用于精确功率测量的二极管传感器技术

量上的另一个误差源就是谐波和伪信号。平方律传感器将把其通带内所有信号的功率叠加。

对于满足政府或国际规范要求的大多数已完成的系统设计，这些信号对测量的影响是可以忽略的。然而，对于在不完整系统或子系统的部分上做的测量，由于没有滤波措施，这些信号可能导致额外误差。例如，假设本地振荡器通过混频器泄漏，那么，该频率成分就仅仅比主信号低20dB。

传感器将把两个功率叠加在一起，由于存在两个信号，将导致附加的1%误差。如果我们看另外一个例子，这次放大器的信号被压缩。在这种情形下，谐波输出可能仅仅比载波小10dB，因此将给读数添加额外的10%误差，这与系统中其它的误差相比显得很大。

在多载波测试的过程中，这种真实RMS传感器的特性具有较大的优势。如果我们取两个相距几MHz的载波，那么峰值电压将为2V。基于二极管的峰值功率计然后会把这个读数读为4倍功率，而真实RMS传感器将正确地把组合信号识别为2倍功率。

那么，让我们看这些误差对两个测量情形的影响。在两种情形下，我们都将假设信号源具有1.5的VSWR，并且该信号的伪输出是可忽略的。

1. 在+10dBm采用通用传感器对2.2GHz WCDMA信号进行测量；

2. 在+10dBm采用热传感器测量38GHz射频链路；

在这两种情形下，我们假设在测量上的噪声和零漂移效应都是可以忽略的。

表中显示了叠加在线性和RSS模式中的不确定性。

表1：两种测量情况的不确定性

线性求和假设最坏情形的误差总要相加。RSS求和采取这样的观点：由于信号源的误差源于不同的物理机制，那么假设它们在最坏情况下平均起来不会叠加就是合理的。

当处理非物理相关的不确定度的总和时，许多公司和不确定性方案采用了这种方法。如果我们要从这些频率和功率电平增加我们对不确定性的了解，那么，最好的办法是通过三维图形来展示这一点。

图7：通用传感器MA2481B的不确定性表面，最坏情况已经被叠加

对于不采取平均处理的通用传感器，该图显示了在室温下不确定性的总和。最坏情形已经被叠加上去了。从中可以看到噪声对二极管的每一条路径的影响。利用大小适度的平均处理，在转换点上的噪声可以被减小到微不足道的水平。在低功率电平上，噪声是最大的一个影响因素。

图8：热传感器的不确定性表面被平均化处理，RSS误差已经被叠加

该图显示了热电堆传感器在其整个工作频率范围内的不确定性表面。在该情形下，信号源匹配一直固定在1.2，所以由于不匹配引起的不确定性被减小了。不确定性已经被当作RSS项叠加。在低功率电平上不确定性的增加主要是由零位调整参数引起的。这种与频率相关的纹波是因在整个范围内变化的校正因子的不确定性引起的。

2.5%不确定性，在图上是最低的不确定性，刚好高于+/-0.1dB；而8%的不确定性，在图中是最大的不确定性，是+0.33/-0.36dB。

本文小结

利用合适的传感器技术，可以对具有复杂调制的信号进行精确的真实RMS测量。本文介绍了在测量功率时计算不确定性预算过程中需要考虑的各种因素。

在大信号功率级，最重要的一个影响是不匹配，而这可以利用如精密衰减器之类的匹配技术进行管理；在低功率级，最重要的影响是噪声，而这可以通过在功率计上选择适当的平均条件来管理。

作者：

Michael Osoba

产品行销工程师

安立公司