通過式功率計的歷史

早在1952年，BIRD公司的創(chuàng)始人J. Raymond Bird發(fā)明了通過式功率計原理——Thruline®，從此，通過式功率測量法成為射頻功率測量的工業(yè)標準一直至今。通過式功率測量法的原理如下：

圖1、通過式功率測量法

通過式射頻功率計的典型代表產(chǎn)品是BIRD公司的43型，它實際上是一種信號激勵裝置，采用了一個無源的二極管射頻傳感器。在同軸線的一側(cè)裝有一個定向的，半波二極管檢測波電路，并將其接到一個已校正的表頭以讀出有效值功率。檢波電路與傳輸線通過介質(zhì)耦合，并根據(jù)置于傳輸線旁的傳感器的方向取樣出正向和反射功率。

通過式功率計的應(yīng)用

射頻功率的測量

與終端式功率計不同的是，通過式功率計真實的反映了一個發(fā)射系統(tǒng)中各個截面的正向功率和反射功率。

終端式功率計的輸入阻抗是標準的50Ω。在功率測量中，終端式功率計替代了發(fā)射機的負載，也就是說，終端式功率計將發(fā)射機的負載理想化了。所以說，終端式功率計所測得的結(jié)果是發(fā)射機在理想負載時的輸出功率;如果發(fā)射天饋系統(tǒng)的匹配情況良好，則這個結(jié)果可以真實反映發(fā)射系統(tǒng)的輸出情況;如果發(fā)射天饋系統(tǒng)的匹配不好(如VSWR>1.5)，則終端式功率計不能真實反映發(fā)射系統(tǒng)的情況。

而通過式功率計則不同，它實際上是在傳輸線一側(cè)放置了一個耦合探頭，與發(fā)射機的工作波長相比，功率計傳感器的電長度幾乎可以忽略不計。所以只要將通過式功率計置于發(fā)射系統(tǒng)的某個截面，那么得出的結(jié)果是這個截面的正向和反射功率(VSWR)。

對于無線電運營商和制造商，通過式功率測量法是很有意義的，見圖2。

圖2、典型的發(fā)射系統(tǒng)

在一個典型的發(fā)射系統(tǒng)中，將通過式功率計置于不同的截面將會得到不同的測試結(jié)果：

位置④——發(fā)射機的輸出端，可以考核發(fā)射機的輸出功率是否在設(shè)計的范圍內(nèi);這是無線電設(shè)備研發(fā)和維護工程師所關(guān)心的。

位置③——天線的輸入端，可以確定發(fā)射機真正輻射到空間的信號究竟有多大;這是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工程師所關(guān)心的。

位置②——可以檢查發(fā)射系統(tǒng)在某個位置的匹配情況，這是設(shè)備維護工程師所關(guān)心的。

測量無源器件的插入損耗

用二臺功率計可以十分準確的測出一個無源器件的插入損耗，其精度和網(wǎng)絡(luò)分析儀的測試結(jié)果相當(見圖3)。

這種測量方法的基本原理是替代法。即先將二臺功率計用一只精密的射頻轉(zhuǎn)接器(如Nf-Nf)直接連接，再用被測器件替代射頻轉(zhuǎn)接器，分別讀出4個功率讀數(shù)，從而計算出被測器件的準確插入損耗值。詳情參見《用功率計測量插入損耗》一文(文件號：03TF-001-v1.0-AN)。

圖3、功率計法測量無源器件的插入損耗

用這種方法可以準確的測出一個蜂窩基站從發(fā)射輸出到天線輸入的全部插入損耗，這對于基站的維護是有益的。雖然用網(wǎng)絡(luò)分析儀也可以單端測量長電纜的插入損耗，但是網(wǎng)絡(luò)分析儀必須在同一種介質(zhì)下測量，而且要準確設(shè)定電纜的相速度，否則會產(chǎn)生附加的測試誤差;而用功率計法就不需要知道這些參數(shù)，它只是把整個系統(tǒng)(包括跳線、主饋線，避雷器，定向耦合器等)一并當作一個二端口網(wǎng)絡(luò)來對待。

測量功率放大器的線性

用功率計除了可以測量放大器的功率，增益等指標外，還可以測量放大器的線性。

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，設(shè)計工程師們更關(guān)心放大器的線性指標而不是效率指標，這是與系統(tǒng)的工作特性有關(guān)的，尤其是在寬帶通信系統(tǒng)(如CDMA/WCDMA基站和直放站)中。

放大器的線性通常用IM3來表征，這需要用信號源和頻譜分析儀來搭建一個復雜的測試電路來完成。用通過式功率計也可以測量放大器的線性度，而且方法很簡單：分別測出放大器輸入和輸出端的互補積累分布函數(shù)(CCDF)，這二個數(shù)值越吻合，說明放大器的線性越好。

在用功率計法測量放大器的線性的同時，還能測量放大器的增益和輸出功率;這對于生產(chǎn)線上的快速測試十分有意義。另外放大器的線性度直接影響到發(fā)射機輸出頻譜的純凈程度，因此也是無線電系統(tǒng)工程師的關(guān)注點。

測量功率放大器的峰值因子(峰均功率比)

和白噪聲一樣，放大器的平均功率只是其重要參數(shù)之一。鑒于多載頻和數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的統(tǒng)計特性，峰值/平均值功率比是十分重要的參數(shù)。例如，8-VSB的數(shù)字調(diào)制信號的峰均功率比通常為6dB，而CDMA調(diào)制信號則可高達10dB;如此高的峰值功率可能會導致放大器的飽和，這將造成數(shù)字信號的誤碼，所以正確測量放大器的峰均功率比對于放大器的研制和生產(chǎn)有著重要意義。