一文让你成为射频功率测量专家_技术

在无线电发展初期，测试工程师所面对的大多数是连续波、调幅、调频、调相或脉冲信号，这些信号都是有规律可循的。例如，连续波（如图1）调频或调相信号的功率测量都是很简单，只需要测量其平均功率;调幅信号（如图2）的功率与其调制深度有关，而脉冲信号的特性是以脉冲宽度和占空比来表达。对于以上这些模拟或模拟调制信号，射频功率测量所关心的基本上都是平均功率和峰值功率。

而现在，特别是20世纪90年代以后，数字通信开始快速发展，射频功率测量的重点也开始有些变化。因为数字调制信号（如图3）的包络无规律可循，其最大和最小电平会随机变化，而且变化量很大。为了描述这类信号的特征，引入了一些新的描述方法，如领道功率，突发功率，通道功率等。很多传统的功率计已经无法满足数字信号功率的测量要求，一部分功率测量的任务已经开始由频谱分析仪来完成。

下面我们介绍常见的几种射频功率测量方法，在此之前我们还需要明确一件事——在频域测试测量中，为什么习惯以功率来描述信号强度，而不是像时域测试测量中常用的电压和电流？那是因为在射频电路中，由于传输线上存在驻波，电压和电流失去了唯一性，所以射频信号的大小一般用功率来表示，国际通用的功率单位为W，mW，dBm。

频谱分析仪和功率计都是可以测量射频功率的，其中功率计又分为吸收式功率计与通过式功率计两种。

同样是功率测量，不同的测试仪器和测试方法所关注的重点是不同的。

射频功率的测量方法：

· 频谱分析仪测量

· 吸收式功率测量

· 通过式功率测量

1、频谱分析仪测量

频谱分析仪（以下简称频谱仪）是一种基础的频域测试测量仪器，图4为采用数字中频技术频谱仪的基本工作原理。被测信号经过低通滤波器后进入混频器，与同时进入混频器的本地振荡器信号进行混频。由于混频器是非线性器件，所以会产生互调信号，落入滤波器的信号经过ADC，再依次进入中频滤波器，包络检波器，视频滤波器，视频检波器，最后将轨迹显示在屏幕上。

在进行射频功率参数测量时，频谱仪具有以下特点：

1）频谱仪可以测量极小幅度的射频信号，这取决于频谱仪的一项关键指标-DANL（Displayed Average Noise Level），中文“显示平均噪声电平”，例如RIGOL公司DSA875该指标可达-161dBm/Hz，图5为DSA875测量一个频率999MHz，功率-130dBm的信号结果，信号清晰可见，这是任何功率计所望尘莫及的。

2）频谱仪有很大的幅度测量范围，可以从DANL到安全输入电平+20 dBm甚至+30dBm，动态范围可达190 dB！而目前市面上功率计最大动态范围基本上都在100 dB以内，如：

德国某公司NRP8S： –70 dBm 到+23 dBm

美国某公司U2041XA： –70 dBm 到+26 dBm

3）频谱仪可以测量信号的频率分量，并且可以进行窄带测量。例如RIGOL公司的DSA875具备的信道功率与领道功率等高级测量功能，如图6，图7。

4）频谱仪可以同时测量多载频信号，观察信号频谱仪分布。

2、吸收式功率测量

吸收式功率计是常用的微波与射频功率测量设备，其工作原理如图8（二极管检波器功率计）所示。被测信号首先进入功率计，功率计电路可采用热敏电阻，热电偶或二极管检波器等不同方式构成，功率计内部由3路测量通道组成，分别测量不同功率大小的信号，经过数字处理后将功率值显示到功率计主机或是电脑软件中，现在越来越多的显示部分采用软件来实现（如图9）。