發(fā)射功率的測量方法

發(fā)射功率是無線電發(fā)射設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)，也是無線電管理部門需要檢測的技術(shù)指標(biāo)之一。本文主要介紹幾種發(fā)射功率的測量方法。

功率測量的基本知識

1.1 功率測量的理論分析

在直流和低頻時，電壓的測量是簡單和直接的。功率可以直接通過計算獲得，P=V*I，由歐姆定律可知V=I*R，通過代換V或I，可得P=V*I =I2R= V2/R，只要知道V、I、R中任兩個變量的值就可計算出功率值。

但在高頻時，根據(jù)傳輸線原理可知，電壓和電流可能隨傳輸線的位置改變，如圖1所示。



但功率是不變的，因此在射頻和微波頻率，大多數(shù)應(yīng)用都采用直接功率測量，因為電壓和電流測量已變得不現(xiàn)實。

1.2 功率單位

功率的國際標(biāo)準(zhǔn)單位是瓦特（W），但在無線電通信領(lǐng)域，我們常用的單位是分貝毫瓦dBm 。定義如下:

PdBm=10Lg（P/P0）

式中，P是以毫瓦為單位的功率值;P0為1 mW的參考功率。

由上式可知:0 dBm是1 mW。根據(jù)對數(shù)基本性質(zhì)，可得到一個簡單導(dǎo)則是每3 dBm功率加倍，每-3 dBm功率減半。每10 dBm為10倍，每-10 dBm為1/10。例如+29 dBm是多少？29 dBm＝（10+10+3+3+3）dBm＝（10*10*2*2*2）mW=800mW，因此結(jié)果是800 mW。

1.3 功率的幾種常用基本形式

平均功率是指在正常工作情況下，發(fā)信機在調(diào)制中以與所遇到的最低頻率周期相比的足夠長的時間間隔內(nèi)，供給天線饋線的平均功率。對于脈沖調(diào)制信號，則要在若干脈動重復(fù)上平均信號。在所有功率測量中，平均功率是最常進行的測量。峰功率是指最大瞬時功率。平均功率和峰功率的關(guān)系，如圖2所示。



對于射頻脈沖信號，如果知道信號的占空比，就可從測量得到的平均功率按下列公式確定峰功率。

Ppeak = Pavg/占空比

發(fā)射功率的測量方法

目前我站配備的測量功率的儀器有德國R&S公司的CMS54綜測儀、FSP30頻譜分析儀、NRT功率計。下面分別介紹用這三種儀器測量功率的方法。

2.1 CMS54綜合測試儀測量發(fā)射功率

無線電綜合測試儀CMS54含射頻信號源、調(diào)制信號源、頻率計、功率計、電壓表、信納比表、鄰頻功率測量等，其測量的功率范圍為5 mW到50 W，頻率范圍為400 kHz到1 MHz。使用CMS54綜合測試儀測量發(fā)射設(shè)備輸出功率方法步驟如下:

（1）測試線路連接如圖3所示。



（2）打開CMS電源，待CMS進入穩(wěn)定的測試界面，按TX-TEST軟鍵，進入發(fā)射測試界面。

（3）開啟被測發(fā)射設(shè)備（已知發(fā)射功率小于50W），這時即可讀出其發(fā)射功率。如果知道被測發(fā)射設(shè)備的發(fā)射頻率，可以按SET RF軟鍵，通過鍵盤設(shè)置響應(yīng)頻率，然后再開啟被測發(fā)射設(shè)備，讀出發(fā)射功率。

2.2 FSP30頻譜分析儀測量發(fā)射功率

FSP30頻譜分析儀射頻輸入最大的功率是1W，當(dāng)發(fā)射設(shè)備輸出功率大于1W時，在FSP30頻譜分析儀前加一衰減器，以免燒毀頻譜儀。測試方法步驟如下:

（1）測試線路連接如圖4所示。



（2）將FSP30頻譜分析儀的輸入衰減器（ATT）設(shè)置為最大，然后開啟被測發(fā)射設(shè)備。

（3）將被測信號中心頻率置于頻譜分析儀顯示的中心，恰當(dāng)設(shè)置SPAN、RBW和VBW值，這幾個值設(shè)置的一般建議是:SPAN必須至少覆蓋被測量信號的帶寬；RBW設(shè)置信道帶寬的1%和4%之間;VBW至少是RBW的三倍。

（4）調(diào)整頻譜分析儀輸入衰減器（ATT）和參考電平（REF LEVEL），使信號接近顯示的頂部。

（5）設(shè)置檢波器工作方式為均方根檢波器。步驟如下:按TRACE鍵，使用上下鍵選擇DETECTOR項，按相應(yīng)軟鍵確定，再用上下鍵選擇DETECTOR RMS項。

（6）測量信號的占用帶寬。步驟如下:按MEAS鍵，用上下方向鍵選擇OCCUPIED BANDWIDTH，按相應(yīng)軟鍵確定;設(shè)置99%的POWER BANDWIDTH;打開OCCUP BW功能;屏幕就會顯示信號的占用帶寬。

（7）測量信號的功率值。步驟如下:按MEAS鍵，用上下方向鍵選擇CHAN PWR ACP項，按相應(yīng)軟鍵確定;用上下鍵選擇CP/ACP CONFIG，設(shè)置信號的占用帶寬（CHANNEL BANDWIDTH）;開啟CP/ACP 功能，此時屏幕就顯示在該占用帶寬下的信號功率。

2.3 使用NRT功率計測量發(fā)射設(shè)備輸出功率

NRT功率計支持測量平均功率、峰值功率（PEP）、峰值/平均值之比、互補累積分布函數(shù)（CCDF）、駐波比、反射系數(shù)、反射功率等參數(shù)。支持GSM/EDGE、CDMA（IS-95）、WCDMA等各種數(shù)字通信系統(tǒng)的功率測量。用NRT功率計測量功率時，要與功率傳感器配合使用，不同的傳感器測試范圍不同。NRT-Z44功率傳感器的測量范圍是0.003W到120W（平均功率）或300W（峰值功率），頻率范圍為200 MHz到4 GHz。NAP-Z5功率傳感器的測量范圍是0.1W到350W，頻率范圍為25 MHz到1 GHz?，F(xiàn)介紹用NRT功率計和NRT-Z44傳感器測量發(fā)射功率，方法步驟如下:

（1）測試線路連接如圖5所示。

（2）根據(jù)被測發(fā)射設(shè)備的發(fā)射頻率設(shè)置NRT功率計的響應(yīng)頻率，步驟如下:按 CORR鍵，顯示FREQ*，按左右鍵選擇USER ，按SET鍵確定，使用四個方向鍵設(shè)置所需的頻率，按SET鍵確定。



（3）為NRT功率計校零，步驟如下:關(guān)閉發(fā)射設(shè)備輸入信號，按CORR鍵，按上下鍵顯示ZERO*，按SET鍵確定執(zhí)行校零程序。

（4）為NRT功率計選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方式，步驟如下:按CORR鍵，用上下鍵顯示MODULATION*，用左右鍵選擇所需的調(diào)制方式或是無調(diào)制，按SET鍵確定。

（5）開啟被測發(fā)射設(shè)備，NRT功率計顯示測得的功率值和反射參數(shù)。

三種發(fā)射功率測量的特點和選擇

無線電綜合測試儀CMS54和FSP30頻譜分析儀用于測量功率時屬于終端式功率計，其輸入阻抗是標(biāo)準(zhǔn)的50歐姆。在功率測量中，終端式功率計替代了發(fā)射設(shè)備的負(fù)載，即終端式功率計將發(fā)射設(shè)備的負(fù)載理想化了。所以說，終端式功率計所測得的結(jié)果是發(fā)射設(shè)備在理想負(fù)載時的輸出功率;如果發(fā)射天饋系統(tǒng)的匹配情況良好，則這個結(jié)果可以較真實地反映發(fā)射系統(tǒng)的輸出情況;如果發(fā)射天饋系統(tǒng)的匹配不好（如VSWR>1.5），則終端式功率計不能真實反映發(fā)射系統(tǒng)的情況。

NRT功率計屬于通過式功率計，功率傳感器吸收高頻RF信號功率轉(zhuǎn)換為NRT功率計能夠測量的直流或低頻信號。所以只要將通過式功率計置于發(fā)射設(shè)備與天饋系統(tǒng)之間，就可以得到發(fā)射系統(tǒng)的正向和反射功率。

因此，如果要測量發(fā)射設(shè)備的理想發(fā)射功率，可以選用終端式功率式;如果要測量發(fā)射設(shè)備的實際發(fā)射功率以及判斷發(fā)射設(shè)備與天饋系統(tǒng)是否匹配，則選用通過式功率計。 
 
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