的测量

 与终端式(热偶式)功率计不同的是,通过式功率计真实的反映了一个发射系统中各个截面的正向功率和反射功率。

终端式功率计的输入阻抗是标准的50Ω。在功率测量中,终端式功率计替代了发射机的负载,也就是说,终端式功率计将发射机的负载理想化了。所以说,终端式功率计所测得的结果是发射机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,则这个结果可以真实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。

而通过式功率计则不同,它实际上是在传输线一侧放置了一个耦合探头,与发射机的工作波长相比,功率计传感器的电长度几乎可以忽略不计。所以只要将通过式功率计置于发射系统的某个截面,那么得出的结果是这个截面的正向和反射功率(VSWR)。

2.测量无源器件的插入损耗

用二台通过式功率计可以十分准确的测出一个无源器件的插入损耗,其精度和网络分析仪的测试结果相当。

这种测量方法的基本原理是替代法。即先将二台功率计用一只精密的射频转接器(如Nf-Nf)直接连接,再用被测器件替代射频转接器,分别读出4个功率读数,从而计算出被测器件的准确插入损耗值。详情参见《用功率计测量插入损耗》一文(TRANSCOM文件号:03TF-001-v1.0-AN)。

用这种方法可以准确的测出一个蜂窝基站从发射机输出端到天线输入端的全部插入损耗,这对于基站的维护是有益的。虽然用网络分析仪也可以单端测量长电缆的插入损耗,但是网络分析仪必须在同一种介质下测量,而且要准确设定电缆的相速度,否则会产生附加的测试误差;而用功率计法就不需要知道这些参数,它只是把整个系统(包括跳线、主馈线,避雷器,定向耦合器等)一并当作一个二端口网络来对待。

3.测量功率放大器的线性

用功率计除了可以测量放大器的功率,增益等指标外,还可以测量放大器的线性。

在现代通信系统中,设计工程师们更关心放大器的线性指标而不是效率指标,这是与系统的工作特性有关的,尤其是在宽带通信系统(如CDMA?WCDMA基站和直放站)中。

放大器的线性通常用IM3来表征,这需要用信号源和频谱分析仪来搭建一个复杂的测试电路来完成。用通过式功率计也可以测量放大器的线性度,而且方法很简单:分别测出放大器输入和输出端的互补积累分布函数(CCDF),这二个数值越吻合,说明放大器的线性越好。

在用功率计法测量放大器的线性的同时,还能测量放大器的增益和输出功率;这对于生产线上的快速测试十分有意义。另外放大器的线性度直接影响到发射机输出频谱的纯净程度,因此也是无线电系统工程师的关注点。

和网络分析仪法相比,用通过式功率计加(失配)负载的方法可以更加准确的测量放大器在大功率状态下的输出驻波比及保护门限。而且还可以提高生产线的测试速度,降低测试成本。

 

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