第四章 功率测量.ppt

1，第四章微波功率测量，微波功率测量，第一节的基本概念，第二节的低功率测量，第三节的功率测量，第四节的高功率测量，峰值功率测量周期矩形脉冲测量(平均占空比法)，直接脉冲法直读法，2，3，淹没在噪声中的信号电平过低，适当信号电平的重要性，信号电平过高引起的非线性失真，即使设备损坏，为什么不测量电压？直流低频率高频率、V、INC、V、I、I、I、I、电压测量简单直观，如果需要电源，计算也非常简单。当频率接近1千兆赫时，直接测量电压和电流是不切实际的。最重要的原因之一是，当功率恒定时，电压和电流沿着无损传输线路在不同位置变化。如果是波导传输线，电压和电流很难定义。因此，对于射频微波，功率易于测量和理解，并且比电压和电流使用得更广泛。功率定义：对于交流信号，功率是时间的函数。电流和电压的乘积为正弦曲线，频率为交流信号的2倍，通常用相对于DC的平均功率表示。功率曲线覆盖的面积除以该功率出现的时间长度(通常是周期时间内的功率)。在电路理论中，对于任何负载，功率都是电压和电流的乘积，P=(I)(V)。功率因数P(定义为电压和电流的正弦函数乘积)对于纯电阻负载，功率P是某一瞬时电压和电流的乘积。第一节基本概念微波功率是表征微波信号除频率外的一个重要参数。单位瓦特(瓦)，分贝，分贝，6，功率单位是瓦特(瓦):1瓦=1焦耳/秒。电气参数由瓦特：1伏特=1瓦特/安培相对功率(单位为分贝):帕(分贝)=10log(功率/优先)绝对功率(单位为分贝):帕(分贝)=10log(功率/毫瓦)得出，单位和定义。dBdB是表示相对值的值。当考虑甲的功率大于或小于乙的多少分贝时，采用以下计算公式：10克(甲功率/乙功率)。它也可以表示为电压和电流之间的关系：20克(A电压/B电压)，20克(A电流/B电流)，7，例1 A功率是B功率的两倍，那么10克(A功率/B功率)=10克2=3dB。也就是说，A的功率比B大3dB例2如果A的功率是46dB，B的功率是40dBm，可以说A比B大6dB例3 2106 0.510-15可以表示为63dB -153dB，8，b) dBmDB表示相对关系，而dBm用于表示绝对功率的大小。它的定义是：10lg(功率值P/1mw)1mw仅作为参考，并且只有P可以改变，因此dBm可以表示为功率的绝对大小。9，例1如果发射功率P为1mw，则转换成dBm后为0BM。示例2对于40W功率，以dBm为单位的转换值应为10LG(40W/1MW)=10LG(40000)=10LG 410 LG 1000=46DBm。10，c)dBc有时见dBc，它也是单位功率的相对值，与dB的计算方法完全相同。一般来说，在许多情况下，dBc用于测量载波功率的相对值，例如测量干扰(同频干扰、互调干扰、互调干扰、带外干扰等)的相对值。)和耦合、杂散等。11、在许多功率测量仪器中，功率计是最常用的，其精度可达1/100分贝，其他如网络分析仪、频谱分析仪、示波器可达1/10分贝。功率计使用功率探头将功率转换为电压进行测试，并以对数或线性功率表示显示。13，14，结构框图，替代DDCORLOW-FRANCENT，netRFPOWErabSORBEDBSYSENSOR，功率传感器。功率探头将射频微波功率转换成DC或低频信号，并将DC或低频信号输入功率计主机，然后检测主机中的信号。每个DC信号对应一个射频微波功率。还有三种类型的功率探针：热敏电阻、热电偶和检测二极管、16、热敏电阻类型、平衡电桥DC替代法、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和对于热敏电阻型功率探头，它也属于测辐射热计的范畴。当热敏电阻消耗射频微波信号时，温度会发生变化。作为热敏电阻，半导体器件的电阻值随温度变化而变化。典型的热敏电阻由直径0.4毫米的金属氧化物珠和0.03毫米的引线组成。从图中可以看出，电阻值和功率在不同温度下非线性变化。它可以被一座桥代替。作为包含热敏电阻的自平衡电桥，常用的惠斯通电桥是一种平衡电桥，即电桥两端的电压相同，放大器的两个输入端相同。在功率计中，如果没有射频微波功率施加到热敏电阻，电桥是平衡的。如果有，热敏电阻的温度将上升，电阻将下降。此时，放大器两端的输入不同，放大器将作为反馈环路自动降低DC偏置，这相当于热敏电阻冷却至原始温度，增加电阻并保持电桥平衡。因此，减小的DC功率应该等于由于射频微波功率而加到热敏电阻上的功率。该仪器可用于测量放大器降低的微波功率效应的等效值。这种直接测量DC功率而不是测量射频微波功率的方法称为DC替代法。此外，这种测试不需要外部参考信号，我们也称之为闭环测试。测辐射热计，这种自平衡电桥结构，因为热敏电阻本身也会受到环境温度的影响，而且在测试、校准前还要预热，由于环境温度的变化，测试结果仍然不可靠，为此，通常使用另一种热敏电阻来检测环境温度的变化，以进行校正。物理热耦合、热电偶、边界、扩散电子、电场、原理热耦合、热结、金属1、金属2、1、2、h、v=v v、0、热电偶、21、热物理实现、rf输入、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和、和c、n型硅、金引线、金引线、射频电源、热电堆、热电偶、22、fet斩波器、HP8485A热电偶探针简化原理框图。 (2)热电偶探头：热电偶对微波能量的传感功能是吸收微波能量产生热量，并将热量转化为热电压。上图显示了热电偶探头的简化框图。热电偶探针比热敏探针有明显的优势。它们具有较高的灵敏度(-30分贝)和较低的端口驻波(SWR)。典型代表是HP437功率计的大功率探头。检测二极管，如何进行自动检测？、V、s、C、b、R、匹配、R、s、V、O、-、方波区域模式传感器、0.01mW、-70dBm、(对数)、线性区域、瓦特)、0.1 NW、-20 dBm、V、O、噪声基底、检测二极管、25、新型检测二极管功率探针随着二极管技术的发展，检测二极管有可能形成功率探针配置。检测二极管遵循二极管方程i=Is(eV-1)，并扩展成幂级数形式：i=IsV (V)2/2！(V)3/3！其平方律区域：噪声水平通常从-70分贝开始，并延伸到大约-20分贝。过渡区：-20dBm至0bm为过渡区；线性区域：0分贝以上对应线性区域。必须校正二极管的温度特性、频率响应特性和线性特性。与热敏电阻型和热电偶型相比，其动态范围、灵敏度和测量速度大大提高。，大动态范围电路，27，微波功率方程，功率方程pl=P0(1-0801; TL | 2)/(0801; 1-tgtl | 2)P0=pa(1-0801; TG 2)，TL，TG，BG，a，a=BG/(1-tgtl) b=atl，b，Pi=0801; a | 2=0801; BG 2/(0801; 1-tgtl | 2)pr=0801; TL 2 BG 2 阻抗不匹配导致的功率探头其他不确定性导致的其他测量误差因素，29，功率测量误差，校准因子不确定性，探头线性度，温度漂移，校准源不确定性，不匹配不确定性，零校准不确定性，零漂移，噪声，1计数模糊度，探头不匹配不确定性，30，阻抗不匹配导致的测量误差，功率测量原理图。 由于信号源或传输线的特征阻抗与功率探头的射频输入阻抗之间或多或少存在阻抗失配，因此存在失配误差。PL=(1-S2)(1-L2)PS(1SL)2，信号源，功率探头，功率计主机、31，功率探头的其他不确定性功率探头效率不令人满意。有两个参数定义了探头的设计效率，即有效效率和校准系数。有效效率定义为L=Psub/PLPL，即吸收的净功率，Psub是相当于被测射频功率的替代低频。校准系数是结合了有效效率和失配损耗的探头校正系数。校准系数以Kb表示，定义如下：Kb=Psub/PI在上式中，PI指功率探头输入端口上的入射波功率引起的测量误差的其他因素(1)参考振荡器(2)功率线性度(3)功率计主机零点调整噪声漂移1计数，32， 功率线性度功率探头线性度线性度误差(%)=(-1)* 100%功率探头的阻抗特性反射系数和回波损耗电压驻波比(VSWR)，p=RL=-20log(p)SWR=(1 p)/(1-p)p为反射系数，RL为回波损耗，SWR为驻波比。R2、R1、ZL-Z0、ZL Z0、P1-P2、CalculationofMismatchUncertainty、SignalSource10GHz、PowerSensor、PowerMeter、mismatch Infinity=2r 100%、Source、Sensor、SOURCE、SWR=2.0、Sensor、SWR=1.22、R=0.33、R=0.10。我们将根据三个不同的功率范围讨论功率测量方案：小、中、大。具体范围是：小功率：10瓦(40分贝)，34，第二部分是小功率测量，35，测试框图使用功率计，36，一些传感器具有典型的检测功率范围-70 DBM到-20 DBM-30 DBM到20 DBM-17 DBM到35 DBM-10 DBM到35 DBM，37，校准，1。连接系统并在DUT连接校准电缆；2.打开信号源和功率计的电源开关，使信号源输出最小；3.如果采用相对功率读数，调整信号源的输出，以便在功率计上显示合适的值，并将该值记录为参考功率；4如果要使用绝对功率读数，调整电源输出，使功率计显示0分贝。(如果要测试的器件是有源器件，如放大器，请检查器件的最大输入，因为当驱动0dBm信号时，它可能超出功率计的范围。此时，如-5dBm或-10dBm可用作参考)。38，39，使用分光计的测试方案，40，分光计的测试示例，41，功率测量在第3，42节中，大约95%的微波功率测量属于中等功率，并且我们已经定义了从333，600 dBm到40 dBm的中等功率范围。与小功率测量相比，中功率和大功率测量必须考虑所选元件和探头的功率处理能力，否则后果将非常严重。43.中等功率测试框图，44，45。考虑到衰减器的功率处理能力，衰减器的衰减量为：10分贝，耐受功率为：0.5瓦。在上述测试方案中，衰减器的输入功率仅为20分贝，因此在该方案中，该衰减器是足够的，一般需要保持50%以上的裕度。46.下面将对两个1W测试方案进行分析。一个是输出耦合，另一个是衰减器衰减。47，48，49。下面将分析两个5W测试方案。一种是用大功率探头测试，另一种是用定向耦合器测试。50，51，52，第四节高功率测量，53。在选择元件和测试时，很少有测试比高功率测量更需要关注和小心。这不仅是在微波领域，也在任何电气测试领域。大功率测试需要注意两个问题：1 .部件的功率处理能力；2.测试设备的最大输入水平，54，55，56。测量高功率微波时，还应注意：1 .不要接触同轴电缆或连接器的中心导体，因为能量主要集中在这一区域，这会对人体造成很大伤害；2.拧紧连接器和适配器以避免丢失；3.请勿触摸终端负载的衰减器或散热器；4.不要触摸裸露的微带电路；5.尽可能采取屏蔽措施，避免辐射干扰；6.在添加射频功率之前，检查所用设备的功率处理能力；7.在增加射频功率之前，检查测试设备的最大允许输入电平；8.检查所有设备(如定向耦合器和衰减器)的损耗。例如，当损耗为0.5分贝时，在100瓦的功率下损耗为11瓦。57，第5节峰值功率测量，3.5.1周期矩形脉冲测量(平均占空比法)，3.5.2直接脉冲法，3.5.3直接读取法，58，59，3.5.1周期矩形脉冲测量(平均占空比法)，60，61，平均功率占空比法，3.