射頻功率計介紹和種類

射頻功率計和微波功率計，統(tǒng)稱為高頻功率計，是用來測量發(fā)射機射頻輸出功率的儀器，是功率計的一種。還有測量交直流功率的電功率計和測量光波、激光的光功率計。在直流或低頻段可使用直接按瓦特(W)刻度的瓦特表。在射頻和微波段常采用量熱計法、測熱電阻法、微量熱計法和熱電法等。

高頻功率計在應(yīng)用中有很多分類方法，根據(jù)測量方式、工作原理、量程大小、被測信號形式和傳輸線類型等進行分類如下：

1、根據(jù)功率計接入傳輸系統(tǒng)的方式可分為吸收式功率計(終端式功率計)和通過式功率計(傳輸式功率計)。

A、通過式功率計

通過式功率計又稱為傳輸式功率計，有輸入和輸出兩個端口，工作時串聯(lián)在發(fā)射機和天線之間，即連接在信號源和負載之間，可以實現(xiàn)在線檢測和在線監(jiān)測。其獨立檢測發(fā)射機輸出功率，需要在功率計的天線輸出端口上安裝匹配負載。通過式功率計只有在負載匹配的情況下，其測量讀數(shù)才能確保一定的準(zhǔn)確度。通過式功率計內(nèi)部大部分都采用耦合方式進行檢測（超短波使用微帶結(jié)構(gòu)）。

傳輸式功率計優(yōu)點為電路簡單可以做成定向耦合器電路檢測天饋系統(tǒng)中正向和反向功率，還可以加入駐波比指示功能。缺點為工作頻率比較窄，如果做成寬帶形式則帶內(nèi)測量波動比較大難以保證測量準(zhǔn)確度。大部分通過式功率計測量范圍包含短波和超短波（UHF）的寬頻駐波比/功率計，其內(nèi)部短波和超短波檢測電路是分開的，通常輸入輸出也是分開的兩組端口。通過式功率計典型廠家有鳥牌、鉆石、是德科技、羅德與施瓦茨等。

B、吸收式功率計

吸收式功率計又稱為終端式功率計，只有一個輸入口，用來離線檢測發(fā)射機的輸出功率。終端式功率計由功率傳感器和功率指示器兩部分組成。功率傳感器也稱功率計探頭，它把高頻電信號通過能量轉(zhuǎn)換為可以直接檢測的電信號。功率指示器包括信號放大、變換和顯示器，顯示器直接顯示功率值。 功率傳感器和功率指示器之間用電纜連接。為了適應(yīng)不同頻率、不同功率電平和不同傳輸線結(jié)構(gòu)的需要，一臺功率計要配若干個不同功能的功率計探頭。傳統(tǒng)吸收式功率計按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為耦合測量型、電熱偶型、熱敏電阻型、晶體二極管檢波型。

＊耦合測量型相當(dāng)于內(nèi)置匹配負載的通過式功率計，確保負載匹配良好。

＊電熱偶型功率計電熱偶采用兩種不同的金屬材料組成，通過檢測熱結(jié)點的溫差電勢來指示功率。

＊熱敏電阻型功率計采用自動平衡電橋來檢測熱敏電阻承受到功率發(fā)熱后的電阻變化來指示功率，具有線性好測量頻率特別寬的特點。在實際電路中，采取一些溫度補償措施來減少環(huán)境溫度變化對熱敏電阻的影響。

＊晶體二極管檢波型功率計是采用高工作頻率的晶體二極管將射頻信號轉(zhuǎn)換為直流信號進行功率測量，具有動態(tài)大靈敏度高的特點。

2、功率計依所用的變換器可分為熱效應(yīng)功率計（如量熱式功率計、測熱電阻功率計和熱電式功率計等）、有質(zhì)功率計、電子式功率計（二極管功率計和霍耳效應(yīng)功率計）、鐵氧體功率計和量子干涉效應(yīng)功率計等。下面分別介紹量熱計法、測輻射熱器法、微量熱計法、熱電法。

＊量熱計法：將電磁能量轉(zhuǎn)換成熱能來測量。變換器是感應(yīng)、吸收電磁能量的負載，稱為量熱體。負載吸收功率,使之轉(zhuǎn)換成熱能,從而量熱體溫度上升，檢測其溫差熱電勢，根據(jù)功率和熱電勢間的關(guān)系來確定被測功率。量熱體有干負載、流體(水、油等)負載之分。實際測量中常采用替代技術(shù)來校準(zhǔn)溫度測量裝置，用已知的直流（或低頻）功率來替代被測射頻或微波功率。量熱式功率計的工作頻段已達毫米波段，量程可分別做成大、中、小功率范圍，單個儀器動態(tài)范圍達30～40分貝，測量誤差可達千分之幾。量熱式功率計的主要優(yōu)點：準(zhǔn)確度高、可靠性好、動態(tài)范圍大、阻抗匹配好。缺點：結(jié)構(gòu)和測試技術(shù)復(fù)雜，對環(huán)境溫度和測試設(shè)備要求苛刻，而且測試時間長。因它能獲得很高的測量準(zhǔn)確度，世界各國都采用它作為國家功率標(biāo)準(zhǔn)。采用自動反饋電路可大大縮短測試時間，改善測量的精密度。量熱式功率計可分為替代靜止式和替代流動式量熱計，其主要技術(shù)指標(biāo)為：頻率范圍：同軸系統(tǒng)一般到10吉赫（有的可達18吉赫），波導(dǎo)系統(tǒng)可達毫米波;量程:靜止式為10毫瓦～1瓦（10瓦），流動式量熱計常用來測量大功率，例如：水負載量熱計，量程可達2000瓦、誤差±3％～±10％、電壓駐波比1.5左右。

＊測熱電阻法(測輻射熱器法)：利用某些對溫度敏感的電阻元件在吸收電磁能量后阻值變化的特性來測量功率。常用自動平衡電橋的直流或音頻功率來替代測量射頻或微波功率。所用的溫度敏感的電阻元件稱為測熱電阻，主要有正溫度系數(shù)的鎮(zhèn)流電阻和負溫度系數(shù)的熱敏電阻。它適用于測量小功率，經(jīng)功率標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)后可作傳遞標(biāo)準(zhǔn)。用阻抗法定度效率后來測定功率，準(zhǔn)確度達±0.5％，有的國家用它作為國家標(biāo)準(zhǔn)。典型的測熱電阻功率計的主要技術(shù)指標(biāo)為：頻率范圍為同軸、波導(dǎo)系統(tǒng)為2.6～40吉赫；量程10微瓦～10毫瓦；誤差±（3～5）％；電壓駐波比1.5左右。測熱電阻功率計是廣泛使用的一種小功率計。優(yōu)點為體積小，靈敏度高，響應(yīng)時間快，使用方便。缺點為過載能力差，容易燒毀（主要是鎮(zhèn)流電阻式功率計），易受環(huán)境溫度影響，寬頻帶阻抗匹配困難。

＊微量熱計法：用測熱電阻元件作為量熱體,用量熱計法原理高準(zhǔn)確度確定測熱電阻座的有效功率，然后用測熱電阻座配以高準(zhǔn)確度的電橋來單獨測量功率。優(yōu)點為準(zhǔn)確度高,速度快和使用方便。許多國家都用它建立小功率國家標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度達±(0.2～0.5)％。

＊熱電法：借助于熱電元件將電磁能量變?yōu)闊崮懿y量由于發(fā)熱所形成的熱電勢，熱電勢與熱電元件所耗散的射頻與微波功率成正比。熱電元件是耗散射頻或微波能量的負載，又是將射頻或微波能量轉(zhuǎn)換成直流熱電勢的熱電偶器件。新型的熱電敏感器和熱電薄膜功率計已獲得廣泛應(yīng)用。優(yōu)點：頻帶寬（50兆赫～26.5吉赫），動態(tài)范圍寬（100微瓦～3瓦），低噪聲零點漂移小，靈敏度高（可達0.1納瓦）,響應(yīng)時間快和數(shù)字顯示等。缺點：過載能力差，容易燒毀，長期穩(wěn)定性尚待改善。

3、根據(jù)功率計測量的功率量程可分為小功率計、中功率計和大功率計。

一般功率量程小于10毫瓦者為小功率計（又稱為微功率計）。微功率計一般用于科研和計量，屬于專業(yè)應(yīng)用。10毫瓦至10瓦者為中功率計，大于10瓦的為大功率計。

4、根據(jù)被測信號形式分為連續(xù)波功率計和脈沖峰值功率計。

測量脈沖峰值功率的方法主要有:  

①從測量出的平均功率計算脈沖峰值功率；

②峰值檢波；

③鎮(zhèn)流電阻積分微分法；

④取樣比較法；

⑤陷波法。脈沖峰值功率測量中準(zhǔn)確度較高的是陷波法，主要技術(shù)指標(biāo)為：頻率范圍:同軸系統(tǒng)0.95～2.35吉赫,和4.0～4.4吉赫,波導(dǎo)系統(tǒng)8.2～12.4吉赫;量程：10微瓦～10千瓦;準(zhǔn)確度:同軸系統(tǒng)約±3％，波導(dǎo)系統(tǒng)約為±(4～6)％。此外還出現(xiàn)了帶接口的可程控智能功率計，它可與其它儀器組成自動測試系統(tǒng)。

5、根據(jù)傳輸線類型分為同軸功率計和波導(dǎo)功率計。

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