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    發射功率的測量方法

    2006-07-11 中國無線電管理

          發射功率是無線電發射設備的主要技術指標,也是無線電管理部門需要檢測的技術指標之一。本文主要介紹幾種發射功率的測量方法。
    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,因此在射頻微波頻率,大多數應用都采用直接功率測量,因為電壓和電流測量已變得不現實。
    1.2 功率單位
    功率的國際標準單位是瓦特(W),但在無線電通信領域,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。根據對數基本性質,可得到一個簡單導則是每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,發信機在調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,供給天線饋線的平均功率。對于脈沖調制信號,則要在若干脈動重復上平均信號。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綜合測試儀測量發射功率
          無線電綜合測試儀CMS54含射頻信號源、調制信號源、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綜合測試儀測量發射設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進入穩定的測試界面,按TX-TEST軟鍵,進入發射測試界面。
    (3)開啟被測發射設備(已知發射功率小于50W),這時即可讀出其發射功率。如果知道被測發射設備的發射頻率,可以按SET RF軟鍵,通過鍵盤設置響應頻率,然后再開啟被測發射設備,讀出發射功率。
    2.2 FSP30頻譜分析儀測量發射功率
    FSP30頻譜分析儀射頻輸入最大的功率是1W,當發射設備輸出功率大于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)設置為最大,然后開啟被測發射設備。
    (3)將被測信號中心頻率置于頻譜分析儀顯示的中心,恰當設置SPAN、RBW和VBW值,這幾個值設置的一般建議是:SPAN必須至少覆蓋被測量信號的帶寬;RBW設置信道帶寬的1%和4%之間;VBW至少是RBW的三倍。
    (4)調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,按相應軟鍵確定;設置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,按相應軟鍵確定;用上下鍵選擇CP/ACP CONFIG,設置信號的占用帶寬(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功率計測量發射設備輸出功率 
          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(CCDF)、駐波比、反射系數、反射功率等參數。支持GSM/EDGE、CDMA(IS-95)、WCDMA等各種數字通信系統的功率測量。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。現介紹用NRT功率計和NRT-Z44傳感器測量發射功率,方法步驟如下:
    (1)測試線路連接如圖5所示。
    (2)根據被測發射設備的發射頻率設置NRT功率計的響應頻率,步驟如下:按 CORR鍵,顯示FREQ*,按左右鍵選擇USER ,按SET鍵確定,使用四個方向鍵設置所需的頻率,按SET鍵確定。



    (3)為NRT功率計校零,步驟如下:關閉發射設備輸入信號,按CORR鍵,按上下鍵顯示ZERO*,按SET鍵確定執行校零程序。
    (4)為NRT功率計選擇適當的調制方式,步驟如下:按CORR鍵,用上下鍵顯示MODULATION*,用左右鍵選擇所需的調制方式或是無調制,按SET鍵確定。
    (5)開啟被測發射設備,NRT功率計顯示測得的功率值和反射參數。
    三種發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,其輸入阻抗是標準的50歐姆。在功率測量中,終端式功率計替代了發射設備的負載,即終端式功率計將發射設備的負載理想化了。所以說,終端式功率計所測得的結果是發射設備在理想負載時的輸出功率;如果發射天饋系統的匹配情況良好,則這個結果可以較真實地反映發射系統的輸出情況;如果發射天饋系統的匹配不好(如VSWR>1.5),則終端式功率計不能真實反映發射系統的情況。 
          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射設備與天饋系統之間,就可以得到發射系統的正向和反射功率。 
          因此,如果要測量發射設備的理想發射功率,可以選用終端式功率式;如果要測量發射設備的實際發射功率以及判斷發射設備與天饋系統是否匹配,則選用通過式功率計。 


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