原创 对用于功率测量的分析器和计量表的比较(一)

功率计常被考虑用于移动电话生产测试，因为它们可以很快地测量出峰值功率、平均功率以及峰值功率与平均功率之比。但是RF功率计具有某些不足，它们可能妨碍对无线手机进行精确的测试。例如，RF功率计不能识别出一个设备在频谱的哪个地方发射信号。由于这个原因，在仅用功率计的情况下，一部手机可能可以通过功率测试，但手机可能在错误的频率处发射信号，或者承受过多的虚假发射(spurious transmissions)。幸运地是，在频谱分析仪和RF功率分析仪上执行的频域分析可以克服这些局限。一台RF功率分析仪既可提供功率和发射频率信息，同时也能克服与RF功率计有限的视频带宽相关的误读现象。

生产中，要检测每个移动电话的载波频率、主信道功率、邻信道功率和交替信道功率。代表性地，如射频电功率计，频谱分析仪和射频功率分析仪这类的仪器应用于此类测试，但这些工具的性能和测量结果却大相径庭。为了将测量吞吐量与精确度最大化，应考虑这些测量仪器间的平衡。

射频电功率计不仅用于测量双向无线电通讯系统、广播系统及雷达/卫星系统的功率级别，还用于校准其他测量仪器和探测器。遗憾地是，射频电功率计适用于宽带频率范围，且不能确定与功率读数相关的载波频率或该测得的功率是否在适当的带宽范围内。通常，频谱分析仪也需要做出这些判断。

射频电功率计基本上是一个非调谐射频传感器或检测仪，其后接着一个由DC或AC-DC放大级和模-数转换(ADC)级(图1)组成的信号处理电路。它被用来测量射频功率，包括峰值功率、平均功率以及峰值功率与平均功率比。它不测量频率，因为在信号处理开始前，所有的频率信息已经丢失。尽管在某些方面这是一个缺点，但测量时无需调谐。如果输入信号在检测仪频率范围内处处存在，该射频电功率计就能进行有效的功率测量。

射频电功率计测量时域范围内的输入信号。等量振幅的输入载波会产生一个DC输出，而任何的振幅变化会复制到输出中，作为仪器响应该输入信号的包络。因为这个原因，在需要峰值检测测量时，仪器的视频带宽是一项重要的特征。

测试仪器的视频带宽，用最简单的术语表示，是一种指示，其能说明对于峰值功率包络的测量，其追踪信号变化能有多快，并且能考虑被所有调制信号占据的频率范围。例如，一个宽带码分多址(WCDMA)信号由一个被3.84 MHz调制信号调制的1950 MHz的载波组成；检测后，该信号保留0～3.84 MHz的延伸。对于一个用于正确处理该信号的仪器而言，处于该检测仪下游的所有电路必须具有一个大于3.84 MHz的带宽(更适宜5 MHz)。一个较窄带宽的仪器不能跟随或捕获3.84 MHz的WCDMA信号包络的峰值。视频带宽不是那种仪器本身能接受信号的频率范围，它是一种指示，其能说明电功率计能多有效地捕获一个已调波形的峰值。

检测信号中的时间变化有几个来源。明显的来源是脉冲或振幅调制。例如，如果输入信号是1 MHz的调制脉冲，传感器/检测仪之后的电路的带宽将会比精确地测量该峰值大1 MHz，尽管在较小视频带宽下，平均值测量依然是精确的。

下面的例子说明了视频带宽如何影响峰值功率测量及时闸平均功率测量a 但不是平均功率。图2显示了两个射频正弦波信号(在800 MHz 带宽范围内)，其频率不是1 MHz，且两者量级相差1 MHz：

为了便于功率计算，假设阻抗为1。等式1表示这两个信号相对于时间的功率(实时功率)。

用它们的等价正弦波代替V1和V2，由等式2得到相对于时间的功率P(t)，其表明该P(t)由两个独立信号的功率与两个信号振幅乘积的两倍组成：

等式3是依据在等式2中应用三角恒等式b推断得来。相同地，P(t)由一个DC信号和四个频率部分组成，分别是2f1，2f2，f1 + f2以及f1 - f2：

等式4可以定义并且计算出平均功率

其是等式3中的DC部分。

从等式3和4可以看出，峰值功率依赖于等式中的所有部分，而平均功率仅依赖于DC部分。如果电功率计和功率传感器具有1 MHz视频带宽，它将可以作为一个典型的低通滤波器，在1 MHz时具有3 dB下降率点(rolloff point)。关于功率包络，忽略了2f1，2f2和f1 + f2部分，留下DC偏置和等式3所示的|f1 - f2| = 1 MHz周期信号。如果视频带宽大于1 MHz，峰值就是2。然而，由于在1 MHz时有3 dB下降率，|f1 - f2|项就被削减了一半。这就使峰值功率与平均功率比c 产生1.24 dB的误差。视频带宽影响了耗电功率峰值的测量，但是对平均功率的测量没有影响。

这可能会产生一种印象，即一个较宽的视频带宽总是比一个较窄的要好，但情况并非如此。首先，越大的仪器视频带宽，其动态范围就越小，并且其线性变异就越大。例如，一个5 MHz的视频带宽会引起32～+20 dBm的动态范围，而一个300 kHz的带宽会引起42～+20 dBm的动态范围。

作者：Yunli He, Robert Green