解惑:射頻功率穩定性測量常見問題


功率傳感器的選擇
標準監測設備是功率計,業內公認功率計是射頻功率測量zui準確的儀器設備。當前主流商用功率傳感器的類型分為熱電傳感器和二極管傳感器,其中二極管傳感器通常采用多通道測量技術,用不同視頻濾波器帶寬VBW,又分為通用型 ( VBW ≈ 150kHz ),平均型 ( VBW ≈ 150Hz ),寬帶型 ( VBW ≥ 30MHz )。
熱電傳感器如 R&S NRPxxT,例如NRP18T頻率范圍DC~18GHz,NRP40T頻率范圍DC~40GHz;通用傳感器如 R&S NRPxxS,例如NRP40S頻率范圍10MHz~40GHz;平均傳感器如 R&S NRPxxA,例如NRP18A頻率范圍8kHz~18GHz;寬帶傳感器如 R&S NRP-Z8x,例如NRP-Z85頻率范圍50MHz~40GHz。
下表比較上述幾種類型傳感器的指標,對于功率在-10~0dBm的連續波測試,溫度范圍20~25°C,平均功率測試的準確度,熱電傳感器zui準,其次是通用和平均型,zui差是寬帶傳感器。
傳感器類型 | 不確定度(dB) | ||
18GHz | 40GHz | ||
熱電 | 0.082 | 0.108 | |
二 極 管 | 通用型 | 0.09 | 0.122 |
平均型 | 0.09 | - | |
寬帶型 | 0.15 | 0.17 |
測量功率范圍也是一個需要關注的指標,上述功率傳感器的功率測量范圍如下表,在選型之前需要根據測量目標功率選擇合適的傳感器。
傳感器類型 | 功率測量范圍(dBm) | ||
zui低 | zui高 | ||
熱電 | -35 | +20 | |
二 極 管 | 通用型 | -70 | +23 |
平均型 | -70 | +23 | |
寬帶型 | -60 | +20 |
功率在-10~0dBm的連續波測試,選擇熱電傳感器;
當被測信號功率小于-30dBm時,選擇通用型傳感器;
寬帶傳感器可以監測脈沖包絡電平數據,并由此自動計算峰值和平均值功率,還有脈寬和周期等時間參數;熱電和通用傳感器通常準確測量平均值功率,也可以通過輸入占空比數值,計算獲得峰值功率。
功率計測試連接和布置
功率監測的連接布置如下圖,將定向耦合器接入信號傳輸鏈路,傳感器A監測前向功率,選配傳感器B監測反射信號功率。
這樣的測試連接方法,可應用于信號傳輸節點的功率穩定性長期監測。例如,信號源或功放的長期穩定性測量,即“老煉試驗”。
影響準確性和一致性的因素
測試中如果發現數據異常,需要分析定位其原因,確保數據是真實測量結果數據。
01
環境因素
溫濕度、噪聲和振動等,會影響測試結果數據的準確性。例如溫度變化造成的測試數據波動,約為0.002~0.004dB/K;外界射頻噪聲干擾測試結果。
02
被測設備特性或缺陷
在監測過程中,被測設備可能偶然出現暫時不正常工作狀態,例如真空管放大器老煉試驗過程中可能發生“打火”現象,這對功率傳感器而言可能是“毀滅級”的。
03
信噪比帶來的不確定度
溫濕度、噪聲和振動等,會影響測試結果。例如溫度變化造成的測試數據波動,約為0.002~0.004dB/K;外界射頻噪聲干擾測試結果。
04
功率傳感器調零和修正因子
功率傳感器的調零Zero就是自校準,注意在調零時,傳感器空載,不可輸入信號;如果工作環境溫濕度變化程度較大時,建議進行一次調零。
功率計測量時,需要輸入被測信號的載波頻率,用來激活相應頻率處的修正因子;輸入頻率錯誤會造成錯誤的測量數據。
05
不同型號功率計數據差異
除了量程范圍以及不確定度不同,各類功率傳感器對同一場景的測試數據也可能有差異。
例如非周期偶發瞬態功率變化,變化期間寬帶傳感器與熱電和通用傳感器的測試值差異較大。對于諧波和雜散較差的測試設備,如果傳感器頻率范圍不同,也會出現較大差異,通常頻率范圍寬的傳感器捕獲更多諧波和雜散,從而測得更大的功率值。
在排查異常數據時,功分器連接兩種傳感器同時測量并長時間記錄功率數據,比較其數值差異。
06
功率計與頻譜儀數據差異
純凈連續波的平均功率測量,以功率計測量值為準,要求諧波和雜散越低越好,相對連續波信號功率至少<-30dBc,頻譜儀的讀數偏差就是它的功率測量誤差,功分器連接頻譜儀和功率計同時測量的過程,就是頻譜儀校準過程。
對于諧波雜散很差的被測設備,例如 -10dBc的諧波,采用純凈源+功分器和上述方法校準過的頻譜儀的測試結果,代表信號真實功率,信號載波頻率、諧波頻率可分別單獨測量。
頻譜儀對于寬帶信號的測量需要采用統計測量或信道功率測量,結果與平均功率對應,如果被測設備諧波和雜散較小,以功率計測量值為準。
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