射頻通過式功率計的應用2 a+

在傳統的通信系統中，通常采用ＡＭ，ＦＭ或ＰＭ調制方式。這些發射機的射頻功率測量可以用線性連續波功率計完成。在現代通信系統中，廣泛采用了數字調制方式，其射頻功率的測試方法也隨之改變了。

在本文中，首先討論了通過式功率計的工作原理，及數字調制信號的射頻功率的定義，理解了這些定義將有助于射頻功率的正確測量。然后例舉了通過式功率計在通信系統中的應用。

  一、通過式功率計的工作原理

射頻功率可由兩類儀器來測量：熱偶式功率計和通過式功率計。

熱偶式測試法是先將射頻功率轉換為熱能，測出其所產生的能量的總和，再將其轉換為相應的功率讀數（瓦特）。在熱偶式測量法中，其測試結果基本上不受信號波形的影響。但熱偶式功率計的成本，物理尺寸，測試響應時間，所需的附件設備，電纜和交流電源都決定了它不能得到廣泛的應用。

早在１９５２年，ＢＩＲＤ公司的創始人Ｊ．Ｒａｙｍｏｎｄ Ｂｉｒｄ發明了通過式功率計原理——Ｔｈｒｕｌｉｎｅ技術。從此，通過式功率測量法成為射頻功率測量的工業標準一直至今。在工程應用及工程計量中，通過式功率計的作用是任何其它功率測試手段所無法替代的。通過式射頻功率計實際上是一種信號激勵裝置，采用了一個無源的二極管射頻傳感器。在同軸線的一側裝有一個定向的，半波二極管檢波電路，并將其接到一個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耦合，并根據置于傳輸線旁的傳感器的方向取樣出正向和反射功率。

Ｔｈｒｕｌｉｎｅ功率計的代表產品是ＢＩＲＤ公司的４３型功率計，它自發明以來已經有超過２５萬臺在*范圍得到應用。４３采用了無源線性二極管檢波技術，可以測量單載頻的ＦＭ，ＰＭ和ＣＷ信號的功率，或者與校準信號的峰均功率比*一致的信號。

二、通過式功率計的應用H

１．射頻功率的測量

  與終端式（熱偶式）功率計不同的是，通過式功率計真實的反映了一個發射系統中各個截面的正向功率和反射功率。

終端式功率計的輸入阻抗是標準的５０Ω。在功率測量中，終端式功率計替代了發射機的負載，也就是說，終端式功率計將發射機的負載理想化了。所以說，終端式功率計所測得的結果是發射機在理想負載時的輸出功率；如果發射天饋系統的匹配情況良好，則這個結果可以真實反映發射系統的輸出情況；如果發射天饋系統的匹配不好（如ＶＳＷＲ＞１．５），則終端式功率計不能真實反映發射系統的情況。

而通過式功率計則不同，它實際上是在傳輸線一側放置了一個耦合探頭，與發射機的工作波長相比，功率計傳感器的電長度幾乎可以忽略不計。所以只要將通過式功率計置于發射系統的某個截面，那么得出的結果是這個截面的正向和反射功率（ＶＳＷＲ）。

２．測量無源器件的插入損耗

用二臺通過式功率計可以十分準確的測出一個無源器件的插入損耗，其精度和網絡分析儀的測試結果相當。

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

用這種方法可以準確的測出一個蜂窩基站從發射機輸出端到天線輸入端的全部插入損耗，這對于基站的維護是有益的。雖然用網絡分析儀也可以單端測量長電纜的插入損耗，但是網絡分析儀必須在同一種介質下測量，而且要準確設定電纜的相速度，否則會產生附加的測試誤差；而用功率計法就不需要知道這些參數，它只是把整個系統（包括跳線、主饋線，避雷器，定向耦合器等）一并當作一個二端口網絡來對待。

３．測量功率放大器的線性

用功率計除了可以測量放大器的功率，增益等指標外，還可以測量放大器的線性。

在現代通信系統中，設計工程師們更關心放大器的線性指標而不是效率指標，這是與系統的工作特性有關的，尤其是在寬帶通信系統（如ＣＤＭＡ?ＷＣＤＭＡ基站和直放站）中。

放大器的線性通常用ＩＭ３來表征，這需要用信號源和頻譜分析儀來搭建一個復雜的測試電路來完成。用通過式功率計也可以測量放大器的線性度，而且方法很簡單：分別測出放大器輸入和輸出端的互補積累分布函數（ＣＣＤＦ），這二個數值越吻合，說明放大器的線性越好。

在用功率計法測量放大器的線性的同時，還能測量放大器的增益和輸出功率；這對于生產線上的快速測試十分有意義。另外放大器的線性度直接影響到發射機輸出頻譜的純凈程度，因此也是無線電系統工程師的關注點。

和網絡分析儀法相比，用通過式功率計加（失配）負載的方法可以更加準確的測量放大器在大功率狀態下的輸出駐波比及保護門限。而且還可以提高生產線的測試速度，降低測試成本。