為 WiMAX 或 WLAN 猝發(fā)脈沖功率測量選擇恰當(dāng)?shù)墓β视嫼蛡鞲衅?/h1>
WiMAX或WLAN 猝發(fā)信號的平均功率測量是表征無線通信器件(例如芯片組、PC卡、放大器模塊或手機(jī))的一個基本參數(shù)。器件制造商在選擇恰當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://cafeforensic.com/news/listbylabel/label/功率測量">功率測量工具方面遇到越來越多的困難。他們需要對寬帶WiMAX和WLAN信號進(jìn)行快速而精確的功率測量,還要具備只針對發(fā)射的猝發(fā)脈沖進(jìn)行測量的能力。 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“時間選通平均功率測量”或簡稱“猝發(fā)功率”),它可對信號執(zhí)行快速采樣以捕獲其功率包絡(luò)。用戶可在猝發(fā)脈沖信號附近設(shè)置兩個游標(biāo)來定義“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。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201809/388944.htm隨著采用先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)和超快速電子元器件的USB功率傳感器的出現(xiàn),用戶可以更快速度和更低成本來進(jìn)行精確的猝發(fā)脈沖平均功率測量,并且不會影響測量精度。使用時間選通功能,您可以定義選通的起點和長度(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(dāng)?shù)墓β视?,獲得精確可靠的測量結(jié)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重要參數(shù)。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:輸入功率由于非線性二極管特征而受到壓縮
當(dāng)二極管傳感器檢測到射頻功率包絡(luò)時,要對其進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換。圖1中,紅色波形代表實際功率包絡(luò)(雙音射頻信號),藍(lán)色波形代表在二極管輸出端檢測到的信號,綠色曲線是二極管檢波器的傳遞函數(shù)。我們可以看到,盡管每個電壓點都可通過互補(bǔ)反函數(shù)反向轉(zhuǎn)換來代表功率,但這對平均功率并不適用。上圖中的調(diào)出功能可以說明這一點。穩(wěn)定在平均電平是對帶寬降低的傳感器的一種限制,這將導(dǎo)致錯誤。為了保持精度,檢波器的每個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,所以無法計算平均值。
換句話說就是,視頻帶寬在進(jìn)行線性校正之前對電壓波形進(jìn)行了‘預(yù)平均’,導(dǎo)致平均功率和峰值功率的整體功率測量結(jié)果偏低 (參見圖 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(zhǔn)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(qū)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,就不會出現(xiàn)視頻帶寬濾波器對功率樣本進(jìn)行‘預(yù)平均’的情況。盡管由于二極管在線性區(qū)域的非線性行為,電壓波形的頂端部分會受到壓縮,但經(jīng)過濾波器后的電壓波形中仍可保留峰值和谷值等信號細(xì)節(jié)。每個電壓樣本再進(jìn)行線性校正,“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
近年來隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)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(fù)和快速的功率測量。獨(dú)立式傳感器無需使用功率計,即可執(zhí)行功率至電壓的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、溫度校正、功率線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(jié)構(gòu),不僅能夠執(zhí)行真實的平均功率測量,還能夠使用時間選通功能精確測量猝發(fā)脈沖平均功率――用戶可在猝發(fā)脈沖信號附近設(shè)置一對選通,然后測量選通內(nèi)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(jié)構(gòu)能夠完全在平方律區(qū)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由于二極管的非線性而受到壓縮。因此 U2000 系列能夠?qū)⑩Оl(fā)脈沖功率按比例轉(zhuǎn)化成電壓波形,電壓波形再通過傳感器的 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(gòu)成猝發(fā)脈沖信號在時域中的峰值和谷值的高頻分量。不過,平均功率將會保持不變,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(jié)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/時間曲線圖示例。30MHz寬帶寬傳感器保留了OFDM信號的細(xì)節(jié),包括詳細(xì)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(shè)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(shè)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(shè)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(dá) -10dBm的良好精度,它的二極管平方律區(qū)域可達(dá)到-10dBm。在-10dBm以上時,由于它的視頻帶寬有限,以及二極管在高功率電平時的非線性,測量結(jié)果開始出現(xiàn)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(jié)構(gòu)和完全工作在平方律區(qū)域的特性,所以還是能夠?qū)拵?WiMAX信號執(zhí)行精確的測量。U2000傳感器還具有一些其他優(yōu)點,例如更快的測量速度和更經(jīng)濟(jì)的價格。表1對P系列功 率計和U2000系列USB功率傳感器執(zhí)行猝發(fā)脈沖功率測量的結(jié)果進(jìn)行了比較。
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“時間選通平均功率測量”或簡稱“猝發(fā)功率”),它可對信號執(zhí)行快速采樣以捕獲其功率包絡(luò)。用戶可在猝發(fā)脈沖信號附近設(shè)置兩個游標(biāo)來定義“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。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/201809/388944.htm隨著采用先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)和超快速電子元器件的USB功率傳感器的出現(xiàn),用戶可以更快速度和更低成本來進(jìn)行精確的猝發(fā)脈沖平均功率測量,并且不會影響測量精度。使用時間選通功能,您可以定義選通的起點和長度(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(dāng)?shù)墓β视?,獲得精確可靠的測量結(jié)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重要參數(shù)。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:輸入功率由于非線性二極管特征而受到壓縮
當(dāng)二極管傳感器檢測到射頻功率包絡(luò)時,要對其進(jìn)行非線性轉(zhuǎn)換。圖1中,紅色波形代表實際功率包絡(luò)(雙音射頻信號),藍(lán)色波形代表在二極管輸出端檢測到的信號,綠色曲線是二極管檢波器的傳遞函數(shù)。我們可以看到,盡管每個電壓點都可通過互補(bǔ)反函數(shù)反向轉(zhuǎn)換來代表功率,但這對平均功率并不適用。上圖中的調(diào)出功能可以說明這一點。穩(wěn)定在平均電平是對帶寬降低的傳感器的一種限制,這將導(dǎo)致錯誤。為了保持精度,檢波器的每個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,所以無法計算平均值。
換句話說就是,視頻帶寬在進(jìn)行線性校正之前對電壓波形進(jìn)行了‘預(yù)平均’,導(dǎo)致平均功率和峰值功率的整體功率測量結(jié)果偏低 (參見圖 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(zhǔn)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(qū)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,就不會出現(xiàn)視頻帶寬濾波器對功率樣本進(jìn)行‘預(yù)平均’的情況。盡管由于二極管在線性區(qū)域的非線性行為,電壓波形的頂端部分會受到壓縮,但經(jīng)過濾波器后的電壓波形中仍可保留峰值和谷值等信號細(xì)節(jié)。每個電壓樣本再進(jìn)行線性校正,“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
近年來隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)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(fù)和快速的功率測量。獨(dú)立式傳感器無需使用功率計,即可執(zhí)行功率至電壓的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、溫度校正、功率線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(jié)構(gòu),不僅能夠執(zhí)行真實的平均功率測量,還能夠使用時間選通功能精確測量猝發(fā)脈沖平均功率――用戶可在猝發(fā)脈沖信號附近設(shè)置一對選通,然后測量選通內(nèi)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(jié)構(gòu)能夠完全在平方律區(qū)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由于二極管的非線性而受到壓縮。因此 U2000 系列能夠?qū)⑩Оl(fā)脈沖功率按比例轉(zhuǎn)化成電壓波形,電壓波形再通過傳感器的 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(gòu)成猝發(fā)脈沖信號在時域中的峰值和谷值的高頻分量。不過,平均功率將會保持不變,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(jié)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/時間曲線圖示例。30MHz寬帶寬傳感器保留了OFDM信號的細(xì)節(jié),包括詳細(xì)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(shè)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(shè)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(shè)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(dá) -10dBm的良好精度,它的二極管平方律區(qū)域可達(dá)到-10dBm。在-10dBm以上時,由于它的視頻帶寬有限,以及二極管在高功率電平時的非線性,測量結(jié)果開始出現(xiàn)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(jié)構(gòu)和完全工作在平方律區(qū)域的特性,所以還是能夠?qū)拵?WiMAX信號執(zhí)行精確的測量。U2000傳感器還具有一些其他優(yōu)點,例如更快的測量速度和更經(jīng)濟(jì)的價格。表1對P系列功 率計和U2000系列USB功率傳感器執(zhí)行猝發(fā)脈沖功率測量的結(jié)果進(jìn)行了比較。
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