5分鐘帶你了解這件功率校準(zhǔn)神器

對(duì)于電子測(cè)試工程師來(lái)說(shuō)，功率計(jì)是一種應(yīng)用非常廣泛的測(cè)試儀器，那么功率計(jì)探頭具體分為哪些類(lèi)型、其各自有何特點(diǎn)、工作原理又是什么，大家了解多少呢？

今天，我們就來(lái)一起學(xué)習(xí)下，功率計(jì)探頭的相關(guān)知識(shí)。

名詞定義

功率計(jì)是測(cè)量信號(hào)功率的儀器，是射頻微波功率測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，常用作其它儀器的功率校準(zhǔn)設(shè)備。功率計(jì)探頭通過(guò)USB連接主機(jī)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能，完成檢測(cè)信號(hào)和獲取測(cè)試數(shù)據(jù)，主機(jī)用來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶操作和顯示界面及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。功率計(jì)探頭具有數(shù)字化，小型化特點(diǎn)，探頭可以完成所有測(cè)試功能以及測(cè)試數(shù)據(jù)的采集。

大家可以在君鑒科技旗下測(cè)試儀器信息服務(wù)平臺(tái)“每日E問(wèn)”中，搜索并查看各種類(lèi)型的功率計(jì)探頭，并進(jìn)行相互間的對(duì)比。

具體分類(lèi)

1.功率探頭類(lèi)型及原理

1.1分類(lèi)

根據(jù)探頭采用的技術(shù)類(lèi)型，可分為兩大類(lèi)：熱電探頭和二極管探頭。熱電探頭又分為熱敏、熱偶和熱電堆三個(gè)類(lèi)別；二極管探頭又分為單通道、多通道和寬帶幾個(gè)類(lèi)別，二極管探頭通常采用多通道技術(shù)以擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍；二極管探頭根據(jù)不同的視頻帶寬設(shè)計(jì)，又細(xì)分為通用探頭、平均功率探頭和寬帶探頭。

1.1.1二極管探頭分類(lèi)

通用探頭（VBW：100~200kHz）

適用于小功率測(cè)量的幾乎所有測(cè)量場(chǎng)合

可測(cè)量所有類(lèi)型信號(hào)的平均功率

可測(cè)量μs以上脈沖調(diào)制信號(hào)的峰值功率和時(shí)隙功率

工作頻率上限可達(dá)67GHz，下限10MHz

功率量程-70 ~20dBm

通用探頭是多通道二極管探頭，均衡考慮精度、量程和速度

平均值探頭（VBW<200Hz）

常用在EMC系統(tǒng)中

僅可測(cè)量信號(hào)的平均功率

功率量程-70~20dBm

工作頻率上限不超過(guò)18GHz，下限可至9kHz或更低

寬帶(峰值)探頭 (VBW>30MHz)

窄脈沖信號(hào)測(cè)量的最佳選擇

平均功率量程 -60~20dBm，脈沖峰值功率量程 -35 ~ 20 dBm

脈沖功率分析，包括時(shí)間和功率參數(shù)

射頻多通道間信號(hào)時(shí)間和功率參數(shù)關(guān)系分析

高速數(shù)據(jù)采樣和記錄

1.1.2熱電探頭

根據(jù)探頭的應(yīng)用場(chǎng)合，熱電探頭測(cè)試準(zhǔn)確度高，功率測(cè)試動(dòng)態(tài)范圍小，適合射頻微波信號(hào)平均功率的計(jì)量校準(zhǔn)；二極管探頭功率測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大，速度快，適合研發(fā)測(cè)試。

熱電功率探頭測(cè)試信號(hào)的平均功率準(zhǔn)確度最高；

常用作功率計(jì)量校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備；

頻率范圍DC~110GHz或更高；

可測(cè)量所有類(lèi)型信號(hào)的平均功率；

不能直接測(cè)量寬帶信號(hào)峰值功率；

功率量程范圍較小，通常 -35 ~ 20dBm

1.2原理

1.2.1熱電功率探頭

熱敏功率探頭采用熱敏電阻作為核心元部件，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)熱敏電阻的功率被其吸收后溫度升高，電阻值發(fā)生顯著變化，利用電橋測(cè)量電阻值的變化，顯示功率值。

熱偶功率探頭的核心部件是熱電偶。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生溫差電勢(shì)，電勢(shì)的大小正比于吸收的高頻功率值，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，又稱為塞貝克（Seebeck）效應(yīng)。利用熱電偶型功率計(jì)中的熱偶結(jié)直接吸收高頻信號(hào)功率，熱結(jié)點(diǎn)溫度升高，產(chǎn)生溫差電勢(shì)，電勢(shì)的大小正比于吸收的射頻功率值，進(jìn)行功率測(cè)量。

為了提高熱電偶的靈敏度，可將多個(gè)熱電偶串聯(lián)起來(lái)組成熱電堆；熱電堆的輸出電壓（輸出溫差電動(dòng)勢(shì)）是多個(gè)熱電偶的輸出電壓之和。

綜合考慮測(cè)試頻率范圍、功率范圍和準(zhǔn)確度，熱電堆是目前最佳熱電功率探頭技術(shù)。

1.2.2二極管功率探頭

二極管功率探頭采用半導(dǎo)體二極管作為核心元部件，采用平方率檢波，獲得V^2，對(duì)應(yīng)功率值。平方率檢波，就是在小信號(hào)范圍（-70dBm~-13dBm），肖特基（schottky）二極管輸出電壓正比于輸入功率，或者說(shuō)正比于輸入電壓幅度的平方，通過(guò)輸出電壓的測(cè)量，得出功率測(cè)量值。單一通道量程范圍不夠，通常增設(shè)前端衰減器的通道并行測(cè)量，對(duì)各通道測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行智能判斷和修正，這樣可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)90dB大動(dòng)態(tài)范圍功率的準(zhǔn)確測(cè)量。

單一通道量程范圍不夠，通常增設(shè)前端衰減器的通道并行測(cè)量，對(duì)各通道測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行智能判斷和修正，這樣可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)90dB大動(dòng)態(tài)范圍功率的準(zhǔn)確量。

2.功率計(jì)探頭選型

2.1平均功率測(cè)試

平均功率的測(cè)試一般采用熱電堆智能探頭。

常見(jiàn)的型號(hào)有：R&SNRP18T（N）、R&SNRP40T（N）等

2.2峰值功率

脈沖調(diào)制信號(hào)，通常采用峰值功率探頭測(cè)試，即是寬帶二極管探頭，視頻帶寬決定其窄脈沖測(cè)試能力。

常見(jiàn)的型號(hào)有：R&SNRP-Z81、R&SNRP-Z85

2.3大動(dòng)態(tài)功率范圍測(cè)量

兼顧測(cè)試準(zhǔn)確度和測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍（-70dBm~+23dBm），采用二極管探頭。常見(jiàn)的有：R&SNRP8S（N）、R&SNRP18S（N）等。

——作者 君鑒科技/楊洋

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