通過(guò)式功率計(jì)的歷史

早在1952年，BIRD公司的創(chuàng)始人J. Raymond Bird發(fā)明了通過(guò)式功率計(jì)原理——Thruline®，從此，通過(guò)式功率測(cè)量法成為射頻功率測(cè)量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一直至今。通過(guò)式功率測(cè)量法的原理如下：

圖1、通過(guò)式功率測(cè)量法

通過(guò)式射頻功率計(jì)的典型代表產(chǎn)品是BIRD公司的43型，它實(shí)際上是一種信號(hào)激勵(lì)裝置，采用了一個(gè)無(wú)源的二極管射頻傳感器。在同軸線的一側(cè)裝有一個(gè)定向的，半波二極管檢測(cè)波電路，并將其接到一個(gè)已校正的表頭以讀出有效值功率。檢波電路與傳輸線通過(guò)介質(zhì)耦合，并根據(jù)置于傳輸線旁的傳感器的方向取樣出正向和反射功率。

通過(guò)式功率計(jì)的應(yīng)用

射頻功率的測(cè)量

與終端式功率計(jì)不同的是，通過(guò)式功率計(jì)真實(shí)的反映了一個(gè)發(fā)射系統(tǒng)中各個(gè)截面的正向功率和反射功率。

終端式功率計(jì)的輸入阻抗是標(biāo)準(zhǔn)的50Ω。在功率測(cè)量中，終端式功率計(jì)替代了發(fā)射機(jī)的負(fù)載，也就是說(shuō)，終端式功率計(jì)將發(fā)射機(jī)的負(fù)載理想化了。所以說(shuō)，終端式功率計(jì)所測(cè)得的結(jié)果是發(fā)射機(jī)在理想負(fù)載時(shí)的輸出功率;如果發(fā)射天饋系統(tǒng)的匹配情況良好，則這個(gè)結(jié)果可以真實(shí)反映發(fā)射系統(tǒng)的輸出情況;如果發(fā)射天饋系統(tǒng)的匹配不好(如VSWR>1.5)，則終端式功率計(jì)不能真實(shí)反映發(fā)射系統(tǒng)的情況。

而通過(guò)式功率計(jì)則不同，它實(shí)際上是在傳輸線一側(cè)放置了一個(gè)耦合探頭，與發(fā)射機(jī)的工作波長(zhǎng)相比，功率計(jì)傳感器的電長(zhǎng)度幾乎可以忽略不計(jì)。所以只要將通過(guò)式功率計(jì)置于發(fā)射系統(tǒng)的某個(gè)截面，那么得出的結(jié)果是這個(gè)截面的正向和反射功率(VSWR)。

對(duì)于無(wú)線電運(yùn)營(yíng)商和制造商，通過(guò)式功率測(cè)量法是很有意義的，見(jiàn)圖2。

圖2、典型的發(fā)射系統(tǒng)

在一個(gè)典型的發(fā)射系統(tǒng)中，將通過(guò)式功率計(jì)置于不同的截面將會(huì)得到不同的測(cè)試結(jié)果：

位置④——發(fā)射機(jī)的輸出端，可以考核發(fā)射機(jī)的輸出功率是否在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi);這是無(wú)線電設(shè)備研發(fā)和維護(hù)工程師所關(guān)心的。

位置③——天線的輸入端，可以確定發(fā)射機(jī)真正輻射到空間的信號(hào)究竟有多大;這是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工程師所關(guān)心的。

位置②——可以檢查發(fā)射系統(tǒng)在某個(gè)位置的匹配情況，這是設(shè)備維護(hù)工程師所關(guān)心的。

測(cè)量無(wú)源器件的插入損耗

用二臺(tái)功率計(jì)可以十分準(zhǔn)確的測(cè)出一個(gè)無(wú)源器件的插入損耗，其精度和網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試結(jié)果相當(dāng)(見(jiàn)圖3)。

這種測(cè)量方法的基本原理是替代法。即先將二臺(tái)功率計(jì)用一只精密的射頻轉(zhuǎn)接器(如Nf-Nf)直接連接，再用被測(cè)器件替代射頻轉(zhuǎn)接器，分別讀出4個(gè)功率讀數(shù)，從而計(jì)算出被測(cè)器件的準(zhǔn)確插入損耗值。詳情參見(jiàn)《用功率計(jì)測(cè)量插入損耗》一文(文件號(hào)：03TF-001-v1.0-AN)。

圖3、功率計(jì)法測(cè)量無(wú)源器件的插入損耗

用這種方法可以準(zhǔn)確的測(cè)出一個(gè)蜂窩基站從發(fā)射輸出到天線輸入的全部插入損耗，這對(duì)于基站的維護(hù)是有益的。雖然用網(wǎng)絡(luò)分析儀也可以單端測(cè)量長(zhǎng)電纜的插入損耗，但是網(wǎng)絡(luò)分析儀必須在同一種介質(zhì)下測(cè)量，而且要準(zhǔn)確設(shè)定電纜的相速度，否則會(huì)產(chǎn)生附加的測(cè)試誤差;而用功率計(jì)法就不需要知道這些參數(shù)，它只是把整個(gè)系統(tǒng)(包括跳線、主饋線，避雷器，定向耦合器等)一并當(dāng)作一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)待。

測(cè)量功率放大器的線性

用功率計(jì)除了可以測(cè)量放大器的功率，增益等指標(biāo)外，還可以測(cè)量放大器的線性。

在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)工程師們更關(guān)心放大器的線性指標(biāo)而不是效率指標(biāo)，這是與系統(tǒng)的工作特性有關(guān)的，尤其是在寬帶通信系統(tǒng)(如CDMA/WCDMA基站和直放站)中。

放大器的線性通常用IM3來(lái)表征，這需要用信號(hào)源和頻譜分析儀來(lái)搭建一個(gè)復(fù)雜的測(cè)試電路來(lái)完成。用通過(guò)式功率計(jì)也可以測(cè)量放大器的線性度，而且方法很簡(jiǎn)單：分別測(cè)出放大器輸入和輸出端的互補(bǔ)積累分布函數(shù)(CCDF)，這二個(gè)數(shù)值越吻合，說(shuō)明放大器的線性越好。

在用功率計(jì)法測(cè)量放大器的線性的同時(shí)，還能測(cè)量放大器的增益和輸出功率;這對(duì)于生產(chǎn)線上的快速測(cè)試十分有意義。另外放大器的線性度直接影響到發(fā)射機(jī)輸出頻譜的純凈程度，因此也是無(wú)線電系統(tǒng)工程師的關(guān)注點(diǎn)。

測(cè)量功率放大器的峰值因子(峰均功率比)

和白噪聲一樣，放大器的平均功率只是其重要參數(shù)之一。鑒于多載頻和數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性，峰值/平均值功率比是十分重要的參數(shù)。例如，8-VSB的數(shù)字調(diào)制信號(hào)的峰均功率比通常為6dB，而CDMA調(diào)制信號(hào)則可高達(dá)10dB;如此高的峰值功率可能會(huì)導(dǎo)致放大器的飽和，這將造成數(shù)字信號(hào)的誤碼，所以正確測(cè)量放大器的峰均功率比對(duì)于放大器的研制和生產(chǎn)有著重要意義。