发射功率的测量方法

发射功率是无线电发射设备的主要技术指标，也是无线电管理部门需要检测的技术指标之一。本文主要介绍几种发射功率的测量方法。 
功率测量的基本知识 
1.1 功率测量的理论分析 
在直流和低频时，电压的测量是简单和直接的。功率可以直接通过计算获得，P=V*I，由欧姆定律可知V=I*R，通过代换V或I，可得P=V*I =I2R= V2/R，只要知道V、I、R中任两个变量的值就可计算出功率值。 
但在高频时，根据传输线原理可知，电压和电流可能随传输线的位置改变，如图1所示。 



但功率是不变的，因此在射频和微波频率，大多数应用都采用直接功率测量，因为电压和电流测量已变得不现实。 
1.2 功率单位 
功率的国际标准单位是瓦特（W），但在无线电通信领域，我们常用的单位是分贝毫瓦dBm 。定义如下: 
PdBm=10Lg（P/P0） 
式中，P是以毫瓦为单位的功率值;P0为1 mW的参考功率。 
由上式可知:0 dBm是1 mW。根据对数基本性质，可得到一个简单导则是每3 dBm功率加倍，每-3 dBm功率减半。每10 dBm为10倍，每-10 dBm为1/10。例如+29 dBm是多少？29 dBm＝（10+10+3+3+3）dBm＝（10*10*2*2*2）mW=800mW，因此结果是800 mW。 
1.3 功率的几种常用基本形式 
平均功率是指在正常工作情况下，发信机在调制中以与所遇到的最低频率周期相比的足够长的时间间隔内，供给天线馈线的平均功率。对于脉冲调制信号，则要在若干脉动重复上平均信号。在所有功率测量中，平均功率是最常进行的测量。峰功率是指最大瞬时功率。平均功率和峰功率的关系，如图2所示。 



对于射频脉冲信号，如果知道信号的占空比，就可从测量得到的平均功率按下列公式确定峰功率。 
Ppeak = Pavg/占空比 
发射功率的测量方法 
目前我站配备的测量功率的仪器有德国R&S公司的CMS54综测仪、FSP30频谱分析仪、NRT功率计。下面分别介绍用这三种仪器测量功率的方法。 
2.1 CMS54综合测试仪测量发射功率 
      无线电综合测试仪CMS54含射频信号源、调制信号源、频率计、功率计、电压表、信纳比表、邻频功率测量等，其测量的功率范围为5 mW到50 W，频率范围为400 kHz到1 MHz。使用CMS54综合测试仪测量发射设备输出功率方法步骤如下: 
（1）测试线路连接如图3所示。 



（2）打开CMS电源，待CMS进入稳定的测试界面，按TX-TEST软键，进入发射测试界面。 
（3）开启被测发射设备（已知发射功率小于50W），这时即可读出其发射功率。如果知道被测发射设备的发射频率，可以按SET RF软键，通过键盘设置响应频率，然后再开启被测发射设备，读出发射功率。 
2.2 FSP30频谱分析仪测量发射功率 
FSP30频谱分析仪射频输入最大的功率是1W，当发射设备输出功率大于1W时，在FSP30频谱分析仪前加一衰减器，以免烧毁频谱仪。测试方法步骤如下: 
（1）测试线路连接如图4所示。 



（2）将FSP30频谱分析仪的输入衰减器（ATT）设置为最大，然后开启被测发射设备。 
（3）将被测信号中心频率置于频谱分析仪显示的中心，恰当设置SPAN、RBW和VBW值，这几个值设置的一般建议是:SPAN必须至少覆盖被测量信号的带宽；RBW设置信道带宽的1%和4%之间;VBW至少是RBW的三倍。 
（4）调整频谱分析仪输入衰减器（ATT）和参考电平（REF LEVEL），使信号接近显示的顶部。 
（5）设置检波器工作方式为均方根检波器。步骤如下:按TRACE键，使用上下键选择DETECTOR项，按相应软键确定，再用上下键选择DETECTOR RMS项。 
（6）测量信号的占用带宽。步骤如下:按MEAS键，用上下方向键选择OCCUPIED BANDWIDTH，按相应软键确定;设置99%的POWER BANDWIDTH;打开OCCUP BW功能;屏幕就会显示信号的占用带宽。 
（7）测量信号的功率值。步骤如下:按MEAS键，用上下方向键选择CHAN PWR ACP项，按相应软键确定;用上下键选择CP/ACP CONFIG，设置信号的占用带宽（CHANNEL BANDWIDTH）;开启CP/ACP 功能，此时屏幕就显示在该占用带宽下的信号功率。 
2.3 使用NRT功率计测量发射设备输出功率 
      NRT功率计支持测量平均功率、峰值功率（PEP）、峰值/平均值之比、互补累积分布函数（CCDF）、驻波比、反射系数、反射功率等参数。支持GSM/EDGE、CDMA（IS-95）、WCDMA等各种数字通信系统的功率测量。用NRT功率计测量功率时，要与功率传感器配合使用，不同的传感器测试范围不同。NRT-Z44功率传感器的测量范围是0.003W到120W（平均功率）或300W（峰值功率），频率范围为200 MHz到4 GHz。NAP-Z5功率传感器的测量范围是0.1W到350W，频率范围为25 MHz到1 GHz。现介绍用NRT功率计和NRT-Z44传感器测量发射功率，方法步骤如下: 
（1）测试线路连接如图5所示。 
（2）根据被测发射设备的发射频率设置NRT功率计的响应频率，步骤如下:按 CORR键，显示FREQ*，按左右键选择USER ，按SET键确定，使用四个方向键设置所需的频率，按SET键确定。 



（3）为NRT功率计校零，步骤如下:关闭发射设备输入信号，按CORR键，按上下键显示ZERO*，按SET键确定执行校零程序。 
（4）为NRT功率计选择适当的调制方式，步骤如下:按CORR键，用上下键显示MODULATION*，用左右键选择所需的调制方式或是无调制，按SET键确定。 
（5）开启被测发射设备，NRT功率计显示测得的功率值和反射参数。 
三种发射功率测量的特点和选择 
      无线电综合测试仪CMS54和FSP30频谱分析仪用于测量功率时属于终端式功率计，其输入阻抗是标准的50欧姆。在功率测量中，终端式功率计替代了发射设备的负载，即终端式功率计将发射设备的负载理想化了。所以说，终端式功率计所测得的结果是发射设备在理想负载时的输出功率;如果发射天馈系统的匹配情况良好，则这个结果可以较真实地反映发射系统的输出情况;如果发射天馈系统的匹配不好（如VSWR>1.5），则终端式功率计不能真实反映发射系统的情况。 
      NRT功率计属于通过式功率计，功率传感器吸收高频RF信号功率转换为NRT功率计能够测量的直流或低频信号。所以只要将通过式功率计置于发射设备与天馈系统之间，就可以得到发射系统的正向和反射功率。 
      因此，如果要测量发射设备的理想发射功率，可以选用终端式功率式;如果要测量发射设备的实际发射功率以及判断发射设备与天馈系统是否匹配，则选用通过式功率计。