一、引言

隨著通信、廣播電視行業(yè)的飛速發(fā)展，對射頻中功率的準確測量的要求越來越高，尤其是對發(fā)射機測試，基本都是要求在現(xiàn)場測試。對射頻中功率測試的最簡單的方法是采用功率計法，但測量不確定度只能達到8%~ 10% ，有時無法滿足要求。為此，我們采用大功率衰減器和小功率計組合完成射頻中功率的測量，測量不確定度達到了5% ，能夠滿足目前多數(shù)射頻中功率測量的要求。

二、方案選擇

我們選擇Weinschel Crop.的大功率衰減器40-40-43和R/S公司的功率計NRVS組成這套測量系統(tǒng)。大功率衰減器40-40-43是一個40dB、最大連續(xù)波輸入150W，工作頻率范圍DC~ 1.5GHz的固定衰減器，功率計NRVS的測量范圍是10MHz~ 18GHz、1nW~20mW.整個裝置設計的測量范圍為頻率:10MHz~ 1GHz、功率： <50W.

1.測量原理

該方法測量的原理如圖1所示。

圖中：

PS為小功率座吸收的凈功率;

PL為大功率衰減器輸入端吸收的凈功率;

PG0為被測信號源連接無反射負載時的輸出功率;

ΓS為小功率座輸入端的反射系數(shù);

ΓL為衰減器輸入端的反射系數(shù);

ΓG為被測信號源輸出端的反射系數(shù)。

將衰減器作為二端口網(wǎng)絡，可得到被測信號的無反射負載輸出功率PG0表示式如下：

式中S11、S12、S21、S22是衰減器的四個散射參數(shù)。

根據(jù)衰減的定義可知：

上式中失配項用M表示，即

式( 4)改寫

為設PbS為小功率計的直流(或音頻)替代功率， K為小功率座的校準因子。則凈功率PS可用下式表示：

可見，已知衰減器的衰減量A′和小功率座的校準因子K ，就可由替代功率PbS求得功率PG0，

2.測量方案

本測量系統(tǒng)中的衰減器和功率計定標值如表1、表2所示，其中UA′M是衰減器定標值的擴展不確定度，UK是功率座校準因子定標值的擴展不確定度。

3.不確定度分析

考慮到衰減器的衰減量會隨輸入功率的變化而變化，用衰減基準對其定標時，是在小功率信號輸入時進行測量的，而在實際測量中輸入的是大功率信號，因此必須考慮它給測量結(jié)果帶來的不確定度。

Weinschel公司給出了大功率衰減器40-40-43在使用時功率對衰減量值的影響關(guān)系，如下式所示：

ΔA<0.0001A·P ( dB) ( 8)

式中ΔA是衰減器的衰減變化量： A是衰減器的衰減量： P衰減器的輸入功率的大小，由公式計算可得，在40dB，50W的使用情況下，衰減變化量小于0.2dB.

考慮到廠家給出的衰減量變化比較保守，同時衰減量變化隨著通過功率的增大而增大，我們對衰減器在常溫下和長時間通過50W功率信號后的衰減量分別進行了測量。

表3是應用網(wǎng)絡分析儀測量在常溫下和通過50W功率后衰減器的衰減值。表中UA′T是由于50W輸入功率引起的A′標準不確定度，假定其服從均勻分布。

由前面分析可得， PG0測量不確定度用式(7)計算式中：

uP為PG0測量結(jié)果的標準不確定度;UA′M為高功率衰減器定標值的標準不確定度; UA′T為高功率衰減器測量大功率信號時衰減變化的標準不確定度;uS為PS測量值的標準不確定度; uM為系統(tǒng)失配的標準不確定度。

對于NRVS小功率計，其PS測量值的標準不確定度由式( 10)表示，具體數(shù)值見表2.

式中： uPbs為小功率座直流替代功率的標準不確定度，對NRVS小功率計<0.3%; uK為小功率座校準因子的標準不確定度。

衰減器的標準不確定度包括兩部分，一部分是衰減器在常溫下的標準不確定度，見表1中所示;另一部分是在進行大功率測量時，衰減器由于輸入大功率信號后溫度上升引起的衰減量的不確定度，這部分數(shù)據(jù)見表3中所示。

失配引起的不確定度由式(11)計算

式中：ΓG = 0.3為被測信號反射系數(shù); ΓS = 0.02為小功率座輸入端的反射系數(shù); S11<0. 0050為輸入反射系數(shù); S12 ≈0.01為反向傳輸系數(shù); S21 ≈0.01為正向傳輸系數(shù); S22<0.005為輸出反射系數(shù)。

按式(11)計算可得： UM <0. 32%對于UA′M ，由于(k= 2) ，則uA′M =UA′M/ 2.詳細數(shù)據(jù)見表1.對于US ，由于(k= 2) ，則uS = US / 2.詳細數(shù)據(jù)見表2.對于uA′T，詳細數(shù)據(jù)見表3.對于UM ，由于( k= √2) ，則uM = UM / 2.

按式( 9)計算，可得功率測量的標準不確定度up見表4所示。取k= 2，置信水準95%，其擴展不確定度UP見表4所示。

三、結(jié)論

經(jīng)測量和不確定度分析，該裝置測量不確定度小于5%.是一種比較好的解決射頻中功率量值準確測量的方法。