功率計(jì)三種分類(lèi)詳解

時(shí)間：2016-11-22 18:52:46

關(guān)鍵字：功率射頻電源技術(shù)解析

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[導(dǎo)讀]功率計(jì)是測(cè)量電功率的儀器。搞射頻微波的各位親們相比不陌生，功率計(jì)基本上也是和信號(hào)源、頻譜儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀并行的幾個(gè)大件之一，當(dāng)然沒(méi)有前面幾個(gè)大哥那么昂貴。圖1 功

功率計(jì)是測(cè)量電功率的儀器。搞射頻微波的各位親們相比不陌生，功率計(jì)基本上也是和信號(hào)源、頻譜儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀并行的幾個(gè)大件之一，當(dāng)然沒(méi)有前面幾個(gè)大哥那么昂貴。

圖1 功率測(cè)量?jī)x器的組成

功率計(jì)分類(lèi)

一、按照連接方式分類(lèi)

射頻或微波功率計(jì)按照在測(cè)試系統(tǒng)中的連接方式不同，又可分為：終端式和通過(guò)式兩種。

終端式功率計(jì)把功率計(jì)探頭作為測(cè)試系統(tǒng)的終端負(fù)載，功率計(jì)吸收全部待測(cè)功率，由功率指示器直接讀取功率值。由于需要吸收全部入射功率，終端式功率計(jì)常用于測(cè)試小信號(hào)。

終端式功率計(jì)有如下特點(diǎn)：

(1)在常見(jiàn)的射頻和微波功率測(cè)量?jī)x器中，終端式功率計(jì)的幅度測(cè)量精度是最高的，超越了頻譜儀或者信號(hào)分析儀，典型測(cè)量精度可以達(dá)到±1.6%.

(2)不能測(cè)量大功率。通常上限為+20dBm，下限為-60dBm左右。

(3)可以測(cè)量各種調(diào)制信號(hào)的平均功率、峰值功率、突發(fā)功率等。

通過(guò)式功率計(jì)，它是利用某種耦合裝置，如定向耦合器、耦合環(huán)、探針等從傳輸?shù)墓β手邪匆欢ǖ谋壤詈铣鲆徊糠止β剩腿牍β视?jì)度量，傳輸?shù)目偣β实扔诠β视?jì)指示值乘以比例系數(shù)。通過(guò)式功率計(jì)的業(yè)內(nèi)先驅(qū)是Bird，射頻微波的老人應(yīng)該都知道。下圖就是典型的通過(guò)式功率計(jì)的原理框圖：

圖2. 通過(guò)式功率計(jì)的原理框圖

通過(guò)式功率計(jì)的主要特點(diǎn);

(1)通過(guò)式功率計(jì)具有大功率測(cè)量能力。理論上來(lái)說(shuō)，只要傳輸線(xiàn)可以通過(guò)的功率，通過(guò)式功率計(jì)都可以測(cè)量。所以廣電上動(dòng)輒上千瓦的功率，都是由通過(guò)式功率計(jì)來(lái)測(cè)量的。

(2)通過(guò)式功率計(jì)很難做到寬帶，這是由于里面的定向耦合器的限制。

(3)由于定向耦合器的耦合度存在，通過(guò)式功率計(jì)不能用于太小的功率測(cè)量。這個(gè)和終端式功率計(jì)正好各有所長(zhǎng)。

二、按照靈敏度和測(cè)量范圍分類(lèi)

射頻或微波功率計(jì)按靈敏度和測(cè)量范圍分類(lèi)，可以分為測(cè)熱電阻型功率計(jì)、熱電偶型功率計(jì)、量熱式功率計(jì)、晶體檢波式功率計(jì)。

測(cè)熱電阻型功率計(jì)使用熱變電阻做功率傳感元件。熱變電阻值的溫度系數(shù)較大。被測(cè)信號(hào)的功率被熱變電阻吸收后產(chǎn)生熱量，使其自身溫度升高，電阻值發(fā)生顯著變化，利用電阻電橋測(cè)量電阻值的變化，顯示功率值。

熱電偶型功率計(jì)熱電偶型功率計(jì)中的熱偶結(jié)直接吸收高頻信號(hào)功率，結(jié)點(diǎn)溫度升高，產(chǎn)生溫差電勢(shì)，電勢(shì)的大小正比于吸收的高頻功率值。這種功率計(jì)的測(cè)量精度比較高，一般用于比較精確的功率測(cè)量。

圖3 熱電偶功率計(jì)原理簡(jiǎn)圖

量熱式功率計(jì)典型的熱效應(yīng)功率計(jì)，利用隔熱負(fù)載吸收高頻信號(hào)功率，使負(fù)載的溫度升高，再利用熱電偶元件測(cè)量負(fù)載的溫度變化量，根據(jù)產(chǎn)生的熱量計(jì)算高頻功率值。這個(gè)基本上我們實(shí)驗(yàn)室里面就見(jiàn)得不多了，多用于校準(zhǔn)級(jí)的功率基準(zhǔn)測(cè)試。

晶體檢波式功率計(jì)晶體二極管檢波器將高頻信號(hào)變換為低頻或直流電信號(hào)。適當(dāng)選擇工作點(diǎn)，使檢波器輸出信號(hào)的幅度正比于高頻信號(hào)的功率。晶體管檢波式功率計(jì)由于測(cè)量速度快、精度適中等特點(diǎn)，一直在射頻微波的測(cè)量中廣為使用。

三、按照被測(cè)信號(hào)的不同分類(lèi)

射頻或微波功率計(jì)按被測(cè)信號(hào)分類(lèi)：連續(xù)波功率計(jì)和脈沖峰值功率計(jì)。

圖4 峰值功率計(jì)原理簡(jiǎn)圖

功率計(jì)技術(shù)指標(biāo)以下是射頻功率計(jì)的典型技術(shù)指標(biāo)：

a) 功率范圍保證測(cè)量精度的可測(cè)功率最大值和最小值范圍。功率計(jì)的功率范圍決定于功率探頭。

b) 最大允許功率探頭不被損壞的最大輸入功率值，通常指平均功率。在測(cè)量大功率峰值信號(hào)時(shí)，注意峰值電壓不能超過(guò)一定值，否則造成電壓擊穿。使用功率計(jì)時(shí)絕對(duì)不能測(cè)量大于允許功率值的信號(hào)，否則會(huì)造成功率探頭燒毀。

c) 頻率范圍能保證測(cè)量精度和性能指標(biāo)的被測(cè)信號(hào)的頻率范圍。

d) 測(cè)量精度指功率探頭校準(zhǔn)修正后的精度。不包括測(cè)試系統(tǒng)的失配誤差。

e) 穩(wěn)定性功率計(jì)的穩(wěn)定性取決于功率探頭的穩(wěn)定性和指示器的零漂及噪聲干擾。

f) 響應(yīng)時(shí)間也稱(chēng)功率傳感元件的時(shí)間常數(shù)。通常指功率指示器上升到穩(wěn)定值的64%所需的時(shí)間。

g) 探頭的型號(hào)、阻抗選用功率計(jì)探頭時(shí)，功率探頭的使用頻率、功率范圍必須與被測(cè)信號(hào)一致，探頭傳輸線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和阻抗應(yīng)與被測(cè)傳輸線(xiàn)相互匹配。

比如一個(gè)典型的功率計(jì)的技術(shù)參數(shù)可能如下：