五分钟掌握射频功率测量方法IC解密
自从第一台无线电发射机诞生之日起,IC解密芯片解密工程师们就开始关心射频功率测量问题,直到今天依然是个热门话题。无论是在实验室、产线,还是教学中,功率测量都是必不可少的。
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(如下图)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(如下图)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(如下图)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。
芯片解密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有三种:
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,下图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,IC解密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”。图5为测量一个频率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。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,IC解密芯片解密其工作原理如下图(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)。