引言：從普及的手機到完善的雷達(dá)系統(tǒng)，功率測量是任何RF或微波產(chǎn)品開發(fā)周期的基礎(chǔ)。毫不奇怪的是，除了應(yīng)用以外，調(diào)制范圍和復(fù)用方式變化也非常大。這種情況再加上以前為高端分析儀預(yù)留的功率計中提供的各種新功能，使得RF或微波功率測量系統(tǒng)的選擇比以前更加復(fù)雜。由于制造商產(chǎn)品技術(shù)資料中提供的產(chǎn)品和技術(shù)數(shù)據(jù)變化很大，因此在制訂采購決策前，評價功率傳感器的最佳途徑是進行對照比較。本應(yīng)用指南將介紹購買USB功率傳感器時要考慮的部分因素。

要考慮的基本因素
選擇USB功率傳感器涉及許多與傳統(tǒng)功率計和傳感器相同的指標(biāo)，頻率范圍、動態(tài)范圍、準(zhǔn)確度、清零和校準(zhǔn)、測量速度和觸發(fā)等因素對選型過程仍至關(guān)重要。

頻率范圍——率傳感器的頻率范圍非常廣，覆蓋從幾kHz～110GHz的頻率范圍。最常用的頻率范圍是6GHz～20GHz。由于功率傳感器是寬帶檢測器，因此它們在整個頻率范圍內(nèi)檢測輸入上所有RF功率。傳感器內(nèi)部存儲的校準(zhǔn)表會考慮傳感器的頻響變化。

動態(tài)范圍——態(tài)范圍是傳感器能夠進行實用測量的功率范圍。這個范圍取決于采用的傳感器技術(shù)類型?；诙O管的傳感器動態(tài)范圍最寬，通常在-60dBm～+20dBm或更高。寬動態(tài)范圍與快速響應(yīng)時間相結(jié)合，使二極管成為大多數(shù)應(yīng)用首選的解決方案。通過使用校正因數(shù)及使用多條二極管路徑，二極管傳感器把二極管的實用范圍擴展到平方律區(qū)域之外，實現(xiàn)寬動態(tài)范圍。在使用多條路徑時，在這些路徑之間切換使用的方法可能會影響線性度。大多數(shù)傳感器次測量一條路徑，在某個門限上切換，一般是在范圍中點周圍。這個跳變點變成潛在的不連續(xù)點或粘滯值，可能會導(dǎo)致非線性度或測量延遲。泰克功率計同時連續(xù)數(shù)字化兩條路徑，在跳變點上使用加權(quán)后的平均值。這可以在多條測量通道之間實現(xiàn)平滑連續(xù)跳變，在所有時間提供傳感器的動態(tài)范圍，而沒有不連續(xù)點。

與基于二極管的傳感器相比，基于熱敏電阻的傳感器的動態(tài)范圍有限，在-20dBm～+10dBm之間；而電熱偶傳感器的動態(tài)范圍一般則在-35dBm～+20dBm之間。

大多數(shù)功率傳感器典型的最大輸入功率是+20～+23dBm。如果超過這個值，則會損壞傳感器?？梢允褂霉β仕p器和耦合器，降低功率傳感器輸入上的最大功率，位移傳感器的動態(tài)范圍。這有助于減少可能發(fā)生的意外損壞，但使用功率衰減器會在傳感器和衰減器之間增加反射。這些反射會降低測量準(zhǔn)確度，要求正確匹配及更多的設(shè)置時間，來校準(zhǔn)VSWR不匹配。

準(zhǔn)確度——整體準(zhǔn)確度是多種誤差來源的綜合結(jié)果，一般通過以標(biāo)準(zhǔn)化方式綜合多種誤差計算得出。這些誤差來源包括：傳感器到DUT不匹配、校準(zhǔn)因數(shù)、線性度、噪聲、溫度和零偏置。盡管全面討論這些來源超出了本應(yīng)用指南的范疇，但應(yīng)該指出，這些誤差因素通常以RSS方式組合在一起。與泰克一樣，大多數(shù)制造商遵守《ISO測量不確定度表達(dá)指引》，其中全面詳細(xì)地解釋了多種不確定因素怎樣組合在一起。功率傳感器的整體準(zhǔn)確度在2%～5%之間，具體視制造商及采用的檢測技術(shù)類型而定。

清零和校準(zhǔn)——校準(zhǔn)功率傳感器時，要求把傳感器連接到外部參考源上。清零傳感器通常要求把傳感器從被測器件上斷開。清零和校準(zhǔn)要求是重要的考慮因素，因為這些要求會提高測試時間，增加費用，特別是在自動測試系統(tǒng)中，每一秒都至關(guān)重要。如果功率傳感器要求定期清零或校準(zhǔn)，那么ATE 系統(tǒng)必須設(shè)計成適應(yīng)這些程序。這通常要求結(jié)合使用昂貴的開關(guān)、手動設(shè)置程序或?qū)Ｓ密浖Ｐ?zhǔn)要求使用外部參考源，清零通常要求用戶斷開被測器件。

泰克功率計完全消除了用戶清零和校準(zhǔn)，提供了完美的測量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，縮短了測試時間，減少了連接器磨損，降低了軟件和開關(guān)硬件。泰克PSM 功率計采用已獲專利的技術(shù)，確保在整個溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性和校準(zhǔn)，在變化的環(huán)境溫度中，其準(zhǔn)確度要超過市場上任何其它傳感器。大多數(shù)其它功率傳感器要求清零，至少在某些條件下，如環(huán)境溫度變化或在測量低電平信號時。請查閱儀器用戶手冊，確認(rèn)要求清零或校準(zhǔn)的情況。

測量速度——功率傳感器一般會指定與測量速度有關(guān)的多個參數(shù)，使用的術(shù)語在不同制造商之間會變化。產(chǎn)品技術(shù)資料上經(jīng)?？吹降牟糠值湫托g(shù)語有“采樣率”、“讀取速率”、“測量速率”。采樣率是模數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)生的速率。讀取速率說明儀表可以以多快的速度把原始樣點轉(zhuǎn)換成測量數(shù)據(jù)。這些都是重要的指標(biāo)，但根本問題是：“我可以以多快的速度得到穩(wěn)定的測量數(shù)據(jù)？”傳感器的采樣率有助于確定傳感器測量脈沖特點的能力，但采樣率高并不能直表示快速穩(wěn)定的測量。讀取速率對測量速度有著更直接的影響，但它可能并不能準(zhǔn)確地反映儀器提供穩(wěn)定的功率測量的速率。穩(wěn)定的測量不僅取決于采樣率，還取決于信號噪聲、信號幅度、傳感器結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定測量要求的整合時間。例如，功率計的實時采樣率是500K樣點/秒，讀取速率約為每秒讀取2000次。即使在-40dBm時，泰克泰克PSM3000功率計仍能在大約1 毫秒內(nèi)進行穩(wěn)定測量。PSM4000和PSM5000功率計可以在大約250μs內(nèi)，在動態(tài)范圍低端獲得穩(wěn)定測量。在相同功率電平上，普通傳感器的典型穩(wěn)定時間一般在1-4秒。在評價功率傳感器的測量速度時，最好對照比較這些傳感器，而不是單純看產(chǎn)品技術(shù)資料。

觸發(fā)——對大多數(shù)基本功率測量來說，觸發(fā)并不是一種關(guān)鍵功能。但是，如果您需要在脈沖式信號的某個部分上進行測量，或想努力縮短高吞吐量ATE系統(tǒng)的測試時間，那么觸發(fā)是需要考慮的一個重要因素?；竟β蕚鞲衅饔|發(fā)通常由外部TTL 輸入組成。這可以用來把功率測量與其它儀器同步，如信號發(fā)生器、網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器或其它功率傳感器。在自動化測試應(yīng)用中，外部同步測量的能力對縮短測試時間、最大限度地提高吞吐量至關(guān)重要。功率計包括一個觸發(fā)輸入和一個觸發(fā)輸出，優(yōu)化了測試速度。這個觸發(fā)輸出可以告訴您傳感器什么時候執(zhí)行測量，并把這些信息傳送給沿線的其它儀器。

新型傳感器還提供了更加先進的功率電平觸發(fā)功能。這些傳感器可以相對于輸入RF信號實現(xiàn)測量同步。在測量脈沖式信號，進行突發(fā)測量時，這種觸發(fā)非常重要。我們將在本應(yīng)用指南“突發(fā)測量和脈沖曲線”部分進一步對此展開探討。

測量功能
為應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓β蕚鞲衅髅黠@取決于您需要測量的信號特點。但在某種程度上，您可以經(jīng)濟地測量的項目也可能會引導(dǎo)您的測試戰(zhàn)略。傳感器的測量功能包括基本平均功率測量直到您希望從矢量信號分析儀或?qū)Ｓ妹}沖分析儀中看到、但可能沒有預(yù)期從功率傳感器中看到的詳細(xì)脈沖特點。

平均功率測量
大多數(shù)功率計能夠在連續(xù)(CW)信號上提供準(zhǔn)確的平均功率測量功能。這些常見信號擁有恒定的幅度和頻率。它們相對并不復(fù)雜，大多數(shù)USB 功率傳感器都能執(zhí)行平均功率測量。圖3是連續(xù)波信號實例。所有功率計都能準(zhǔn)確地測量平均功率。盡管所有USB 功率傳感器都能測量平均功率，但有一個子集，其平均功率測量稱為“真實平均功率”或“真實RMS”。

什么是真實平均功率測量？

真實平均功率測量提供傳感器上發(fā)生的總功率，而不管輸入信號的調(diào)制帶寬是多少?？梢允褂脦в袩崃繖z測單元或在平方律區(qū)域內(nèi)使用二極管檢測器，來測量真實平均功率。熱量傳感器根據(jù)RF能量產(chǎn)生的熱量生成真實平均功率測量數(shù)據(jù)。真實平均功率二極管檢測器包括整合檢測器收到的能量使用的電容，進而獲得近似于熱量傳感器獲得的測量數(shù)據(jù)。

由于泰克泰克PSM3000功率計是真實平均功率傳感器，因此它們特別適合在寬帶調(diào)制信號上執(zhí)行測量，可以測量傳感器輸入上發(fā)生的所有RF能量，而不管功率是脈沖式的、CW、AM/FM、還是采取復(fù)合調(diào)制格式。

測量脈沖式RF 和微波信號
選擇傳感器分析脈沖式信號帶來了更廣泛的一套備選方案和某些額外的考慮因素。脈沖式信號在RF應(yīng)用中非常流行，如在雷達(dá)及采用時間復(fù)用的數(shù)字通信格式中。

在測量脈沖式信號時，用戶可能仍會關(guān)心整個信號的平均功率，但脈沖的特點變得更加重要。了解脈沖內(nèi)部包含的平均功率和峰值功率，是檢定功放及脈沖式系統(tǒng)中其它信號路徑要素的關(guān)鍵組成部分。