平均功率与峰值功率的区别是什么？

时间： 2024-02-24 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

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功率基础知识

功率有几种类型（參考图 1)，包括瞬时功率、平均功率、包络功率和峰值功率等。在详细了解每一种功率之前，我们首先来了解一下功率的基础知识。

功率是能量传输的速率，测量单位为瓦（W）。一瓦等于一秒钟内传输的一焦耳能量。

在直流（DC）中，功率是电压和电流的乘积。在交流（AC）中也是如此，但是对于交流而言，电压和电流的变化会导致瞬时功率发生变化。

信号发生器的输出功率是指输出的平均功率。要得到平均输出功率，我们只需要将P曲线下的面积求积分，如图2所示。

关于dB和dBm的探讨

如果没有对dB标度进行探讨，那么关于功率的讨论就不能称之为完整。dB代表分贝，用于表示对数标度的比率。将比率转换为dB可以采用下面的公式：

其中，P0是参考功率电平，P是感兴趣的功率电平。如果P0是1mW，您将得到dBm。换句话说，dBm是取1mW做基准值。

为什么要使用dB和dBm？

当我们要表达非常大或者非常小的值时，dB和dBm非常有用。例如，10,000,000,000的比率可以表示为100dB，而0.0000000001的比率则可以表示为-100dB。

使用dB的另一个优势是，它能够让您轻松计算总的系统增益或损耗。您只需对增益做加法，对损耗做减法即可。这样做非常方便，特别是当您的射频系统中有多级放大器和衰减器时。

平均功率与峰值功率的区别？

瞬时功率 (Instantaneous power - P(t))

瞬时功率P(t) 是任何给定时间信号的实际功率。在测试仪器上，它看起来就像波形的再现。捕获瞬时功率需要能够快速反应的仪器来捕获信号的快速变化。大多数功率计/传感器速度不够快，因此需要高速数字化仪或数字存储示波器(DSO)。在大多数情况下，当有人提到 “峰值”功率测量时，他们指的是峰值包络功率，而不是峰值瞬时功率。

什么是平均功率(Averagepower-Pavg)？

平均功率（Averagepower）是指一个重复周期内单位时间所输出的激光能量。是脉冲能量与脉冲重复频率的乘积。单位是瓦特（W）。

平均功率=脉冲能量*重复频率（每秒钟脉冲的个数）

“平均功率”一词通常用于射频和微波系统，与之相对的是瞬时功率。瞬时功率变化得太快，因此没有意义。平均功率是在具有最低频率分量的时间段内传递的平均能量。功率传输始终是一个正值，不像电压和电流（可以在正负值之间波动）。

需要测量平均功率，您可使用：

"EPM功率计提供了CW和平均功率测量功能。EPM-P功率计提供了峰值、均值、峰值均值比和时间选通功率测量功能。"

了解包络功率和峰值包络功率

在表征射频功率放大器时，您需要了解各种操作条件下的功耗。图3所示为高频调制信号的功率测量。

上图是调制信号的电压包络。
左下方图中的绿色部分是信号的瞬时功率，红色是平均功率。
右下方图中红色曲线的是包络功率。

什么是包络功率 (Envelope power）?

包络功率是通过对一个时间段内的功率取平均值来确定的，这个时间段比具有最高调制频率的时间段长，但比载波周期短。包络功率让您可以检查调制或瞬变条件对功耗的影响。由于电池供电的移动器件内采用了许多射频功率放大器，因此这一点尤其重要。

峰值包络功率（Peak envelope power - PEP）是最大包络功率，它是表征发射机的重要参数之一。

了解功率技术指标

谈到功率技术指标时，有几点需要注意：

输出幅度受频率范围和工作温度的影响。
通常会有选件可以满足更高的输出功率需求。
步进衰减器提供粗略的功率衰减（步长为5dB）来实现低功率电平。在衰减器的保持范围（hold range）内由ALC（自动电平控制）提供精细的功率电平调节。
“最大输出功率”用于连续波（CW）模式。一些产品资料中列出了I/Q调制的最大输出功率。

峰值功率什么意思？

峰值功率（Peak power）指电源短时间内能达到的最大功率，通常仅能维持30秒左右的时间，峰值功率其实没有什么实际意义的，因为电源一般不能在峰值输出时稳定工作。峰值功率即P.P功率，将额定输出功率中的有效值电压，换算为峰值电压得出的功率。因为峰值电压等于1.414倍有效值电压，所以峰值功率即等于2倍额定功率。

峰值功率=脉冲能量/脉宽

从图5我们可以清楚的理解平均功率和峰值功率的区別。

综上所述，高数值的峰值功率和平均功率所代表的的含义完全是两码事，我们应当按需求寻找对应的参数作参考。

如何测量峰值功率(PEP)？

平均功率计的框图（见图6），峰值功率计与平均功率计的主要差别是峰值功率计的ADC具有更宽的带宽和更高的采样率，以抓到在脉冲和复杂调制波形中的快速时域跳变。

实际上，典型的峰值功率计会通过两条测量路径测量，分别测量平均功率和峰值功率。

由于二极管检波器通常是宽带的，因此脉冲波形的快速变化包络会体现在二极管的输出波形中，通过对二极管输出电平进行转换和补偿即可得到瞬时功率。

在滤波器之后，峰值功率计的ADC以高达1G/s的速率对信号进行采样（KEYSIGHT峰值功率计），如此高的采样率用于抓二极管输出电平的时域形状，可以从中得到峰值功率、脉冲宽度、周期、上升时间和下降时间等信号特征，如图7。

请注意，普通传感器无法测量调制的峰值功率，但在某些情况下仍然可以使用它来确定突发的某些特征。例如，在图中使用的脉中信号示例中，只要知道信号的占空比，就可以确定突发平均功率。在这种情况下，PBAvg等于Pavg除以占空比，其中占空比是脉冲宽度除以脉冲重复间隔。

一些传感器将提供波岭因数，即平均功率与峰值包络功率的比率。请务必留意具有高波峰因数的信号;如果峰值功率超出传感器的测量范国，则平均功率可能不准确。即使平均功率在指定限制内，峰值功率足够高也可能损坏测试仪器。

峰值功率问题：传输分析模式的峰值功率是3.78dBm，而零扫宽模式的峰值功率是3.66dBm，这是为什么？

答案：传输分析输出功率的结果并不与根据SIG规范得出的测试结果完全一致。它是在IQ域中进行测量（而不是功率域），因而不需要视频带宽（VBW）功能。分段宽度是最重要因素。在零扫宽模式下，分段宽度=3ms/1001=3μs。在传输分析模式下，分段宽度=1/15MHz=0.066667ms。

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选型指南 - KEYSIGHT - 2018年9月25日 PDF 中文下载

示波器使用技巧——如何补偿示波器探头？

示波器探头的重要性示波器探头是示波器外部的电路器件，其作用是从被测电路中探测信号，当探头接入被测电路后，探头会成为测试电路的一部分，而探头和示波器相连接，探头又会成为示波器测量系统的一部分。所以探头的电路设计非常重要。由于探头中存在分布电容和分布电感，尤其在进行高频信号测量的时候会使信号的频率特性变差。

设计经验发布时间 : 2023-10-28

【经验】示波器实时眼图分析操作步骤

眼图是一个信号视图，其中的波形是通过数据速率触发的。本文KEYSIGHT将为你介绍示波器实时眼图分析操作步骤，供各位工程师参考及使用。

设计经验发布时间 : 2023-08-16

【产品】Keysight逻辑分析仪1686X和U4164A可弥补MSO在复杂总线调试中的局限性

本文主要介绍了关于MSO的一些知识，包括主要指标参数及相关使用，以及MSO及其数字通道的几个典型应用场景。另外，MSO当前在很多场合下依然无法取代逻辑分析仪。Keysight作为业界唯一逻辑分析仪产品供应商，目前还提供强大的1686X和U4164A逻辑分析仪。

新产品发布时间 : 2020-06-12

【产品】每秒能够执行高达100,000,000次实时波形测试的模板极限测试应用软件DSOX3MASK

DSOX3MASK模板极限测试软件有同类产品中速度最快的体系结构，更新速率高达每秒 1,000,000 个波形，使您能够在产品装运给客户之前捕捉到更多的隐蔽问题。通过模板极限测试测量应用软件，您能以高达每秒 280,000 个波形的速度测试一个已知的优质波形，并快速得到合格/不合格测试结果，从而节省宝贵的测试时间和提高测量确定度。根据特定标准测试您的信号，并找出意外的信号异常，例如毛刺信号。

新产品发布时间 : 2019-08-27

Power Meters and Power Sensors High Performance Solutions for Peak and Average Power Measurements BROCHURE

型号- U8480,PNA,E932X,L2061XA,E9326A,8483A,E4413A,U8485A,U2022XA X-SERIES,E9301H,E9301A,N8481B,N8481A,U2054XA,L2065XA,E9301B,N1912A P-SERIES,L2060 X-SERIES,V8486A,N8481H,U2050 X-SERIES,E9325A,E4416A EPM-P,N8480,E4418BEPM,E4412A,8478B,U2022XA X,N1914A,E8257DVXX,E9300H,W8486A,U2061XA,N8482B,U2042XA,U2065XA,E9300B,N8482A,L2054XA,E9300A,N432A,U2021XA,N8480 SERIES,L2062XA,8485D,U8487A,E9320 SERIES,N1913A,PM5B,N1913A EPM,U2000,E9323A,U2053XA,N8487A,N1911A P,U2000 SERIES,R8486D,L2051XA,U2050 X,E4417A EPM-P,U2004A,E8486A-200,N1912A,N8488A,N8262A P,L2050 X-SERIES,U2041XA,L2055XA,E9320,U2064XA,N1911A P-SERIES,E9322A,N8262A,U2060 X-SERIES,U2021XA X-SERIES,U2049XA,N1912A P,L2060,U8480 SERIES,U2022XA,8487D,E4417A,PNA-X,U2060,P-SERIES,N1911A,U8481A,E8486A,E-SERIES,N1913A EPM SERIES,L2060 X,U8489A,U2052XA,N19112A,L2063XA,E9321A,N8485A,E4419B EPM,V3500A,E4416A,N1914A EPM,U8488A,8486A,U20535XA,N1914A EPM SERIES,N1922A,E4417A EPM-P SERIES,U2002A,U2002H,E44117A,EPM-P,U2020 X,U2063XA,L2052XA,U2044XA,N8262A P-SERIES,U2021XA X,Q8486D,8481D,E4416A EPM-P SERIES,N8482H,U2060 X,W486A,E9304A,U2040,N1913PM5B,N1921A,U2001B,U2001A,N8486AQ,U2042,478A,U2020 X-SERIES,N8486AR,U2041,EPM-P SERIES,U2044,U2001H,U2043,L2064XA,U2051XA,U2055XA,U2049,L2050,E9327A,E4418B,X-SERIES,U2050,L2065XT,U2000B,E4418B EPM SERIES,U2000A,L2050 X,U2000H,L2053XA,U2062XA,E4418B EPM,U2043XA

商品及供应商介绍 - KEYSIGHT - October 30, 2023 PDF 英文下载

是德科技浅谈抖动测试方法

“抖动”一词是否让您感到担忧？虽然在设计中总是会出现抖动，但若是能够查明抖动的原因和源头，就能为您的系统设计和调试带来信心。本文是德科技将介绍的抖动基本概念和抖动测试方法。

技术探讨发布时间 : 2024-02-28

InfiniiVision 2000 X 系列示波器技术资料

型号- TDS2000C,INFINIIVISION 2000 X,N2791A,2000-X,DSOX2000,N2862B,DSOXGPIB,DSOX2SGM,2000X,DSOXLAN,DSOX3MEMUP,MSOX2000,1146A,N6459-60001,INFINIIVISION 3000 X,DSOXEDK,N6458A,DSOX2WAVEGEN,DSOX3WAVEGEN,DSOX2MSO,2000X-SERIES,N6456A,N2792A,10070D,N2863B,10076A,DSOX3SGM,DSOX2MASK,2000 X-SERIES,MSOX2022A,MSOX2004A,DSOX2014A,DSOX2002A,MSOX2014A,DSOX2024A,MSOX2002A,DSOX2012A,MSOX2024A,MSOX2012A,DSOX2022A,INFINIIVISION X,N2889A,N6457A,DSOX3MSO,DSOX2004A,DSOX3MASK,AGILENT 2000 X

数据手册 - KEYSIGHT PDF 中文下载

【选型】Keysight（是德科技）GPIB & USB & 仪器控制产品快速选型指南

型号- 6670,E3640,U8480,PNA,EPM,6630,PNA-X,82350C,82350B,N9320B,PNA-L,34420A,E3600,U2500A,2000X,53140,6030,N5700,U2020,E5810B,33250A,3458A,33210A,82357B,N9020A - MXA,N9030A - PXA,6680,10833X,33500B,6000,N9010A - EXA,6640,U2761A,81180B,N6700,53150,U2741A,B296XA,E444XA - PSA,U2600A,34980A,4000X,34972A,34411A,EPM-P,81160A,ENA,U270XA,10834A,E44X8C ESG,3000X,N432A,9000 H,6650,8990B,6610,90000Q,9000,N518XB MXG,6690,N9322C,34450A,U2300A,ESA,34410A,7000B,3499,53200,U2000,90000 X,90000A,E82X7D PSG,N518XA MXG,66332A,33220A,5313XA,66000,53181A,N191XA,6620,3352XA,N8700,82351B,82351A,E8863D PSG,N9000A - CXA,34970A,86100D,L4411A,34401A,E5061B,66311B,N517XB EXG,E44XXB - ESA

快速参考指南 - KEYSIGHT - 2014年12月9日 PDF 英文下载