為 WiMAX 或 WLAN 猝發(fā)脈沖功率測量選擇恰當的功率計和傳感器

通常情況下，只有峰值功率計才能進(jìn)行猝發(fā)脈沖平均功率測量(又稱(chēng)“時(shí)間選通平均功率測量”或簡(jiǎn)稱(chēng)“猝發(fā)功率”)，它可對信號執行快速采樣以捕獲其功率包絡(luò )。用戶(hù)可在猝發(fā)脈沖信號附近設置兩個(gè)游標來(lái)定義“選通”，從而測量猝發(fā)脈沖信號的平均功率或峰值功率。這是精確測量任何猝發(fā)脈沖信號的峰值功率和平均功率的最常用方法。

隨著(zhù)采用先進(jìn)數字化技術(shù)和超快速電子元器件的USB功率傳感器的出現，用戶(hù)可以更快速度和更低成本來(lái)進(jìn)行精確的猝發(fā)脈沖平均功率測量，并且不會(huì )影響測量精度。使用時(shí)間選通功能，您可以定義選通的起點(diǎn)和長(cháng)度(參考觸發(fā)輸入信號)，以便選擇所測量的猝發(fā)脈沖信號的相關(guān)部分。

下面我們將首先闡明使用寬視頻帶寬和有限視頻帶寬峰值功率計進(jìn)行猝發(fā)脈沖測量的工作原理，然后介紹 USB 平均功率傳感器的工作過(guò)程，并考察所有技術(shù)的相關(guān)測量精度。只有了解了這些功率計和傳感器的工作原理后，您才能保證選中恰當的功率計，獲得精確可靠的測量結果。

峰值功率計的視頻帶寬小于被測信號的帶寬對測量的影響

峰值功率計的視頻帶寬是峰值功率和平均功率測量的一個(gè)重要參數。為了確保峰值功率和平均功率測量的精確性，功率計和傳感器的帶寬一定要寬于信號帶寬。

圖1：輸入功率由于非線(xiàn)性二極管特征而受到壓縮

當二極管傳感器檢測到射頻功率包絡(luò )時(shí)，要對其進(jìn)行非線(xiàn)性轉換。圖1中，紅色波形代表實(shí)際功率包絡(luò )(雙音射頻信號)，藍色波形代表在二極管輸出端檢測到的信號，綠色曲線(xiàn)是二極管檢波器的傳遞函數。我們可以看到，盡管每個(gè)電壓點(diǎn)都可通過(guò)互補反函數反向轉換來(lái)代表功率，但這對平均功率并不適用。上圖中的調出功能可以說(shuō)明這一點(diǎn)。穩定在平均電平是對帶寬降低的傳感器的一種限制，這將導致錯誤。為了保持精度，檢波器的每個(gè)樣本都要在計算平均值之前進(jìn)行校正。如果帶寬不足，那么實(shí)際電壓和檢測到的電壓之間的關(guān)系完全取決于信號的電平和特征，所以無(wú)法計算平均值。

換句話(huà)說(shuō)就是，視頻帶寬在進(jìn)行線(xiàn)性校正之前對電壓波形進(jìn)行了‘預平均’，導致平均功率和峰值功率的整體功率測量結果偏低 (參見(jiàn)圖 2(A))。

圖 2：在以下條件下測量寬帶信號猝發(fā)脈沖平均功率的準確度：（A） 功率計和傳感器的視頻帶寬小于信號帶寬；（B） 功率計和傳感器的視頻帶寬大于信號帶寬；（C） 平均功率傳感器使用雙通道二極管，完全工作在平方律區域

使用寬視頻帶寬峰值功率計進(jìn)行猝發(fā)脈沖功率測量

相反，如果使用寬帶寬功率計進(jìn)行相同的測量，就不會(huì )出現視頻帶寬濾波器對功率樣本進(jìn)行‘預平均’的情況。盡管由于二極管在線(xiàn)性區域的非線(xiàn)性行為，電壓波形的頂端部分會(huì )受到壓縮，但經(jīng)過(guò)濾波器后的電壓波形中仍可保留峰值和谷值等信號細節。每個(gè)電壓樣本再進(jìn)行線(xiàn)性校正，“解壓縮”獲得原始波形。因此，寬帶寬峰值功率計能夠進(jìn)行精確的峰值功率測量和平均功率測量(參見(jiàn)圖 2(B))。

使用 USB 平均功率傳感器進(jìn)行猝發(fā)脈沖功率測量

近年來(lái)隨著(zhù)數字化技術(shù)的進(jìn)步，現在已經(jīng)可以使用體積更小的功率傳感器進(jìn)行高度精確、可重復和快速的功率測量。獨立式傳感器無(wú)需使用功率計，即可執行功率至電壓的轉換、數據采集、溫度校正、功率線(xiàn)性校正以及頻率校正，并能完成所有的測量控制。新型 U2000 系列 USB 功率傳感器采用雙通道二極管結構，不僅能夠執行真實(shí)的平均功率測量，還能夠使用時(shí)間選通功能精確測量猝發(fā)脈沖平均功率――用戶(hù)可在猝發(fā)脈沖信號附近設置一對選通，然后測量選通內的平均功率。盡管傳感器的視頻帶寬只有幾十kHz，但由于它的雙通道二極管結構能夠完全在平方律區域工作，它仍然能夠提供精確的信號包絡(luò )輪廓。

和峰值傳感器不同的是，使用平均功率傳感器，電壓波形的頂端部分不會(huì )由于二極管的非線(xiàn)性而受到壓縮。因此 U2000 系列能夠將猝發(fā)脈沖功率按比例轉化成電壓波形，電壓波形再通過(guò)傳感器的 RC 濾波電路進(jìn)行視頻帶寬校正。RC 濾波器具有幾十kHz 的帶寬，能夠濾除構成猝發(fā)脈沖信號在時(shí)域中的峰值和谷值的高頻分量。不過(guò)，平均功率將會(huì )保持不變，U2000 傳感器仍然能夠提供精確的信號包絡(luò )輪廓，從而獲得精確的猝發(fā)脈沖平均功率測量結果(參考圖 2(C))。

圖 3：使用兩種不同的傳感器（30 MHz 和 30 kHz 傳感器）測量 WiMAX 20 MHz 信號的猝發(fā)脈沖平均功率。

下圖是分別使用30MHz和30kHz視頻帶寬的傳感器測得的WiMAX 20MHz信號的功率/時(shí)間曲線(xiàn)圖示例。30MHz寬帶寬傳感器保留了OFDM信號的細節，包括詳細的峰值和谷值，而30kHz帶寬傳感器則濾除了高頻分量，僅保留了OFDM信號的包絡(luò )。兩種傳感器測得的平均功率大致相同，而30kHz傳感器測得的峰值功率則會(huì )大幅降低。

使用U2000系列USB功率傳感器進(jìn)行WiMAX和WLAN測量

圖 4：使用 ESG 信號發(fā)生器和 U2001A USB 功率傳感器的猝發(fā)脈沖平均功率測量設置

本部分闡釋了使用U2000傳感器測量WiMAX 802.11e 28MHz信號和WLAN 802.11g 20MHz 信號的測量設置(圖4)和精度，并與使用30MHz P系列功率計和傳感器以及300kHz E9325A功率傳感器(圖5)的測量設置和精度進(jìn)行了對比。

圖 5：寬帶 WiMAX 和 WLAN 信號的猝發(fā)脈沖平均功率測量比較

P系列 N1911A/12A 功率計和N1921A/22A傳感器憑借其平坦和寬廣的30MHz視頻帶寬，可提供最精確的測量。E9325A 具有300kHz的視頻帶寬，可提供高達 -10dBm的良好精度，它的二極管平方律區域可達到-10dBm。在-10dBm以上時(shí)，由于它的視頻帶寬有限，以及二極管在高功率電平時(shí)的非線(xiàn)性，測量結果開(kāi)始出現偏差。U2000系列盡管視頻帶寬有限，但由于具有雙通道二極管結構和完全工作在平方律區域的特性，所以還是能夠對寬帶寬 WiMAX信號執行精確的測量。U2000傳感器還具有一些其他優(yōu)點(diǎn)，例如更快的測量速度和更經(jīng)濟的價(jià)格。表1對P系列功 率計和U2000系列USB功率傳感器執行猝發(fā)脈沖功率測量的結果進(jìn)行了比較。