如何测量射频输出功率？

通过匹配电源和功率传感器的阻抗，可以测量射频输出功率

在测量射频输出功率时，您必须了解信号格式、调制类型、测试配置和测量数据要求。

KEYSIGHT P系列功率计（30 MHz 视频带宽）提供宽带峰值、峰均比、最大功率、最小功率、上升时间和下降时间测量。

首先，您应根据信号和调制格式，确定适合应用的功率传感器类型，然后再考虑需要的通道数量。 对于连续波（CW）、脉冲/平均、AM 和 FM 或无线（仅平均）调制信号格式，您可以使用热电偶传感器来测量功率。

对于功率峰值测量，必须使用具有峰值测量能力的功率计和传感器。 视频信号是独特的，其特征在于射频信号的频率以及视频带宽 (VBW)。

单通道功率计可以执行数字、可编程、峰值和平均功率测量。

双通道功率计可以测量和计算两个传感器之间的参数。 在测量射频输出功率时，功率传感器必须一端连接到产品的输出级， 另一端连接到功率计。您可以在功率计的用户界面上配置测量，并查看测量结果。 匹配电源和功率传感器的阻抗，对提高功率传输效率至关重要。

功率计和功率传感器工作原理

功率计由功率传感器和功率指示器两部分组成。功率传感器也称功率计探头，它把高频电信号通过能量转换为可以直接检测的电信号。功率指示器包括信号放大、变换和显示器。显示器直接显示功率值。功率传感器和功率指示器之间用电缆连接。为了适应不同频率、不同功率电平和不同传输线结构的需要，一台功率计要配若干个不同功能的功率计探头。

图 1. 使用功率计和功率传感器进行功率测量的基本方法

功率计和功率传感器等仪器在本质上非常适用于大功率射频测量应用。 如果操作得当，这些仪器就会非常可靠和耐用。 但是，制造商每年都会收到大量受损的功率传感器。

为什么功率计测量功率，而不是电压?

在低频或直流下，电压测量工作正常。 如果我们需要知道功率，我们可以很容易地计算出来。 功率通常可以通过确定的阻抗并测量电压和电流来测量。

然而，当频率增加到几兆赫以上时，电压和电流开始失去作用。例如，即使是无损传输线，电压和电流也会随着位置的变化而变化，而功率保持恒定。 而在波导中，电压和电流是很难定义和想象的。 那么，功率比电压或电流更容易测量和理解并且更有用。

在不同位置，电流和电压测量结果会变化 / 功率是恒定的

•在不同位置，电流和电压测量结果会变化
•功率是恒定的

随着频率的增大，电压和电流的测量变得十分困难和不切实际，因此，在高频系统中我们必须得直接测量功率。

如上图所示，三个连续波的电压相同，但是频率不同，分别为10Hz，50Hz，100MHz。绿色曲线Pi表示随时间变化的瞬时功率，红色曲线Pavg是平均功率。从图中我们可以看出，平均功率与频率无关，始终保存不变，这就告诉我们对于高频信号来说，平均功率是一个比较重要且关键的指标量。

如何求平均功率?

平均功率是信号中最低频率的许多周期内能量传输率的平均值。

平均功率

我们知道，绝大多数情况下瞬时功率变化太快，以至于在实际中变得没有太多意义，所以平均功率通常用来表征射频和微波系统的功率。

举例: 脉冲功率: 0dBm ， 占空比: 6% (脉宽 6us & 脉冲重复间隔 100us)，如何求平均功率?

平均功率=脉冲功率 x 占空比

(pulse) = 0dBm x 6%

= 10 log (1mw / 1mw) x 0.06

= -12.218dBm

包络功率和峰值包络功率

对于某些应用，我们需要检查调整效果或者瞬态调节，而不需要检查射频载波的细节。如下图所示，展示了高频调制信号的功率测量，最上面的图表示调幅信号的电压包络，下面左边的图中绿色曲线表示信号的瞬时功率，红色曲线表示信号的平均功率。

包络功率是对一段时间内的平均功率进行测量来时间，这段时间比最高调制频率的周期长，但是比载波周期短。右下角的图示中，用红色曲线表示信号的包络功率。

最大包络功率（PEP）我们称之为峰值包络功率，它是表征调制信号输出功率的一个重要参数。

附加功率效率(PAE)概述 - 与 S 参数、1 dB 压缩点和 IP3 等其他测量工作一样，附加功率效率PAE 是一种典型的功率放大器(PA) 测量操作。这些测量工作通常在集成电路 (IC) 开发阶段、故障排除、质量保证验证或生产测试期间实施。

附加功率效率PAE 是衡量功率放大器功率转换效率的一个指标。它以效率百分比的形式，说明有多少直流功率在功率放大器中转换为射频功率。理论上，输送给放大器的所有功率都将转换为输出功率。但事实并非如此，因为一定数量的直流功率会以发热的形式损失掉。射频功率放大器的 PAE 规格会因放大器的设计和类别不同而异。

大多数附加功率效率(PAE) 测试设置都会使用多台仪器来测量射频、电压和电流。例如，测量期间可能需要使用射频功率表或带二极管检测仪的数字示波器 (DSO)，以便确定射频功率，同时使用数字万用表 (DMM) 或直流功率分析仪来测量电压和电流。某些高级测试案例还使用了 Keysight网络分析仪。测试操作员需要通过远程程序检索测量数据，而不是直接在测试仪器上查看测量数据。

Keysight 8990B 峰值功率分析仪提供了另一种设置方案，允许在一台仪器上开展附加功率效率测试工作。通过此应用文章，您将了解峰值功率分析仪操作简单直接，不仅可以测量附加功率效率 (PAE)，还可以查看被测功率放大器的瞬时射频包络和直流功率。

如何进行功率CCDF测量？

刺激响应测量提供了一种简单的方法来评估RF设备的性能。当将数字调制信号输入到被测设备（DUT）时，可以将输入和输出功率CCDF图与信号分析仪进行比较，以查看原始设计是否存在任何削波。

功率统计一互补累积分布函数

许多数字调制信号在时域和频域中看起来就像噪声一样。功率互补累积分布函数(CCDF)曲线有助于表征数字调制信号的更高级功率统计。您可以使用信号发生器(信号源）的CCDF图来确定信号波形的峰均比(PAR). 如下图所示。信号波形为64 QAM，符号率为1 Msps，并使用RRC（根升余弦）基带滤波器波形。PAR为5.95 dB。如果输出幅度设置为0 dBm(平均功率)，PEP等于输出幅度加上PAR，即+5.95dBm。

　　PEP=Pout+PAR

其中，Pout是信号发生器(信号源）上的幅度设置（平均输出功率）。

来自KeysightN5182B信号发生器(信号源）波形实用程序的CCDF图

 一般我们要求信号发生器的输出店铺不能大于其最大输出功率减去均峰比，否则可能导致信号发生器内部放大器压缩。

为什么要使用功率计和功率探头来测量功率？

如图所示，因为功率计具有高精度，使用方便已经价格便宜的特点。

射频功率测量解决方案

想要准确测量输出功率，您需要匹配电源和功率传感器的阻抗。 是德科技射频功率测量解决方案结合使用了 Keysight N1911A P 系列功率计、Keysight N8482A 热电偶功率传感器和 Keysight PathWave BenchVue 功率计/传感器应用软件，可准确测量连续波（CW）和各种调制信号格式的射频功率。 它可执行实时测量，并以多种方式显示测量结果，有助于确保射频器件的性能达到高能效要求和严苛的合规性要求。