第四章功率测量ppt课件.ppt
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1、1,第四章 微波功率测量,微波功率测量,第一节 基本概念第二节 小功率测量第三节 中功率测量第四节 大功率测量第五节 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 直接读数法,2,3,信号电平太低信号淹没于噪声,合适信号电平的重要性,信号电平太高产生非线性失真Nonlinear distortion,甚至损毁器件,为何不测量电压,DCLow FrequencyHigh Frequency,V,Inc,V,V,-,+,I,I,电压测量简单直观,如果需要功率,计算也非常简单。P=VI,频率接近1GHz时,因为此时直接测电压和电流是不切实际的。其中一个很重要的原因是电压和电流沿无耗传输线
2、不同位置变化,而功率时恒定的;如果时波导传输线,电压和电流难以定义;因此,对射频微波而言,功率易于测量也易于理解,比电压和电流应用更广泛,功率定义:P=(I)(V),对交流信号而言,功率时时间函数。电流和电压乘积时正弦曲线,频率时交流信号的2倍,相对于直流而言一般用平均功率表示。功率曲线覆盖的面积除以发生这段功率的时间长度(通常采用周期时间内的功率)。,电路理论中对任意负载,功率为电压和电流的乘积,P=(I)(V)。功率因子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为某一瞬时电压和电流的乘积。,第一节 基本概念,微波功率是除频率外,表征一个微波信号的重要参数.微波功率测量中常用
3、的单位 瓦(W),dB,dBm,6,功率单位为瓦特 watt(W):1W=1 joule/sec源于瓦特的电参数:1 volt=1 watt/ampere以dB表示的相对功率:P(dB)=10 log(P/Pref)以dBm表示的绝对功率:P(dBm)=10 log(P/1 mW),单位及定义,a)dB dB是一个表征相对值的值,当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时,按下面计算公式:10lg(甲功率/乙功率).也可以表述为与电压和电流的关系:20lg(甲电压/乙电压),20lg(甲电流/乙电流),7,例1 甲功率比乙功率大一倍,那么10lg(甲功率/乙功率)=10lg2=3dB。也就是
4、说,甲的功率比乙的功率大3 dB。例2 如果甲的功率为46dBm,乙的功率为40dBm,则可以说,甲比乙大6 dB。例3 2 106 0.5 10-15可表述为 63dB-153dB,8,b)dBm dB表示的是一个相对关系,而dBm是用来表述绝对功率的大小.其定义为:10lg(功率值P/1mw)1mw只是作为一个参考,而只有P可以变化,所以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,折算为dBm后为0dBm。例2 对于40W的功率,按dBm单位进行折算后的值应为:10lg(40W/1mw)=10lg(40000)=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm
5、。,10,c)dBc 有时也会看到dBc,它也是一个表示功率相对值的单位,与dB的计算方法完全一样。一般来说,dBc 是相对于载波(Carrier)功率而言,在许多情况下,用来度量与 载波功率的相对值,如用来度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等)以及耦合、杂散等的相对量值。,11,在众多功率测量仪表中,功率计是最常用的,其精度达1/100dB,其他的如网络分析仪,频谱分析仪,示波器可达1/10dB。功率计采用功率探头将功率转换成电压测试,显示成对数或线性功率表示方式.,13,14,结构框图,Substituted DC orlow-frequency equivalent,Net
6、 RF power absorbed by sensor,Power Sensor,功率探头将射频微波功率转换为直流或低频信号输入到功率计主机,然后在主机中检测此信号,每一直流信号对应一射频微波功率。又三种类型的功率探头:热敏电阻,热电偶及检波二极管,16,热敏电阻式,平衡电桥 直流替代法,热敏电阻座,eg,偏置电源 E,热电偶,两种不同金属组成热电偶,节点温度不同产生热电动势,检波二极管,利用二极管平方率特性,R3,R1,R2,Rb,R1/R2=R3/Rb,PDC+PRF=Constant,测辐射热计,Characteristic curves of a typical thermistor
7、 element,测辐射热计,通常是用热敏电阻随温度变化改变阻值的原理设计的,对于热敏电阻型的功率探头其实也是属于测热辐射计这一类。当射频微波信号消耗在热敏电阻上时产生温度变化,作为热敏电阻这种半导体器件,其阻值随温度变化而变。典型热敏电阻由直径0.4mm的金属氧化物小珠及0.03mm引线构成。由图可知,阻值在不同温度下与功率大小都是非线性变化的。可用电桥替代。,A self-balancing bridge containing a thermistor,常用的惠斯登电桥是一种平衡电桥,即电桥两端电压相同,放大器两输入端相等。在功率计中,若没有射频微波功率加到热敏电阻上,电桥平衡,若有,则使
8、得热敏电阻温度升高,阻值减小,此时放大器两端输入不同,放大器作为反馈回路自动减小直流偏压,等效于是热敏电阻冷却到原来的温度,增大阻值,维持电桥平衡。因此,减小的直流功率应等于由于射频微波功率加到热敏电阻上的功率,可用仪表测出放大器减小的等效于微波功率作用的值,这种直接测直流功率替代测射频微波功率的方法称为直流替代法。而且这种测试不需要外部参考信号,我们也称为闭环测试。,测辐射热计,这种自平衡电桥结构,由于热敏电阻本身还将受到环境温度的影响,而且测试前还要先预热,校准,由于环境温度变化,测试结果还是不可靠,对此,通常采用另一个热敏电阻来检测环境温度的变化,予以修正。,Physics of a t
9、hermocouple,热电偶,Bound Ions,Diffused Electrons,E-field,The principles behind the thermocouple,Hot junction,Metal 1,Metal 2,-,+,1,2,h,V=V+V-V,0,热电偶,21,Thermocouple implementation,RF Input,Thin-FilmResistor,n-TypeSilicon,hot junction,hot,cold,cold junction,Thin-FilmResistor,To dc Voltmeter,C,c,n-TypeSi
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