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频谱仪和功率计等仪器功率测量的差异

能够测量射频信号功率的仪器很多,其中常用的通用射频仪器有以下几类:

  • 功率计

  • 频谱和信号分析仪

  • 接收机

  • 网络分析仪

  • 数字通信综测仪

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功率计

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  • 功率测量的标准仪器。

  • 热电功率探头通过热电元件(热偶、热电堆或热敏电阻)实现功率测量。

  • 二极管功率探头,利用二极管的平方律(输出电压与输入电压的平方成线性正比关系),在探头匹配阻抗已知情况下,测量获取电压的平方就相当于功率的直接测量。

  • 功率计不能区分频率,测量值对应其工作频段内的所有频率信号的总的平均功率。

  • 功率计的灵敏度不高,通常热电探头>-50dBm,二极管探头>-70dBm,在灵敏度极限小信号测量情况下,不确定度较大,需要足够多的平均次数,足够长的测量时间。

  • 所有类型功率计都可以准确测量信号的平均功率。

  • 只有二极管宽带功率探头才能测量峰值功率及其时域变化曲线。

频谱仪/接收机

  • 通过混频、滤波等器件,将指定频率的信号变频为中频IF信号,再用ADC数字化后,首先进行数字电压包络检波,其后按照设定的检波器(如峰值、RMS、平均等)进行检波运算,获得该频点分辨率带宽(RBW)内的功率值。

  • 只有单载波信号或者带宽<RBW的信号,频谱上Marker读数对应信号功率,而且要求频谱的频点间隔<RBW/4。

  v超过RBW的宽带信号,需要测试信道功率(channel power)或带内功率(band power)测试模式,检波器RMS,扫描时间足够长以获得稳定曲线,此时获得信号的平均功率。

  • 零扫宽(Zero Span)点频CW时域功率测量模式,只能准确测量带宽小于RBW的信号功率,不可测量大于RBW的宽带信号;通常选用采样值检波器,Time domain power - Peak获得峰值功率,RMS获取平均功率。

信号分析仪

  • IQ analyzer通过宽带I/Q解调分析,获取I/Q模值对应功率值。

  • IQ analyzer适用于宽带信号的功率幅度测量,获得解调带宽内的信号功率时域数据曲线。

  • 专用信号解调分析选件,直接解调分析对应信号类型,获得目标功率值。

网络分析仪

  • 网络分析仪的波量Wave quantitie获取输入信号(b)或输出信号(a)的功率。

  • 测试原理与接收机一致。

  • 网络分析仪通常需要配合USB功率探头进行功率校准。

综测仪

  • 与信号分析仪类似,直接解调标准通信信号,获得功率值。

频谱仪与功率计测量值差异分析

  当信号为纯净线性单载波CW时

  • 功率计与频谱仪测量数值基本相等,功率计准确度更高

  当信号非线性、谐波和杂散分量很大时

  • 工作带宽较大的功率计测量值,大于带宽较小的功率计

  • 功率计测量值大于频谱基波频点的Marker读数,因为功率计测量值包括多个频率分量的总功率

  宽带调制信号测试时

  • 谐波杂散较小的信号,功率计平均功率与频谱仪channel power测量数值基本相等,功率计准确度更高

  脉冲调制信号测试时

  • 谐波较小的情况下,功率计平均功率与频谱仪channel power测量数值基本相等,功率计准确度更高。

  • 当满足信号脉宽>2/VBW(功率探头)以及信号脉宽>2/RBW(频谱仪)时,宽带峰值功率探头的峰值功率读数,与频谱仪zero span时域功率的Peak值相等,均值与时域功率的RMS值相等。

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