為 WiMAX 或 WLAN 猝發(fā)脈沖功率測(cè)量選擇恰當(dāng)?shù)墓β视?jì)和傳感器

通常情況下，只有峰值功率計(jì)才能進(jìn)行猝發(fā)脈沖平均功率測(cè)量(又稱(chēng)“時(shí)間選通平均功率測(cè)量”或簡(jiǎn)稱(chēng)“猝發(fā)功率”)，它可對(duì)信號(hào)執(zhí)行快速采樣以捕獲其功率包絡(luò)。用戶(hù)可在猝發(fā)脈沖信號(hào)附近設(shè)置兩個(gè)游標(biāo)來(lái)定義“選通”，從而測(cè)量猝發(fā)脈沖信號(hào)的平均功率或峰值功率。這是精確測(cè)量任何猝發(fā)脈沖信號(hào)的峰值功率和平均功率的最常用方法。

隨著采用先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)和超快速電子元器件的USB功率傳感器的出現(xiàn)，用戶(hù)可以更快速度和更低成本來(lái)進(jìn)行精確的猝發(fā)脈沖平均功率測(cè)量，并且不會(huì)影響測(cè)量精度。使用時(shí)間選通功能，您可以定義選通的起點(diǎn)和長(zhǎng)度(參考觸發(fā)輸入信號(hào))，以便選擇所測(cè)量的猝發(fā)脈沖信號(hào)的相關(guān)部分。

下面我們將首先闡明使用寬視頻帶寬和有限視頻帶寬峰值功率計(jì)進(jìn)行猝發(fā)脈沖測(cè)量的工作原理，然后介紹 USB 平均功率傳感器的工作過(guò)程，并考察所有技術(shù)的相關(guān)測(cè)量精度。只有了解了這些功率計(jì)和傳感器的工作原理后，您才能保證選中恰當(dāng)?shù)墓β视?jì)，獲得精確可靠的測(cè)量結(jié)果。

峰值功率計(jì)的視頻帶寬小于被測(cè)信號(hào)的帶寬對(duì)測(cè)量的影響

峰值功率計(jì)的視頻帶寬是峰值功率和平均功率測(cè)量的一個(gè)重要參數(shù)。為了確保峰值功率和平均功率測(cè)量的精確性，功率計(jì)和傳感器的帶寬一定要寬于信號(hào)帶寬。

圖1：輸入功率由于非線(xiàn)性二極管特征而受到壓縮

當(dāng)二極管傳感器檢測(cè)到射頻功率包絡(luò)時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換。圖1中，紅色波形代表實(shí)際功率包絡(luò)(雙音射頻信號(hào))，藍(lán)色波形代表在二極管輸出端檢測(cè)到的信號(hào)，綠色曲線(xiàn)是二極管檢波器的傳遞函數(shù)。我們可以看到，盡管每個(gè)電壓點(diǎn)都可通過(guò)互補(bǔ)反函數(shù)反向轉(zhuǎn)換來(lái)代表功率，但這對(duì)平均功率并不適用。上圖中的調(diào)出功能可以說(shuō)明這一點(diǎn)。穩(wěn)定在平均電平是對(duì)帶寬降低的傳感器的一種限制，這將導(dǎo)致錯(cuò)誤。為了保持精度，檢波器的每個(gè)樣本都要在計(jì)算平均值之前進(jìn)行校正。如果帶寬不足，那么實(shí)際電壓和檢測(cè)到的電壓之間的關(guān)系完全取決于信號(hào)的電平和特征，所以無(wú)法計(jì)算平均值。

換句話(huà)說(shuō)就是，視頻帶寬在進(jìn)行線(xiàn)性校正之前對(duì)電壓波形進(jìn)行了‘預(yù)平均’，導(dǎo)致平均功率和峰值功率的整體功率測(cè)量結(jié)果偏低 (參見(jiàn)圖 2(A))。

圖 2：在以下條件下測(cè)量寬帶信號(hào)猝發(fā)脈沖平均功率的準(zhǔn)確度：（A） 功率計(jì)和傳感器的視頻帶寬小于信號(hào)帶寬；（B） 功率計(jì)和傳感器的視頻帶寬大于信號(hào)帶寬；（C） 平均功率傳感器使用雙通道二極管，完全工作在平方律區(qū)域

使用寬視頻帶寬峰值功率計(jì)進(jìn)行猝發(fā)脈沖功率測(cè)量

相反，如果使用寬帶寬功率計(jì)進(jìn)行相同的測(cè)量，就不會(huì)出現(xiàn)視頻帶寬濾波器對(duì)功率樣本進(jìn)行‘預(yù)平均’的情況。盡管由于二極管在線(xiàn)性區(qū)域的非線(xiàn)性行為，電壓波形的頂端部分會(huì)受到壓縮，但經(jīng)過(guò)濾波器后的電壓波形中仍可保留峰值和谷值等信號(hào)細(xì)節(jié)。每個(gè)電壓樣本再進(jìn)行線(xiàn)性校正，“解壓縮”獲得原始波形。因此，寬帶寬峰值功率計(jì)能夠進(jìn)行精確的峰值功率測(cè)量和平均功率測(cè)量(參見(jiàn)圖 2(B))。

使用 USB 平均功率傳感器進(jìn)行猝發(fā)脈沖功率測(cè)量

近年來(lái)隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)可以使用體積更小的功率傳感器進(jìn)行高度精確、可重復(fù)和快速的功率測(cè)量。獨(dú)立式傳感器無(wú)需使用功率計(jì)，即可執(zhí)行功率至電壓的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、溫度校正、功率線(xiàn)性校正以及頻率校正，并能完成所有的測(cè)量控制。新型 U2000 系列 USB 功率傳感器采用雙通道二極管結(jié)構(gòu)，不僅能夠執(zhí)行真實(shí)的平均功率測(cè)量，還能夠使用時(shí)間選通功能精確測(cè)量猝發(fā)脈沖平均功率――用戶(hù)可在猝發(fā)脈沖信號(hào)附近設(shè)置一對(duì)選通，然后測(cè)量選通內(nèi)的平均功率。盡管傳感器的視頻帶寬只有幾十kHz，但由于它的雙通道二極管結(jié)構(gòu)能夠完全在平方律區(qū)域工作，它仍然能夠提供精確的信號(hào)包絡(luò)輪廓。

和峰值傳感器不同的是，使用平均功率傳感器，電壓波形的頂端部分不會(huì)由于二極管的非線(xiàn)性而受到壓縮。因此 U2000 系列能夠?qū)⑩Оl(fā)脈沖功率按比例轉(zhuǎn)化成電壓波形，電壓波形再通過(guò)傳感器的 RC 濾波電路進(jìn)行視頻帶寬校正。RC 濾波器具有幾十kHz 的帶寬，能夠?yàn)V除構(gòu)成猝發(fā)脈沖信號(hào)在時(shí)域中的峰值和谷值的高頻分量。不過(guò)，平均功率將會(huì)保持不變，U2000 傳感器仍然能夠提供精確的信號(hào)包絡(luò)輪廓，從而獲得精確的猝發(fā)脈沖平均功率測(cè)量結(jié)果(參考圖 2(C))。

圖 3：使用兩種不同的傳感器（30 MHz 和 30 kHz 傳感器）測(cè)量 WiMAX 20 MHz 信號(hào)的猝發(fā)脈沖平均功率。

下圖是分別使用30MHz和30kHz視頻帶寬的傳感器測(cè)得的WiMAX 20MHz信號(hào)的功率/時(shí)間曲線(xiàn)圖示例。30MHz寬帶寬傳感器保留了OFDM信號(hào)的細(xì)節(jié)，包括詳細(xì)的峰值和谷值，而30kHz帶寬傳感器則濾除了高頻分量，僅保留了OFDM信號(hào)的包絡(luò)。兩種傳感器測(cè)得的平均功率大致相同，而30kHz傳感器測(cè)得的峰值功率則會(huì)大幅降低。

使用U2000系列USB功率傳感器進(jìn)行WiMAX和WLAN測(cè)量

圖 4：使用 ESG 信號(hào)發(fā)生器和 U2001A USB 功率傳感器的猝發(fā)脈沖平均功率測(cè)量設(shè)置

本部分闡釋了使用U2000傳感器測(cè)量WiMAX 802.11e 28MHz信號(hào)和WLAN 802.11g 20MHz 信號(hào)的測(cè)量設(shè)置(圖4)和精度，并與使用30MHz P系列功率計(jì)和傳感器以及300kHz E9325A功率傳感器(圖5)的測(cè)量設(shè)置和精度進(jìn)行了對(duì)比。

圖 5：寬帶 WiMAX 和 WLAN 信號(hào)的猝發(fā)脈沖平均功率測(cè)量比較

P系列 N1911A/12A 功率計(jì)和N1921A/22A傳感器憑借其平坦和寬廣的30MHz視頻帶寬，可提供最精確的測(cè)量。E9325A 具有300kHz的視頻帶寬，可提供高達(dá) -10dBm的良好精度，它的二極管平方律區(qū)域可達(dá)到-10dBm。在-10dBm以上時(shí)，由于它的視頻帶寬有限，以及二極管在高功率電平時(shí)的非線(xiàn)性，測(cè)量結(jié)果開(kāi)始出現(xiàn)偏差。U2000系列盡管視頻帶寬有限，但由于具有雙通道二極管結(jié)構(gòu)和完全工作在平方律區(qū)域的特性，所以還是能夠?qū)拵?WiMAX信號(hào)執(zhí)行精確的測(cè)量。U2000傳感器還具有一些其他優(yōu)點(diǎn)，例如更快的測(cè)量速度和更經(jīng)濟(jì)的價(jià)格。表1對(duì)P系列功 率計(jì)和U2000系列USB功率傳感器執(zhí)行猝發(fā)脈沖功率測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行了比較。