微波信号功率的测量演示文稿

微波信号功率的测量演示文稿现在是1页\一共有45页\编辑于星期三优选微波信号功率的测量现在是2页\一共有45页\编辑于星期三7.1功率测量概述主要内容：功率的定义和单位功率方程微波功率测量的一般电路现在是3页\一共有45页\编辑于星期三一、功率的基本定义:现在是4页\一共有45页\编辑于星期三1.平均功率：信号在一个周期内能量变化的平均速率。瞬时信号的平均功率由下式给出：

通常功率定义为在所包含最低频率的多个周期上，单位时间所传输能量的平均值。

现在是5页\一共有45页\编辑于星期三AveragePowertimeAverageoverseveralmodulationcyclesAverageovermanypulserepetitions现在是6页\一共有45页\编辑于星期三

如果被测信号的电压和电流是连续的正弦波（CW），那么其平均功率的表达式为：

P=V×I×cosθ式中，P为平均功率；V为电压的均方值；I为电流的均方值；θ为电压与电流的相位差。在实际测量中，用于接受功率的功率传感器表现为一个纯电阻负载，所以上述公式变为：

P=V2/R或P=I2×R1.平均功率：现在是7页\一共有45页\编辑于星期三

另外，也可将功率传感器设计成“均方值”响应传感器。如果一个被测信号包含有很多频谱分量，那么该传感器将对所有频谱分量给出如下响应：

P=(V12+V22+…+Vn2)/R

该式表明响应的总功率是多个正弦信号功率分量之和，这些谱分量可能是某种信号的调制边带、谐波或其他一些频率分量。1.平均功率：现在是8页\一共有45页\编辑于星期三2.脉冲功率在脉冲持续时间内取平均功率，其表达式：3.峰值功率：指在载频周期内，占有脉冲功率包络线最大值处的微波功率的平均值。峰值功率PPP可直接测量，或根据平均功率Pav、占空系数Q和脉冲波形系数K用下式计算确定：

Ppp=PavT/τ现在是9页\一共有45页\编辑于星期三TypesofPowerMeasurementsAveragePower

PulsePower

PeakEnvelopePower

CWRFsignalPulsedRFsignalGaussianpulsesignal现在是10页\一共有45页\编辑于星期三一个更为方便的单位是dBm──它是相对于1mW，以dB为单位的功率级。因此0dBm是1mW。例如+36dBm是多少？让我们由0dBm开始，我们已经知道它是1mW。+30dBm将是1mW*10*10*10，即1W。+6dBm是1W*2*2，因此最后结果是4W。-23dBm是多少？使用同样方法从1mW开始，-20dBm是10μW。-3dBm将减半，因此最后结果是5μW二、功率的单位：瓦现在是11页\一共有45页\编辑于星期三我们通常在SI单位制中规定功率单位为W。这是一种绝对测量。有时以比率说明功率更为方便。特别是涉及比较2个功率级的增益或损耗时。这是用分贝（dB）表示的相对功率概念。用分贝单位表示增益或损耗有二个优点──它是容易表示大数（或小数）的计数法。此外，几级级联网的总效应可以用相加dB单位的简单方法代替线性值相乘。二、功率的单位：瓦现在是12页\一共有45页\编辑于星期三

在功率测量中，功率常常被定义为一种在系统或系统元件之间传递的能量之比。两种主要的功率测量类型：一种是传送功率测量，即功率计或测量技术用于确定从信号源到负载的传送功率；另一种是接受功率测量即功率计或测量技术用于接收并测量被测信号功率。三、微波功率测量的一般电路现在是13页\一共有45页\编辑于星期三接收变换器测量装置读数装置P接收变换器测量装置读数装置P至负载终端式(吸收式）功率计的结构图通过式功率计的结构图现在是14页\一共有45页\编辑于星期三

四.功率方程

功率方程是功率测量线路中正确分析待测功率值的基础。如图表示了信号源和负载之间的功率传输关系。信号源负载ΓgΓLbabg现在是15页\一共有45页\编辑于星期三

bg代表信号源能向无反射负载提供的信号波幅；入射到负载的入射波a为：入射波功率Pin为：现在是16页\一共有45页\编辑于星期三同理，负载反射的功率Pr为：因此，信号源传输到任意负载上的净功率为：现在是17页\一共有45页\编辑于星期三

当ΓL=Γg*时（共轭匹配），此时信号源传输到负载上的功率最大，PA称为资用功率，它表明信号源可能输出的最大功率。上式即为功率关系式。现在是18页\一共有45页\编辑于星期三7.2微波功率计测量原理7.2.1测辐射热式功率计利用某些温度敏感元件的电阻随所加的高频功率或电压、电流的大小而变化的效应，可构成功率计。基本原理：测辐射热式功率计主要由指示器(一般为电桥)和测辐射热器传感器组成。测辐射热器传感器是对温度极其敏感的电阻器件。当它吸收功率以后，温度便会升高，随之它的电阻也发生相应变化，使用电桥电路，可以检测出电阻的变化，从而可确定它所吸收的功率。现在是19页\一共有45页\编辑于星期三7.2.1测辐射热式功率计EPrfV现在是20页\一共有45页\编辑于星期三一.测热电阻元件

1.镇流电阻现在是21页\一共有45页\编辑于星期三2.热敏电阻现在是22页\一共有45页\编辑于星期三3.薄膜电阻现在是23页\一共有45页\编辑于星期三电桥法测量微波小功率原理平衡式电桥平衡式电桥的基本电路如图所示：现在是24页\一共有45页\编辑于星期三

假设高频功率与直流（或低频）功率对测热电阻有同样发热效果，则被测功率Pin应等于先后两次平衡时Rb所吸收的直流功率之差，即因为两次平衡时Rb均等于R，于是现在是25页\一共有45页\编辑于星期三2.

自平衡电桥现在是26页\一共有45页\编辑于星期三3.直流温度补偿双自平衡电桥原理现在是27页\一共有45页\编辑于星期三7.2.2热电偶式功率计两个优点：1）高灵敏度；2）平方律的特性现在是28页\一共有45页\编辑于星期三TheprinciplesbehindthethermocoupleVhHotjunctionMetal1Metal2-+V1-+V2-+12hV=V+V-V0V0现在是29页\一共有45页\编辑于星期三席贝克效应（或热电效应）：当两种不同金属的节点的温度被加热到高于其余两个自由端的温度时，在两个自由端之间便会出现直流电势，其大小与冷热端的温差成正比。现在是30页\一共有45页\编辑于星期三铋一锑薄膜式热偶

现在是31页\一共有45页\编辑于星期三热电偶现在是32页\一共有45页\编辑于星期三7.2.3微波晶体二极管式功率计晶体管检波的原理一般金属—半导体结二极管的伏安特性为其中Is为反响饱和电流；q为电子电荷；k为波尔兹曼常数；T为热力学温度。现在是33页\一共有45页\编辑于星期三VsCbRmatchingRsVo+-[watts]SquareLawRegionofDiodeSensor0.01mW-70dBmVO(log)LinearRegion0.1nW-20dBmVoµPINPIN现在是34页\一共有45页\编辑于星期三现在是35页\一共有45页\编辑于星期三改进的功率传感器更宽的动态范围现在是36页\一共有45页\编辑于星期三量热计法测量微波小功率借测量微波功率在负载中消耗时所产生的热量来测量微波功率，是一种最基本、最古老的方法。工作方式：静止式媒质是固体，液体或气体流动式媒质是水或油功率传感元件：干负载小、中、大功率测量流体负载中、大功率测量现在是37页\一共有45页\编辑于星期三由热力学原理，该系统的热平衡方程为：C1θ1PGC2,θ2设C1>>C2，则两者之间的温差θ为：现在是38页\一共有45页\编辑于星期三式中τ=C1/G，热时间常数；θs=P/G，稳态温差。可见，θ=θs（t→∞）~P。现在是39页\一共有45页\编辑于星期三7.3微波大、中功率测量扩展小功率计量程法（1）衰减器法信号源衰减器功率座指示器PAPLPsAΓLΓgΓs

假定系统处于匹配状态，即Γs=ΓL=Γg=0，A准确已知，则现在是40页\一共有45页\编辑于星期三（2）定向耦合器法

现在是41页\一共有45页\编辑于星期三2.流体量热计法现在是42页\一共有45页\编辑于星期三

一、测量射频脉冲重复周期内的平均功率法设脉冲为矩形，宽度为τ，重复周期为T（=1/f）。用连续波功率计测出脉冲的平均功率Pav，有

Pav=τPpp/T

Ppp=Pav