功率計三種分類詳解

　　功率計是測量電功率的儀器。搞射頻微波的各位親們相比不陌生，功率計基本上也是和信號源、頻譜儀、網絡分析儀并行的幾個大件之一，當然沒有前面幾個大哥那么昂貴。

　　圖1 功率測量儀器的組成

　　功率計分類

　　一、按照連接方式分類

　　射頻或微波功率計按照在測試系統中的連接方式不同，又可分為：終端式和通過式兩種。

　　終端式功率計把功率計探頭作為測試系統的終端負載，功率計吸收全部待測功率，由功率指示器直接讀取功率值。由于需要吸收全部入射功率，終端式功率計常用于測試小信號。

　　終端式功率計有如下特點：

　　（1）在常見的射頻和微波功率測量儀器中，終端式功率計的幅度測量精度是最高的，超越了頻譜儀或者信號分析儀，典型測量精度可以達到±1.6%.

　　（2）不能測量大功率。通常上限為+20dBm，下限為-60dBm左右。

　　（3）可以測量各種調制信號的平均功率、峰值功率、突發功率等。

　　通過式功率計，它是利用某種耦合裝置，如定向耦合器、耦合環、探針等從傳輸的功率中按一定的比例耦合出一部分功率，送入功率計度量，傳輸的總功率等于功率計指示值乘以比例系數。通過式功率計的業內先驅是Bird，射頻微波的老人應該都知道。下圖就是典型的通過式功率計的原理框圖：

　　圖2. 通過式功率計的原理框圖

　　通過式功率計的主要特點;

　　（1）通過式功率計具有大功率測量能力。理論上來說，只要傳輸線可以通過的功率，通過式功率計都可以測量。所以廣電上動輒上千瓦的功率，都是由通過式功率計來測量的。

　　（2）通過式功率計很難做到寬帶，這是由于里面的定向耦合器的限制。

　　（3）由于定向耦合器的耦合度存在，通過式功率計不能用于太小的功率測量。這個和終端式功率計正好各有所長。

　　二、按照靈敏度和測量范圍分類

　　射頻或微波功率計按靈敏度和測量范圍分類，可以分為測熱電阻型功率計、熱電偶型功率計、量熱式功率計、晶體檢波式功率計。

　　測熱電阻型功率計使用熱變電阻做功率傳感元件。熱變電阻值的溫度系數較大。被測信號的功率被熱變電阻吸收后產生熱量，使其自身溫度升高，電阻值發生顯著變化，利用電阻電橋測量電阻值的變化，顯示功率值。

　　熱電偶型功率計熱電偶型功率計中的熱偶結直接吸收高頻信號功率，結點溫度升高，產生溫差電勢，電勢的大小正比于吸收的高頻功率值。這種功率計的測量精度比較高，一般用于比較精確的功率測量。

　　圖3 熱電偶功率計原理簡圖

　　量熱式功率計典型的熱效應功率計，利用隔熱負載吸收高頻信號功率，使負載的溫度升高，再利用熱電偶元件測量負載的溫度變化量，根據產生的熱量計算高頻功率值。這個基本上我們實驗室里面就見得不多了，多用于校準級的功率基準測試。

　　晶體檢波式功率計晶體二極管檢波器將高頻信號變換為低頻或直流電信號。適當選擇工作點，使檢波器輸出信號的幅度正比于高頻信號的功率。晶體管檢波式功率計由于測量速度快、精度適中等特點，一直在射頻微波的測量中廣為使用。

　　三、按照被測信號的不同分類

　　射頻或微波功率計按被測信號分類：連續波功率計和脈沖峰值功率計。

　　圖4 峰值功率計原理簡圖

　　功率計技術指標以下是射頻功率計的典型技術指標：

　　a） 功率范圍保證測量精度的可測功率最大值和最小值范圍。功率計的功率范圍決定于功率探頭。

　　b） 最大允許功率探頭不被損壞的最大輸入功率值，通常指平均功率。在測量大功率峰值信號時，注意峰值電壓不能超過一定值，否則造成電壓擊穿。使用功率計時絕對不能測量大于允許功率值的信號，否則會造成功率探頭燒毀。

　　c） 頻率范圍能保證測量精度和性能指標的被測信號的頻率范圍。

　　d） 測量精度指功率探頭校準修正后的精度。不包括測試系統的失配誤差。

　　e） 穩定性功率計的穩定性取決于功率探頭的穩定性和指示器的零漂及噪聲干擾。

　　f） 響應時間也稱功率傳感元件的時間常數。通常指功率指示器上升到穩定值的64%所需的時間。

　　g） 探頭的型號、阻抗選用功率計探頭時，功率探頭的使用頻率、功率范圍必須與被測信號一致，探頭傳輸線的結構和阻抗應與被測傳輸線相互匹配。

　　比如一個典型的功率計的技術參數可能如下：

　　頻率范圍 ：9KHz～110GHz（取決于傳感器）

　　功率范圍 ：-70～+44dBm

　　絕對精度： （對數）±0.02dB ；（線性）±0.5%

　　相對精度： （對數）±0.04dB ； （線性）±1.0%

　　對數方式：1.0 ；0.1 ；0.01 和 0.001 dB （默認設置：0.01 dB）

　　線性方式：1～4位數 （默認設置：3位數）

　　SWR： 1.06（最大值）

　　作為信號強度的天平，功率計在射頻微波測量中具有非常重要的作用。現在親們基本明白了功率計的原理了吧。