微波信號功率的測量演示文稿

微波信號功率的測量演示文稿當(dāng)前1頁，總共45頁。優(yōu)選微波信號功率的測量當(dāng)前2頁，總共45頁。7.1功率測量概述主要內(nèi)容：功率的定義和單位功率方程微波功率測量的一般電路當(dāng)前3頁，總共45頁。一、功率的基本定義:當(dāng)前4頁，總共45頁。1.平均功率：信號在一個周期內(nèi)能量變化的平均速率。瞬時(shí)信號的平均功率由下式給出：

通常功率定義為在所包含最低頻率的多個周期上，單位時(shí)間所傳輸能量的平均值。

當(dāng)前5頁，總共45頁。AveragePowertimeAverageoverseveralmodulationcyclesAverageovermanypulserepetitions當(dāng)前6頁，總共45頁。

如果被測信號的電壓和電流是連續(xù)的正弦波（CW），那么其平均功率的表達(dá)式為：

P=V×I×cosθ式中，P為平均功率；V為電壓的均方值；I為電流的均方值；θ為電壓與電流的相位差。在實(shí)際測量中，用于接受功率的功率傳感器表現(xiàn)為一個純電阻負(fù)載，所以上述公式變?yōu)椋?/p>

P=V2/R或P=I2×R1.平均功率：當(dāng)前7頁，總共45頁。

另外，也可將功率傳感器設(shè)計(jì)成“均方值”響應(yīng)傳感器。如果一個被測信號包含有很多頻譜分量，那么該傳感器將對所有頻譜分量給出如下響應(yīng)：

P=(V12+V22+…+Vn2)/R

該式表明響應(yīng)的總功率是多個正弦信號功率分量之和，這些譜分量可能是某種信號的調(diào)制邊帶、諧波或其他一些頻率分量。1.平均功率：當(dāng)前8頁，總共45頁。2.脈沖功率在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)取平均功率，其表達(dá)式：3.峰值功率：指在載頻周期內(nèi)，占有脈沖功率包絡(luò)線最大值處的微波功率的平均值。峰值功率PPP可直接測量，或根據(jù)平均功率Pav、占空系數(shù)Q和脈沖波形系數(shù)K用下式計(jì)算確定：

Ppp=PavT/τ當(dāng)前9頁，總共45頁。TypesofPowerMeasurementsAveragePower

PulsePower

PeakEnvelopePower

CWRFsignalPulsedRFsignalGaussianpulsesignal當(dāng)前10頁，總共45頁。一個更為方便的單位是dBm──它是相對于1mW，以dB為單位的功率級。因此0dBm是1mW。例如+36dBm是多少？讓我們由0dBm開始，我們已經(jīng)知道它是1mW。+30dBm將是1mW*10*10*10，即1W。+6dBm是1W*2*2，因此最后結(jié)果是4W。-23dBm是多少？使用同樣方法從1mW開始，-20dBm是10μW。-3dBm將減半，因此最后結(jié)果是5μW二、功率的單位：瓦當(dāng)前11頁，總共45頁。我們通常在SI單位制中規(guī)定功率單位為W。這是一種絕對測量。有時(shí)以比率說明功率更為方便。特別是涉及比較2個功率級的增益或損耗時(shí)。這是用分貝（dB）表示的相對功率概念。用分貝單位表示增益或損耗有二個優(yōu)點(diǎn)──它是容易表示大數(shù)（或小數(shù)）的計(jì)數(shù)法。此外，幾級級聯(lián)網(wǎng)的總效應(yīng)可以用相加dB單位的簡單方法代替線性值相乘。二、功率的單位：瓦當(dāng)前12頁，總共45頁。

在功率測量中，功率常常被定義為一種在系統(tǒng)或系統(tǒng)元件之間傳遞的能量之比。兩種主要的功率測量類型：一種是傳送功率測量，即功率計(jì)或測量技術(shù)用于確定從信號源到負(fù)載的傳送功率；另一種是接受功率測量即功率計(jì)或測量技術(shù)用于接收并測量被測信號功率。三、微波功率測量的一般電路當(dāng)前13頁，總共45頁。接收變換器測量裝置讀數(shù)裝置P接收變換器測量裝置讀數(shù)裝置P至負(fù)載終端式(吸收式）功率計(jì)的結(jié)構(gòu)圖通過式功率計(jì)的結(jié)構(gòu)圖當(dāng)前14頁，總共45頁。

四.功率方程

功率方程是功率測量線路中正確分析待測功率值的基礎(chǔ)。如圖表示了信號源和負(fù)載之間的功率傳輸關(guān)系。信號源負(fù)載ΓgΓLbabg當(dāng)前15頁，總共45頁。

bg代表信號源能向無反射負(fù)載提供的信號波幅；入射到負(fù)載的入射波a為：入射波功率Pin為：當(dāng)前16頁，總共45頁。同理，負(fù)載反射的功率Pr為：因此，信號源傳輸?shù)饺我庳?fù)載上的凈功率為：當(dāng)前17頁，總共45頁。

當(dāng)ΓL=Γg*時(shí)（共軛匹配），此時(shí)信號源傳輸?shù)截?fù)載上的功率最大，PA稱為資用功率，它表明信號源可能輸出的最大功率。上式即為功率關(guān)系式。當(dāng)前18頁，總共45頁。7.2微波功率計(jì)測量原理7.2.1測輻射熱式功率計(jì)利用某些溫度敏感元件的電阻隨所加的高頻功率或電壓、電流的大小而變化的效應(yīng)，可構(gòu)成功率計(jì)。基本原理：測輻射熱式功率計(jì)主要由指示器(一般為電橋)和測輻射熱器傳感器組成。測輻射熱器傳感器是對溫度極其敏感的電阻器件。當(dāng)它吸收功率以后，溫度便會升高，隨之它的電阻也發(fā)生相應(yīng)變化，使用電橋電路，可以檢測出電阻的變化，從而可確定它所吸收的功率。當(dāng)前19頁，總共45頁。7.2.1測輻射熱式功率計(jì)EPrfV當(dāng)前20頁，總共45頁。一.測熱電阻元件

1.鎮(zhèn)流電阻當(dāng)前21頁，總共45頁。2.熱敏電阻當(dāng)前22頁，總共45頁。3.薄膜電阻當(dāng)前23頁，總共45頁。電橋法測量微波小功率原理平衡式電橋平衡式電橋的基本電路如圖所示：當(dāng)前24頁，總共45頁。

假設(shè)高頻功率與直流（或低頻）功率對測熱電阻有同樣發(fā)熱效果，則被測功率Pin應(yīng)等于先后兩次平衡時(shí)Rb所吸收的直流功率之差，即因?yàn)閮纱纹胶鈺r(shí)Rb均等于R，于是當(dāng)前25頁，總共45頁。2.

自平衡電橋當(dāng)前26頁，總共45頁。3.直流溫度補(bǔ)償雙自平衡電橋原理當(dāng)前27頁，總共45頁。7.2.2熱電偶式功率計(jì)兩個優(yōu)點(diǎn)：1）高靈敏度；2）平方律的特性當(dāng)前28頁，總共45頁。TheprinciplesbehindthethermocoupleVhHotjunctionMetal1Metal2-+V1-+V2-+12hV=V+V-V0V0當(dāng)前29頁，總共45頁。席貝克效應(yīng)（或熱電效應(yīng)）：當(dāng)兩種不同金屬的節(jié)點(diǎn)的溫度被加熱到高于其余兩個自由端的溫度時(shí)，在兩個自由端之間便會出現(xiàn)直流電勢，其大小與冷熱端的溫差成正比。當(dāng)前30頁，總共45頁。鉍一銻薄膜式熱偶

當(dāng)前31頁，總共45頁。熱電偶當(dāng)前32頁，總共45頁。7.2.3微波晶體二極管式功率計(jì)晶體管檢波的原理一般金屬—半導(dǎo)體結(jié)二極管的伏安特性為其中Is為反響飽和電流；q為電子電荷；k為波爾茲曼常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。當(dāng)前33頁，總共45頁。VsCbRmatchingRsVo+-[watts]SquareLawRegionofDiodeSensor0.01mW-70dBmVO(log)LinearRegion0.1nW-20dBmVoμPINPIN當(dāng)前34頁，總共45頁。當(dāng)前35頁，總共45頁。改進(jìn)的功率傳感器更寬的動態(tài)范圍當(dāng)前36頁，總共45頁。量熱計(jì)法測量微波小功率借測量微波功率在負(fù)載中消耗時(shí)所產(chǎn)生的熱量來測量微波功率，是一種最基本、最古老的方法。工作方式：靜止式媒質(zhì)是固體，液體或氣體流動式媒質(zhì)是水或油功率傳感元件：干負(fù)載小、中、大功率測量流體負(fù)載中、大功率測量當(dāng)前37頁，總共45頁。由熱力學(xué)原理，該系統(tǒng)的熱平衡方程為：C1θ1PGC2,θ2設(shè)C1>>C2，則兩者之間的溫差θ為：當(dāng)前38頁，總共45頁。式中τ=C1/G，熱時(shí)間常數(shù)；θs=P/G，穩(wěn)態(tài)溫差。可見，θ=θs（t→∞）~P。當(dāng)前39頁，總共45頁。7.3微波大、中功率測量擴(kuò)展小功率計(jì)量程法（1）衰減器法信號源衰減器功率座指示器PAPLPsAΓLΓgΓs

假定系統(tǒng)處于匹配狀態(tài)，即Γs=ΓL=Γg=0，A準(zhǔn)確已知，則當(dāng)前40頁，總共45頁。（2）定向耦合器法

當(dāng)前41頁，總共45頁。2.流體量熱計(jì)法當(dāng)前42頁，總共45頁。

一、測量射頻脈沖重復(fù)周期內(nèi)的平均功率法設(shè)脈沖為矩形，寬度為τ，重復(fù)周期為T（=1/f）。用連續(xù)波功率計(jì)測出脈沖的平均功率Pav，有

Pav=τPpp/T

Ppp