對(duì)比功率計(jì)和功率分析儀

功率計(jì)通常被認(rèn)為是為移動(dòng)電話生產(chǎn)測試，因?yàn)樗麄兛梢钥焖俚販y量峰值功率，平均功率和峰值 - 平均比。但是，RF功率計(jì)具有一定的缺陷，妨礙了準(zhǔn)確的無線手機(jī)測試。例如，RF功率計(jì)不能識(shí)別在頻譜中的一個(gè)設(shè)備發(fā)送它的力量。正因?yàn)槿绱?，手機(jī)可能通過電源測試用功率計(jì)，但在錯(cuò)誤的頻率傳輸，或受到過度的虛假的傳輸。幸運(yùn)的是，頻域分析，頻譜分析儀和RF功率分析儀可以克服這些限制。的RF功率分析儀提供電源和傳輸頻率的信息，而且還可以克服錯(cuò)誤的讀數(shù)與RF功率米有限的視頻帶寬。

功率計(jì)經(jīng)常用于手機(jī)生產(chǎn)測試，因?yàn)樗芸焖俚臏y量峰值功率，平均功率，峰均比。但是功率計(jì)的天生缺陷將限制其在手持設(shè)備測試方面的精度。比方說，由于這個(gè)原因功率計(jì)無法識(shí)別一個(gè)設(shè)備在其頻譜的何處發(fā)射功率，用功率計(jì)測試的話，手機(jī)可以通過功率測試，但手機(jī)可能在錯(cuò)誤的頻率上發(fā)射或承受過大的雜散輻射而。幸運(yùn)的是，在頻譜分析儀和RF功率分析儀上執(zhí)行的頻域分析可以克服這些局限。功率分析儀提供了功率和發(fā)射頻率的信息，也可以克服由于功率計(jì)有限視頻帶寬而引起的的錯(cuò)誤讀數(shù)。

在生產(chǎn)中，每一個(gè)移動(dòng)電話檢查載波頻率，主信道功率，相鄰信道功率，及備用信道功率。通常情況下，RF功率計(jì)，頻譜分析儀，射頻功率分析儀等儀器，用于這樣的測試，但這些工具的能力和結(jié)果可以有很大的不同。為了最大限度地提高吞吐量和精度測量，這些測量工具的取舍應(yīng)予以考慮。

在生產(chǎn)中，每部手機(jī)都要檢查載波頻率，主信道功率，ACP，交替信道功率。一般用到的儀器有功率計(jì)，頻譜分析儀，功率分析儀，但是這些儀器的功能和測試結(jié)果區(qū)別卻非常大。為了最大化吞吐量和精度，要考慮這些儀器之間的平衡。

射頻功率計(jì)用于不僅在雙向無線電系統(tǒng)，廣播系統(tǒng)，和雷達(dá)/衛(wèi)星系統(tǒng)，用于測量功率電平，但用于校準(zhǔn)其他測量儀器和探針。不幸的是，RF功率計(jì)設(shè)計(jì)的寬帶頻率覆蓋，并且不能確定相關(guān)聯(lián)與功率讀數(shù)或測得的功率是否是適當(dāng)?shù)膸拑?nèi)的載波頻率。通常情況下，頻譜分析儀，還需要進(jìn)行這些測定。

功率計(jì)不僅用來測試無線電系統(tǒng)，廣播系統(tǒng)，雷達(dá)/衛(wèi)星系統(tǒng)的功率級(jí)別，還用來校正其它測試設(shè)備和探頭。不幸的是，功率計(jì)被設(shè)計(jì)成寬帶儀器，不能確定功率讀數(shù)的載波頻率或者在或其是否正確的帶寬內(nèi)。通常頻譜分析儀被用來做出這些判斷。

RF功率計(jì)基本上是一個(gè)未調(diào)諧的射頻傳感器或檢測器，其次由組成的直流或交流-直流（AC-DC）放大級(jí)和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）的階段（圖1）的信號(hào)處理電路。它被設(shè)計(jì)來測量RF功率，包括峰值功率，平均功率，和峰均功率比。它不測量頻率，頻率信息會(huì)丟失，因?yàn)樗械男盘?hào)處理開始之前。在某些方面，雖然這是一個(gè)缺點(diǎn)，沒有調(diào)諧測量所需。如果輸入信號(hào)是檢測器的頻率范圍中的任何位置，儀器會(huì)作出有效的功率測量。

一般功率計(jì)的信號(hào)鏈路如圖1所示，由一個(gè)未調(diào)諧的射頻傳感器或檢測器，后面是包括DC或者AC-DC放大環(huán)節(jié)和ADC環(huán)節(jié)組成的信號(hào)處理電路。它被設(shè)計(jì)用于功率測量，包括峰值功率，平均功率，峰均功率比。不能用來測量頻率，在信號(hào)處理之前所有的頻率信息都將丟失。但這也有一些好處，測量無需調(diào)諧。只要輸入信號(hào)落在檢測器的頻率范圍內(nèi)，則功率計(jì)就能給出準(zhǔn)確的的功率。



RF功率計(jì)測量的輸入信號(hào)，在時(shí)域中。恒定幅度的一個(gè)輸入載波會(huì)產(chǎn)生一個(gè)直流輸出，而任何振幅變化將在輸出中被再現(xiàn)，作為儀器響應(yīng)所述輸入信號(hào)的包絡(luò)線。正因?yàn)槿绱耍搩x器的視頻帶寬是峰值檢測時(shí)測量的要求的一個(gè)重要特性。

功率計(jì)是時(shí)域測量儀器，輸入信號(hào)的恒定幅值會(huì)產(chǎn)生一個(gè)DC輸出，任何幅值的變化都會(huì)產(chǎn)生輸出。功率計(jì)只對(duì)信號(hào)的包絡(luò)產(chǎn)生響應(yīng)，為此功率計(jì)的視頻帶寬對(duì)于峰值測量是非常重要的。
的測試儀器的視頻帶寬，在最簡單的術(shù)語，是它可以跟蹤的速度有多快，峰值包絡(luò)功率測量的信號(hào)的變化的指示，并且可以認(rèn)為所有的調(diào)制信號(hào)所占用的頻率范圍。例如，寬帶碼分多路存取（WCDMA）信號(hào)由一個(gè)1950-MHz載波3.84 MHz的調(diào)制信號(hào)調(diào)制的，檢測后，剩下的信號(hào)從0延伸至3.84兆赫。對(duì)于一種工具，以正確地處理該信號(hào)，檢測器下游的所有電路必須有一個(gè)帶寬大于3??.84兆赫（和優(yōu)選為5兆赫）。一種樂器，更窄的帶寬3.84 MHz的WCDMA信號(hào)包絡(luò)的峰值不能按照或捕捉。視頻帶寬的頻率范圍是儀器本身可以接受的信號(hào)，這是一個(gè)跡象，功率計(jì)可以捕捉的調(diào)制波形的峰值。

視頻帶寬，簡單來講，反映了對(duì)于峰值功率包絡(luò)測量來說，追蹤信號(hào)變化是如何的快，并要考慮所有調(diào)制信號(hào)的占用頻率范圍。舉個(gè)例子，WCDMA信號(hào)由1950MHz的載波信號(hào)和3.84MHz的調(diào)制信號(hào)組成；經(jīng)過檢測器后，只保留了從0到3.84MHz的信號(hào)。對(duì)于可以正確處理那些信號(hào)的儀器而言，所有檢測器之后的電路必須擁有超過3.84MHz的帶寬（最好是5MHz）。一個(gè)窄帶儀器不能跟隨或捕捉3.84MHz的WCDMA信號(hào)包絡(luò)的峰值。視頻帶寬不同于儀器本身接受信號(hào)的頻率范圍；它只是功率計(jì)有效地捕捉調(diào)制波形峰值的指示器。

在所檢測到的信號(hào)中的時(shí)間變化，可來自幾個(gè)信號(hào)源。最明顯的來源是脈沖幅度調(diào)制。例如，如果輸入信號(hào)是脈沖調(diào)制為1 MHz，則之后的傳感器/檢測器的電路帶寬將是大于1 MHz的準(zhǔn)確測量的峰值的值，雖然平均值測量仍然是準(zhǔn)確，較小的視頻帶寬。

被檢測信號(hào)的時(shí)間變化可以來自于幾個(gè)因素。顯著的因素是脈沖或幅度調(diào)制。舉個(gè)例子，如果輸入信號(hào)是1MHz的脈沖調(diào)制，傳感器/檢測器之后的電路帶寬則必須大于1MHz才能確保峰值測量的準(zhǔn)確性，既使帶有小視頻帶寬的平均值測量依然是準(zhǔn)確的。

視頻帶寬如何影響峰值功率測量和時(shí)間-選通平均功率measurementsa的，但不平均的功率在下面的示例中所示。兩個(gè)RF正弦波信號(hào)（在800 MHz范圍內(nèi)），其頻率1 MHz和不同的大小等于1表示在圖。2：




假設(shè)的阻抗是1功率計(jì)算方便，這兩個(gè)信號(hào)的功率與時(shí)間（實(shí)時(shí)功率）表示為式。1：
為了便于功率計(jì)算，假定阻抗為1，這兩個(gè)信號(hào)相對(duì)于時(shí)間的功率（實(shí)時(shí)功率）為公式1：

代以v1和v2由正弦波當(dāng)量，功率隨時(shí)間變化的，P（t）的，來自式中的。2，這表明，由兩個(gè)單獨(dú)的信號(hào)的功率P（t）的（V1，V2）和產(chǎn)品的兩個(gè)信號(hào)的振幅的兩倍：
用同等的正弦波替代v1和v2，相對(duì)于時(shí)間的功率P(t),則為公式2，它表明了P(t)包含了v1,v2兩個(gè)獨(dú)立信號(hào)和兩倍于兩個(gè)信號(hào)幅度。


式（3）通過施加三角identitiesb入式推斷。2。等價(jià)地，P（t）的由一個(gè)DC信號(hào)和4個(gè)頻率分量，這是2F1，的2f2，為f1 + f2的，和f1 - f2時(shí)，分別為：
公式3是由三角運(yùn)算導(dǎo)入公式2得出，同理，P(t)包好了直流信號(hào)和4個(gè)頻率成分，分別是2f1,2f2,f1+f2,f1-f2。

的平均功率被定義，并計(jì)算從
平均功率可以由下式定義和計(jì)算得出


這是式的DC分量。3。
這是公式的直流成分。
由方程。圖3和4中，峰值功率取決于所有組件上，而平均的功率取決于DC分量只。如果功率計(jì)和功率傳感器具有1-MHz視頻帶寬，它將作為一個(gè)典型的低通濾波器與一個(gè)3分貝滾降點(diǎn)在1 MHz。方面的功率包絡(luò)，組件2F1的2f2，為f1 + f2，過濾，留下的DC偏移和| F1 - F2 | = 1 MHz的周期信號(hào)，如式中看到。3。如果視頻帶寬大于1 MHz，峰值是2。然而，| F1 - F2 |術(shù)語是衰減在一半（3分貝）由于在1 MHz的3分貝滾降。這將導(dǎo)致一個(gè)峰 - 的平均ratio.c視頻帶寬影響的功率包絡(luò)的峰的測量的1.24-dB的誤差，但沒有影響的平均功率測量。
- F2 | = 1 MHz時(shí)的周期信號(hào)，如公式3所示。如果視頻帶寬大于1MHz的，峰值則為2。然而| F1 -
更寬的視頻帶寬總是較窄的一個(gè)優(yōu)選的，但是這不是的情況下，這可能會(huì)導(dǎo)致的印象。原因之一是，儀器的更大的視頻帶寬，其動(dòng)態(tài)范圍，以及更大的線性變化越小。舉例來說，視頻帶寬為5MHz，將得到的動(dòng)態(tài)范圍為-32至+20 dBm，而300-kHz帶寬將得到的動(dòng)態(tài)范圍為-42至+20 dBm。
這將會(huì)導(dǎo)致寬的視頻帶寬總是比窄的要好的印象，但事實(shí)并非如此。首先，越大的視頻帶寬，動(dòng)態(tài)范圍就越小和線性誤差則越大。舉個(gè)例子，5MHz的視頻帶寬的動(dòng)態(tài)范圍是-32~20dBm,而300kHz帶寬給出的動(dòng)態(tài)范圍為-42~20dBm。
在一般情況下，儀器的視頻帶寬應(yīng)等于托德或大于輸入信號(hào)的調(diào)制帶寬，表1中列出了不同的無線標(biāo)準(zhǔn)的建議的視頻帶寬。例如，一個(gè)cdmaOne的信號(hào)具有1.23 MHz的調(diào)制帶寬，和建議的視頻帶寬為1.5 MHz。對(duì)于多個(gè)信號(hào)類型，它可能是要考慮多個(gè)傳感器。
通常，視頻帶寬應(yīng)該等于或大于輸入信號(hào)調(diào)制帶寬。表1列出了對(duì)于不同無線標(biāo)準(zhǔn)推薦的視頻帶寬。舉個(gè)例子，CDMAone信號(hào)擁有1.23MHz的調(diào)制帶寬，推薦的視頻帶寬則為1.5MHz。對(duì)于多種信號(hào)類型，應(yīng)考慮多種傳感器。
表1：視頻帶寬和無線標(biāo)準(zhǔn)視頻帶寬的無線標(biāo)準(zhǔn)
300 kHz的NADC，GSM，GPRS，EDGE
1.5兆赫的cdmaOne，CDMA2000 1X
5 MHz的WCDMA，CDMA2000 3X
RF功率計(jì)有一個(gè)主要的缺點(diǎn)：它不能測量的頻率，所以它可能會(huì)給出一個(gè)“認(rèn)可”評(píng)級(jí)為有缺陷的的移動(dòng)電話，如在下面的兩個(gè)例子。
功率計(jì)的一個(gè)主要缺點(diǎn)是：不能測量頻率，因此它會(huì)對(duì)一個(gè)有缺陷的手機(jī)給出“通過”，就像下面的兩個(gè)例子。
在第一個(gè)例子中，兩個(gè)手機(jī)發(fā)送相同的RF功率，與圖中所示的頻譜。3。好電話具有其內(nèi)的傳輸信道的功率，而缺陷電話機(jī)的輸出是在傳輸信道和半外側(cè)，可能是因?yàn)橐粋€(gè)壞的調(diào)制器或功率放大器的一半。將得到同樣的功率計(jì)讀數(shù)為電話。
例1，2個(gè)手機(jī)發(fā)射相同的功率，頻譜如圖3所示。好手機(jī)的功率在發(fā)射通道內(nèi)，而壞手機(jī)的發(fā)射功率一半在通道內(nèi)一半在通道外，可能是由于壞的調(diào)制器或功放引起。但功率計(jì)會(huì)給出相同的讀數(shù)。

在第二個(gè)例子（圖4），有缺陷的手機(jī)發(fā)送的信號(hào)與適當(dāng)?shù)墓β孰娖?，并與適當(dāng)?shù)念l譜，但在一個(gè)不正確的頻率，由于有缺陷的振蕩器電路。再次，RF功率計(jì)不能檢測到錯(cuò)誤。
例2（圖4），由于壞的振蕩器電路，壞手機(jī)在功率和頻譜正確而頻率錯(cuò)誤下發(fā)射一個(gè)信號(hào)，。功率計(jì)再一次的沒檢測到錯(cuò)誤。

為中心的RF信號(hào)無論在哪里，功率計(jì)讀取相同的總平均功率值（表2）。的RF功率分析儀被編程為僅在應(yīng)該被發(fā)送的信道，其中所述移動(dòng)設(shè)備讀取電源。作為從原來的中心頻率偏移的信號(hào)，RF功率分析儀讀取低功率電平，因?yàn)樵絹碓蕉嗟男盘?hào)移位預(yù)定的傳輸信道，滿分。
無論射頻信號(hào)的中心在哪里，功率計(jì)都會(huì)得到相同的平均功率讀數(shù)（表2）。功率分析儀可控制只讀取在信道內(nèi)的發(fā)射功率，假定該手機(jī)要發(fā)射信號(hào)。當(dāng)信號(hào)從原中心頻率偏移，信號(hào)越來越從設(shè)定的發(fā)射通道偏移，功率分析儀的功率電平會(huì)越來越低。
的RF功率分析儀和頻譜分析儀基本上專門的超外差接收機(jī)。他們有混頻器，本地振蕩器，中頻鏈。的本質(zhì)區(qū)別是，被設(shè)計(jì)用于實(shí)驗(yàn)室使用，頻譜分析儀，旨在涵蓋一個(gè)非常寬的頻率范圍內(nèi)，可范圍廣泛地調(diào)整調(diào)諧范圍，帶寬等它使用一個(gè)或更籠統(tǒng)的本地振蕩器（圖5），而RF功率分析儀使用的一個(gè)或多個(gè)固定頻率的本地振蕩器（LO），一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）來提取的主通道上的信息，相鄰信道的上部和下部，與上部和下部交替信道（圖6）。
功率分析儀和頻譜分析儀都本質(zhì)上都是超外差接收機(jī)。由混頻器，本振，中頻組成。區(qū)別在于頻譜分析儀被設(shè)計(jì)成是實(shí)驗(yàn)室使用，設(shè)計(jì)成是帶有很大可調(diào)范圍和帶寬等并覆蓋非常大頻率范圍的儀器。頻譜分析儀使用了1個(gè)或多個(gè)掃頻本振（圖5），而功率分析儀帶有1個(gè)或多個(gè)頻點(diǎn)的本振，一個(gè)ADC，和一個(gè)DSP去分析主信道，上下鄰近信道，上下交替信道的信息。
與頻譜分析儀，射頻功率分析儀進(jìn)行了優(yōu)化，大批量的生產(chǎn)測試，并具有很寬的動(dòng)態(tài)功率測量范圍。作為一個(gè)生產(chǎn)測試儀器，它的目的是在生產(chǎn)過程中的一個(gè)作業(yè)：移動(dòng)電話測試。
不同于頻譜分析儀，功率分析儀被優(yōu)化成適用于高產(chǎn)量測試和帶有非常大的動(dòng)態(tài)功率測量范圍。作為生產(chǎn)測試儀器，它適用于一種工作：手機(jī)的生產(chǎn)測試。
指定頻段內(nèi)的射頻功率分析儀來測量功率的能力，使其能夠發(fā)現(xiàn)缺陷，RF功率計(jì)不能。在圖3，射頻功率分析儀偉大的RF功率計(jì)讀數(shù)的一半，因?yàn)樗鼤?huì)測量頻道內(nèi)的功率。另外，在圖如圖4所示，RF功率分析儀將再次得到1的一半讀出的RF功率計(jì)，因?yàn)閭魉偷膫魉凸β实亩种皇侵付ǖ念l帶外。此外，RF功率分析儀具有載波頻率的測量功能，并會(huì)立即檢測的關(guān)斷頻率的情況圖。4。功率分析儀可在指定頻段測量的能力使其能發(fā)現(xiàn)功率計(jì)發(fā)現(xiàn)不了的錯(cuò)誤。圖3中，功率分析儀給出了功率計(jì)一半大的讀數(shù)，因?yàn)樗鼉H測試在指定信道的功率。圖4中，功率分析儀再次給出一半的讀數(shù)，因?yàn)橐话氲陌l(fā)射功率已處于設(shè)計(jì)頻段之外。另外功率分析儀擁有載波頻率測量功能，它能立即檢測到頻率空閑的情況，如圖4。
一個(gè)高端頻譜分析儀進(jìn)行測量的射頻功率分析儀，具有相似的準(zhǔn)確性。不幸的是，頻譜分析儀的成本超過RF功率分析儀（高達(dá)43,000元與16,000元的RF功率分析儀）。頻譜分析儀也更復(fù)雜的設(shè)置，是身體較大，需要更多的時(shí)間來進(jìn)行測量。對(duì)于開發(fā)工作，頻譜分析儀是必不可少的。但對(duì)于生產(chǎn)測試，它提供了更多的比需要的測量能力（及費(fèi)用）。
高端的頻譜分析儀能以相似的精度代替功率分析儀。不過，頻譜儀價(jià)格要比功率分析儀貴的多（大約是$43,000，而功率分析儀大約$16,000的）。頻譜儀在設(shè)置上也要復(fù)雜的多，體形很大，獲得測量結(jié)果要花很多時(shí)間。對(duì)于研發(fā)工作，頻譜儀是不可缺少的，但對(duì)于生產(chǎn)測試，其測量能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了需要，造價(jià)也更高。
當(dāng)總發(fā)送的RF功率是關(guān)鍵參數(shù)在一個(gè)雙向無線電系統(tǒng)或天線系統(tǒng)，例如，-RF功率計(jì)是一個(gè)很好的解決方案。但是，當(dāng)信息的發(fā)送頻率，還需要在移動(dòng)電話生產(chǎn)測試，射頻功率分析儀是一個(gè)更好的選擇。
在雙路無線電系統(tǒng)或天線系統(tǒng)中，發(fā)射的總射頻功率是關(guān)鍵參數(shù)，功率計(jì)就是一個(gè)非常好的解決方法。但當(dāng)需要知道發(fā)射頻率時(shí)，比如在手機(jī)生產(chǎn)測試中，則功率分析儀是最佳選擇。
腳注雖然時(shí)間選通的平均功率是一個(gè)類型的平均功率測量，它需要一個(gè)功率傳感器的快速響應(yīng)。如何快速響應(yīng)將功率傳感器的視頻帶寬是有限的。
雖然時(shí)閘平均功率是平均功率測量的一種類型，但它需要功率傳感器的快速反應(yīng)。其反應(yīng)速度受限于功率傳感器的視頻帶寬。
bNote，新浪·SINB = 0.5 [COS（A - B） - COS（A + B）]，，與cos2A = 1 - 2sin2A這意味著，sin2A =（1 - cos2A）/ 2。
cThere是在1 MHz的衰減，因?yàn)榉逯倒β? 10log（Ppeak / Paverage）的= 2/1 =3.0分貝。然而，在1 MHz，3 dB的衰減與峰值功率=日志（Ppeak / Paverage）的= 1.5 / 1 = 1.76 dB的。
由于峰值功率= 10log（P峰/ P平均）= 2/1 =3.0分貝，因此在1 MHz的時(shí)無衰減。然而，當(dāng)峰值功率=日志（P峰/ P平均）= 1.5 / 1 =1.76分貝在1MHz的時(shí)具有3分貝的下滑。
D出現(xiàn)一些功率傳感器的視頻帶寬是傳統(tǒng)的3 dB帶寬。
有些功率傳感器的視頻帶寬不是傳統(tǒng)的3分貝帶寬。