功率計(jì)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(jì)基本上也是和信號(hào)源、頻譜儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀并行的幾個(gè)大件之一，當(dāng)然沒有前面幾個(gè)大哥那么昂貴。

 

    圖1功率測量儀器的組成

 

    功率計(jì)分類

 

    一、按照連接方式分類

 

    射頻或微波功率計(jì)按照在測試系統(tǒng)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(jì)把功率計(jì)探頭作為測試系統(tǒng)的終端負(fù)載，功率計(jì)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(jì)常用于測試小信號(hào)。

 

    終端式功率計(jì)有如下特點(diǎn)：

 

    （1）在常見的射頻和微波功率測量儀器中，終端式功率計(jì)的幅度測量精度是最高的，超越了頻譜儀或者信號(hào)分析儀，典型測量精度可以達(dá)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(diào)制信號(hào)的平均功率、峰值功率、突發(fā)功率等。

 

    通過式功率計(jì)，它是利用某種耦合裝置，如定向耦合器、耦合環(huán)、探針等從傳輸?shù)墓β手邪匆欢ǖ谋壤詈铣鲆徊糠止β剩腿牍β视?jì)度量，傳輸?shù)目偣β实扔诠β视?jì)指示值乘以比例系數(shù)。通過式功率計(jì)的業(yè)內(nèi)先驅(qū)是Bird，射頻微波的老人應(yīng)該都知道。下圖就是典型的通過式功率計(jì)的原理框圖：

 

    圖2.通過式功率計(jì)的原理框圖

 

    通過式功率計(jì)的主要特點(diǎn);

 

    （1）通過式功率計(jì)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(jì)都可以測量。所以廣電上動(dòng)輒上千瓦的功率，都是由通過式功率計(jì)來測量的?！　。?）通過式功率計(jì)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(jì)不能用于太小的功率測量。這個(gè)和終端式功率計(jì)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(jì)按靈敏度和測量范圍分類，可以分為測熱電阻型功率計(jì)、熱電偶型功率計(jì)、量熱式功率計(jì)、晶體檢波式功率計(jì)。

 

    測熱電阻型功率計(jì)使用熱變電阻做功率傳感元件。熱變電阻值的溫度系數(shù)較大。被測信號(hào)的功率被熱變電阻吸收后產(chǎn)生熱量，使其自身溫度升高，電阻值發(fā)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(jì)熱電偶型功率計(jì)中的熱偶結(jié)直接吸收高頻信號(hào)功率，結(jié)點(diǎn)溫度升高，產(chǎn)生溫差電勢(shì)，電勢(shì)的大小正比于吸收的高頻功率值。這種功率計(jì)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(jì)原理簡圖

 

    量熱式功率計(jì)典型的熱效應(yīng)功率計(jì)，利用隔熱負(fù)載吸收高頻信號(hào)功率，使負(fù)載的溫度升高，再利用熱電偶元件測量負(fù)載的溫度變化量，根據(jù)產(chǎn)生的熱量計(jì)算高頻功率值。這個(gè)基本上我們實(shí)驗(yàn)室里面就見得不多了，多用于校準(zhǔn)級(jí)的功率基準(zhǔn)測試。

 

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

 

    三、按照被測信號(hào)的不同分類

 

    射頻或微波功率計(jì)按被測信號(hào)分類：連續(xù)波功率計(jì)和脈沖峰值功率計(jì)。

 

    圖4峰值功率計(jì)原理簡圖

 

    功率計(jì)技術(shù)指標(biāo)以下是射頻功率計(jì)的典型技術(shù)指標(biāo)：

 

    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(jì)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(hào)時(shí)，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(jì)時(shí)絕對(duì)不能測量大于允許功率值的信號(hào)，否則會(huì)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(biāo)的被測信號(hào)的頻率范圍。

 

    d）測量精度指功率探頭校準(zhǔn)修正后的精度。不包括測試系統(tǒng)的失配誤差。

 

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

 

    f）響應(yīng)時(shí)間也稱功率傳感元件的時(shí)間常數(shù)。通常指功率指示器上升到穩(wěn)定值的64%所需的時(shí)間。

 

    g）探頭的型號(hào)、阻抗選用功率計(jì)探頭時(shí)，功率探頭的使用頻率、功率范圍必須與被測信號(hào)一致，探頭傳輸線的結(jié)構(gòu)和阻抗應(yīng)與被測傳輸線相互匹配。

 

    比如一個(gè)典型的功率計(jì)的技術(shù)參數(shù)可能如下：

 

    頻率范圍：9KHz～110GHz（取決于傳感器）　　功率范圍：-70～+44dBm　　絕對(duì)精度：（對(duì)數(shù)）±0.02dB；（線性）±0.5%　　相對(duì)精度：（對(duì)數(shù)）±0.04dB；（線性）±1.0%　　對(duì)數(shù)方式：1.0；0.1；0.01和0.001dB（默認(rèn)設(shè)置：0.01dB）　　線性方式：1～4位數(shù)（默認(rèn)設(shè)置：3位數(shù)）　　SWR：1.06（最大值）　　作為信號(hào)強(qiáng)度的天平，功率計(jì)在射頻微波測量中具有非常重要的作用?，F(xiàn)在親們基本明白了功率計(jì)的原理了吧。