基于多通道二极管功率探头实现精确功率测量

该滤波器长度将降低噪声电平，但会增加测量时间。应按照生产厂家提供的技术规范选择最佳设置值。

下面基于来自罗德与施瓦茨公司的R&S NRP-Z21为例，得到如下关系。在这里，将测量5GHz，-40dBm(100nW)的连续波信号。这里，功率探头使用最灵敏的测量通道。生产厂家的数据表能够为给定信号的绝对不确定度提供参考。该数值包括校准不准确，非线性和温度影响。

在功率探头技术规格表中不同通道的零点漂移值不相同，灵敏度最高的通道零点漂移值为100 pW，在本例中可以忽略这个误差因子。因此，不需要手动调零。
在产品数据表中规定了噪声电平与系数, 系数与预设的积分时间有关。用户可以按照积分时间来计算噪声电平，这里噪声电平还需乘以系数sqrt(10.24/Tmeas)。

对于幅度调制信号，积分时间应当是信号周期的整数倍。如果周期未知或可变，用钟形曲线乘以积分窗口，精度可以获得明显的提高。R&S NRP-Z 功率探头的这项技术也叫"平滑"。在图2中，举例说明了设置不同测量时间对测量精度的影响。

图2：测量一个激活时隙、突发功率0 dBm的GSM信号，积分时间为10ms或准确周期长度

对于重复信号，总是需要至少在两个积分窗口上测量。这使得探头硬件能够在两个相邻测量之间转换模拟信号的极性。这个技术称为"斩波"。它有效地消除了模拟信号处理中，伴随1/f噪声影响的偏移电压。

失配

最后，还有一个在现实中往往总是被忽略的主题：失配。
功率探头和被测设备之间的失配通常对能达到的测量精度有极大影响。功率探头在出厂前经过校准，因此它总是显示入射功率的幅度。这个校准考虑了内部损耗，以及反射功率的幅度。
如果连接的信号源是理想的，由功率探头反射回去的功率将完全被吸收。在这种情况，显示的结果是正确的。

然而，实际的信号源会将反射回来的功率的一部分再次反射回到功率探头。这个分量被叠加在信号源发射的功率上面，并根据相位角引起测量结果变大或变小。

图3：功率计显示入射波(Pi)的功率

由于失配引起的测量误差可使用下式大致估算：

源(ΓG)或负载(ΓL)的复数反射系数的幅度可根据它们的电压驻波比(VSWR)计算：

如果功率探头的VSWR为1.15，当它与VSWR为1.6的被测设备一起使用时，由于二者的VSWR失配将引起±0.14 dB或±3.1 %的误差。这一误差已经高于前面例子中功率探头指标规定的绝对不确定度。

有几种方法可帮助避免这种误差：
• 使用尽可能匹配的功率探头
• 优化源匹配，如果需要，可插入小数值的衰减器
• 使用伽玛修正得到准确测量结果

在最简单情况下，可通过插入3 dB到10 dB的衰减器改善被测设备的匹配。仅此将把失配引起的误差减少到1/2至1/10 。
如果被测设备的复数反射系数已知，也可以在数值上修正测量结果。因为探头的反射系数在出厂前的参数测量中得到，，现在，用户所必须做的是确定被测设备的反射系数，并将其提供给功率探头, R&S NRP-Z功率探头自动完成修正。

小结

射频功率精确测量首先需要选择正确的测量仪器。当既要求快速又要求精确测量时尤其是如此，这是自动化生产环境下的现实情况。
经过近些年的发展，已经涌现出大量尺寸小、坚固和高精度的集成功率计产品。尤其是多通道二极管功率探头在许多应用领域得到广泛使用。它们提供了接近热耦探头的精度，并且精度基本上与信号的调制类型无关。此外，在所有商用功率计中拥有最大的动态范围。