更準、更快的智能功率探頭

王立春 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

羅德與施瓦茨技術(shù)專欄

更準、更快的智能功率探頭

王立春 羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司

編者按：隨著科技的發(fā)展，各個公司把測量芯片內(nèi)置到功率探頭內(nèi)部，這樣功率探頭就可以自己進行功率測量然后把測量結(jié)果傳輸給功率計主機，我們稱這樣的探頭為“智能功率探頭”，而功率計主機主要負責顯示數(shù)據(jù)。這樣的話，功率測量的主要誤差來源是來自于功率探頭，而非功率計主機，也就是說功率探頭本身的性能對功率測量的準確度會起到?jīng)Q定性的影響。羅德與施瓦茨（中國）科技有限公司王立春所撰《更準、更快的智能功率探頭》一文首先介紹了功率測量的基本方法，然后重點介紹了R&S公司新型功率探頭所采用的一些新技術(shù)，以及這些新技術(shù)能夠給我們帶來的好處。其中，準確度、速度、動態(tài)范圍的提升讓我們看到功率探頭在基本測量性能上的改善，而多樣的連接方式和遠程測量方案則給我們提供了更加多樣化的使用方法，可以應對更多特殊的應用場景。

在無線電測量領(lǐng)域，功率測量是一項非常重要的基本測量參數(shù)。R&S公司推出的新型功率探頭不但能夠更準、更快地進行功率測量，還能夠提供更高的動態(tài)范圍，更靈活的連接方式。針對某些需要通過網(wǎng)絡實現(xiàn)“真正”遠程測量的需求，R&S也提供了自己獨有的測量方案。

功率探頭 遠程測量 功率計

1 引言

長久以來，功率計一直是無線信號功率測量的重要工具。功率計通常由兩部分組成，即功率探頭和功率計主機。傳統(tǒng)的功率探頭主要負責把高頻無線電信號轉(zhuǎn)換成可以直接檢測的電信號，而功率計主機則負責對轉(zhuǎn)換之后的電信號進行測量并顯示。

隨著科技的發(fā)展，各個公司把測量芯片內(nèi)置到功率探頭內(nèi)部，這樣功率探頭就可以自己進行功率測量然后把測量結(jié)果傳輸給功率計主機，我們稱這樣的探頭為“智能功率探頭”，而功率計主機主要負責顯示數(shù)據(jù)。這樣的話，功率測量的主要誤差來源是來自于功率探頭，而非功率計主機，也就是說功率探頭本身的性能對功率測量的準確度會起到?jīng)Q定性的影響。本文將對R&S推出的新型功率探頭的性能指標以及使用方式進行介紹。

2 新型智能功率探頭NRPxxS/SN系列簡介

羅德與施瓦茨公司以其在無線電測試與測量領(lǐng)域80余年的領(lǐng)先經(jīng)驗和創(chuàng)新技術(shù)，推出了新型的智能功率探頭NRPxxS和NRPxxSN系列，其中“S”代表智能化，“N”則代表支持網(wǎng)絡連接。該系列功率探頭不但能夠提供更準、更快的功率測量，還能夠提供更大的動態(tài)范圍以及更靈活的遠程測量方式。

目前，市場上有各種不同類型的功率探頭，其中主要有熱敏電阻型、熱電偶型、檢波二極管型等。其中，二極管功率探頭由于其具有速度快、動態(tài)范圍大的優(yōu)勢，因而在通用功率測試領(lǐng)域得到了廣泛應用。本文將要介紹的R&S新型功率探頭NRPxxS/SN系列功率探頭就屬于二極管功率探頭。

2.1 更準、更快的功率測量

R&S新型功率探頭NRPxxS/SN系列與老款探頭相比，將功率測量的下限由-67dBm擴展到了-70dBm，這樣做的好處不僅僅是能夠測量更微弱的信號，還在于針對小信號測量能夠有效地提高測量速度。

在功率測量中，針對小信號測量，理論上增大平均次數(shù)可以有效地降低噪聲的影響，能夠保證得到更準確穩(wěn)定的測量結(jié)果。而增大平均次數(shù)無疑會導致測量速度變慢，所以新型功率探頭設計了更低的噪底以提高測量速度。理論上，當功率探頭噪底降低50%（即降低3dB）的時候，平均次數(shù)要變?yōu)樵械?倍才能夠達到同樣的測量準確度。

圖1中可以看到，針對-60dBm這樣的小信號，新型功率探頭想要達到0.1dB的測量準確度的話，打開16次平均即可達到。如果是R&S的老款功率探頭的話，需要64次平均才可以達到0.1dB的測量準確度。

2.2 更高的動態(tài)范圍

R&S新型功率探頭NRPxxS/SN系列巧妙地采用了3通道的測量方式來提高動態(tài)范圍。3個測量通道能夠提供高達93dB的動態(tài)范圍，低至-70dBm的測量下限。這種多通道功率探頭，傳統(tǒng)的測量方式是針對不同功率大小的信號，功率探頭采用不同的通道去進行測量，當被測信號功率有大幅度改變的時候，通道之間采用直接切換的方式，將測量通道換成下一個通道。這樣的方法可以有效地擴展動態(tài)范圍，但是會產(chǎn)生額外的問題，例如滯后效應、不同通道的線性度不一致等。

針對傳統(tǒng)多通道測量帶來的一些問題，R&S新型功率探頭采用同時測量的方式來避免這些問題。新型功率探頭在測量開啟的時候，3個通道之中的一個通道將會是主要測量通道，但同時所有的通道都會進行連續(xù)測量，最終每個通道貢獻不同的權(quán)重系數(shù)進行合并從而得到總的測量結(jié)果，這樣可以保證在不同通道之間的平滑過渡，不會出現(xiàn)通道之間硬切換帶來的種種問題。圖2顯示了新型功率探頭的3通道結(jié)果以及每個通道主要匹配的功率范圍。

2.3 更靈活的連接方式

圖1 新型功率探頭針對-60dBm信號的測量結(jié)果

圖2 R&S新型功率探頭3通道結(jié)構(gòu)示意圖

目前的功率探頭可以將測量芯片內(nèi)置到功率探頭內(nèi)部，也就是說功率探頭本身就可以完成主要的測量。在傳統(tǒng)功率測量方案中，功率計主機只是起到了顯示和控制作用。針對這種狀況，為了能夠更方便地對測量功率進行顯示，R&S提供多種連接顯示方式。除了功率計主機，R&S公司的信號源、頻譜儀、網(wǎng)絡分析儀都可以用來當做顯示主機。甚至可以利用電腦來當做功率計主機，這樣可以幫助用戶簡化測試方案。圖3為新型功率探頭的連接方式示意圖。

2.4 實現(xiàn)真正的遠程測量

功率探頭有一種應用場景就是遠程功率監(jiān)測，針對遠程功率監(jiān)測，傳統(tǒng)的方式都會受限于探頭與主機之間的連接線的長度。為此，R&S獨創(chuàng)性地推出NRPxxSN系列功率探頭，其中“N”代表該功率探頭支持網(wǎng)絡（Network）連接方式。典型的連接方式是利用網(wǎng)線將功率探頭連接到PoE（PoweroverEthernet）路由器上，這樣就可以通過PoE路由器訪問并設置功率探頭了。PoE路由器與傳統(tǒng)的路由器相比，增加了一個通過網(wǎng)絡接口供電的功能，所以功率探頭的控制和供電都是通過網(wǎng)線來實現(xiàn)的。

圖3 R&S新型功率探頭連接方式示意圖

功率探頭利用PoE路由器連接至網(wǎng)絡之后，可以利用聯(lián)網(wǎng)的電腦來對功率探頭進行控制，并讀取測量結(jié)果。所有針對探頭的控制都可以在網(wǎng)頁瀏覽器中實現(xiàn)，無需安裝額外的控制軟件。圖4所示為NRPxxSN系列功率探頭的遠程連接示意圖。

3 結(jié)束語

本文首先介紹了功率測量的基本方法，然后重點介紹了R&S公司新型功率探頭所采用的一些新技術(shù)，以及這些新技術(shù)能夠給我們帶來的好處。其中，準確度、速度、動態(tài)范圍的提升讓我們看到功率探頭在基本測量性能上的改善，而多樣的連接方式和遠程測量方案則給我們提供了更加多樣化的使用方法，可以應對更多特殊的應用場景。

圖4 NRPxxSN系列功率探頭的遠程連接示意圖

羅德與施瓦茨參加“2015國防無線電&電學計量與測試學術(shù)交流會”

近日，由國家國防科技工業(yè)局科技與質(zhì)量司指導，國防科技工業(yè)第二計量測試研究中心、中國空間技術(shù)研究院西安分院、中國宇航學會計量與測試專業(yè)委員會、URSI中國國家委員會電磁計量專業(yè)委員會、計量與校準技術(shù)重點實驗室、《宇航計測技術(shù)》編輯部主辦，國防科技工業(yè)第二計量測試研究中心和中國空間技術(shù)研究院西安分院聯(lián)合承辦的“2015國防無線電&電學計量與測試學術(shù)交流會”在陜西省西安市順利召開。

R&S公司在無線電分會場做了題為“新一代矢量信號源SMW200A的特點及應用”的報告，介紹了第三代矢量信號源SMW200A的多通道、多基帶、多輸入、多輸出的特點，以及優(yōu)異的指標，同時討論了SMW200A在雷達、電磁環(huán)境模擬、通信等典型國防應用中的獨特功能。介紹得到了多名專家的好評，也得到了分會場的工程師的廣泛關(guān)注。