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鳥牌射頻通過式功率計(jì)的應(yīng)用

來源:深圳市朗普電子科技有限公司   2010年09月24日 11:17  

射頻通過式功率計(jì)的應(yīng)用2 a+

在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中,通常采用AM,FM或PM調(diào)制方式。這些發(fā)射機(jī)的射頻功率測(cè)量可以用線性連續(xù)波功率計(jì)完成。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中,廣泛采用了數(shù)字調(diào)制方式,其射頻功率的測(cè)試方法也隨之改變了。

在本文中,首先討論了通過式功率計(jì)的工作原理,及數(shù)字調(diào)制信號(hào)的射頻功率的定義,理解了這些定義將有助于射頻功率的正確測(cè)量。然后例舉了通過式功率計(jì)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

  一、通過式功率計(jì)的工作原理

射頻功率可由兩類儀器來測(cè)量:熱偶式功率計(jì)和通過式功率計(jì)。

熱偶式測(cè)試法是先將射頻功率轉(zhuǎn)換為熱能,測(cè)出其所產(chǎn)生的能量的總和,再將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的功率讀數(shù)(瓦特)。在熱偶式測(cè)量法中,其測(cè)試結(jié)果基本上不受信號(hào)波形的影響。但熱偶式功率計(jì)的成本,物理尺寸,測(cè)試響應(yīng)時(shí)間,所需的附件設(shè)備,電纜和交流電源都決定了它不能得到廣泛的應(yīng)用。

早在1952年,BIRD公司的創(chuàng)始人J.Raymond Bird發(fā)明了通過式功率計(jì)原理——Thruline技術(shù)。從此,通過式功率測(cè)量法成為射頻功率測(cè)量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一直至今。在工程應(yīng)用及工程計(jì)量中,通過式功率計(jì)的作用是任何其它功率測(cè)試手段所無法替代的。通過式射頻功率計(jì)實(shí)際上是一種信號(hào)激勵(lì)裝置,采用了一個(gè)無源的二極管射頻傳感器。在同軸線的一側(cè)裝有一個(gè)定向的,半波二極管檢波電路,并將其接到一個(gè)已校正的表頭以讀出有效值功率。檢波電路與傳輸線通過介質(zhì)耦合,并根據(jù)置于傳輸線旁的傳感器的方向取樣出正向和反射功率。

Thruline功率計(jì)的代表產(chǎn)品是BIRD公司的43型功率計(jì),它自發(fā)明以來已經(jīng)有超過25萬臺(tái)在*范圍得到應(yīng)用。43采用了無源線性二極管檢波技術(shù),可以測(cè)量單載頻的FM,PM和CW信號(hào)的功率,或者與校準(zhǔn)信號(hào)的峰均功率比*一致的信號(hào)。

二、通過式功率計(jì)的應(yīng)用H

1.射頻功率的測(cè)量

  與終端式(熱偶式)功率計(jì)不同的是,通過式功率計(jì)真實(shí)的反映了一個(gè)發(fā)射系統(tǒng)中各個(gè)截面的正向功率和反射功率。

終端式功率計(jì)的輸入阻抗是標(biāo)準(zhǔn)的50Ω。在功率測(cè)量中,終端式功率計(jì)替代了發(fā)射機(jī)的負(fù)載,也就是說,終端式功率計(jì)將發(fā)射機(jī)的負(fù)載理想化了。所以說,終端式功率計(jì)所測(cè)得的結(jié)果是發(fā)射機(jī)在理想負(fù)載時(shí)的輸出功率;如果發(fā)射天饋系統(tǒng)的匹配情況良好,則這個(gè)結(jié)果可以真實(shí)反映發(fā)射系統(tǒng)的輸出情況;如果發(fā)射天饋系統(tǒng)的匹配不好(如VSWR>1.5),則終端式功率計(jì)不能真實(shí)反映發(fā)射系統(tǒng)的情況。

而通過式功率計(jì)則不同,它實(shí)際上是在傳輸線一側(cè)放置了一個(gè)耦合探頭,與發(fā)射機(jī)的工作波長(zhǎng)相比,功率計(jì)傳感器的電長(zhǎng)度幾乎可以忽略不計(jì)。所以只要將通過式功率計(jì)置于發(fā)射系統(tǒng)的某個(gè)截面,那么得出的結(jié)果是這個(gè)截面的正向和反射功率(VSWR)。

2.測(cè)量無源器件的插入損耗

用二臺(tái)通過式功率計(jì)可以十分準(zhǔn)確的測(cè)出一個(gè)無源器件的插入損耗,其精度和網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試結(jié)果相當(dāng)。

這種測(cè)量方法的基本原理是替代法。即先將二臺(tái)功率計(jì)用一只精密的射頻轉(zhuǎn)接器(如Nf-Nf)直接連接,再用被測(cè)器件替代射頻轉(zhuǎn)接器,分別讀出4個(gè)功率讀數(shù),從而計(jì)算出被測(cè)器件的準(zhǔn)確插入損耗值。詳情參見《用功率計(jì)測(cè)量插入損耗》一文(TRANSCOM文件號(hào):03TF-001-v1.0-AN)。

用這種方法可以準(zhǔn)確的測(cè)出一個(gè)蜂窩基站從發(fā)射機(jī)輸出端到天線輸入端的全部插入損耗,這對(duì)于基站的維護(hù)是有益的。雖然用網(wǎng)絡(luò)分析儀也可以單端測(cè)量長(zhǎng)電纜的插入損耗,但是網(wǎng)絡(luò)分析儀必須在同一種介質(zhì)下測(cè)量,而且要準(zhǔn)確設(shè)定電纜的相速度,否則會(huì)產(chǎn)生附加的測(cè)試誤差;而用功率計(jì)法就不需要知道這些參數(shù),它只是把整個(gè)系統(tǒng)(包括跳線、主饋線,避雷器,定向耦合器等)一并當(dāng)作一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)來對(duì)待。

3.測(cè)量功率放大器的線性

用功率計(jì)除了可以測(cè)量放大器的功率,增益等指標(biāo)外,還可以測(cè)量放大器的線性。

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)工程師們更關(guān)心放大器的線性指標(biāo)而不是效率指標(biāo),這是與系統(tǒng)的工作特性有關(guān)的,尤其是在寬帶通信系統(tǒng)(如CDMA?WCDMA基站和直放站)中。

放大器的線性通常用IM3來表征,這需要用信號(hào)源和頻譜分析儀來搭建一個(gè)復(fù)雜的測(cè)試電路來完成。用通過式功率計(jì)也可以測(cè)量放大器的線性度,而且方法很簡(jiǎn)單:分別測(cè)出放大器輸入和輸出端的互補(bǔ)積累分布函數(shù)(CCDF),這二個(gè)數(shù)值越吻合,說明放大器的線性越好。

在用功率計(jì)法測(cè)量放大器的線性的同時(shí),還能測(cè)量放大器的增益和輸出功率;這對(duì)于生產(chǎn)線上的快速測(cè)試十分有意義。另外放大器的線性度直接影響到發(fā)射機(jī)輸出頻譜的純凈程度,因此也是無線電系統(tǒng)工程師的關(guān)注點(diǎn)。

和網(wǎng)絡(luò)分析儀法相比,用通過式功率計(jì)加(失配)負(fù)載的方法可以更加準(zhǔn)確的測(cè)量放大器在大功率狀態(tài)下的輸出駐波比及保護(hù)門限。而且還可以提高生產(chǎn)線的測(cè)試速度,降低測(cè)試成本。

 

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