NRP-Z系列射频功率计探头的性能特点

射频功率计是无线电测量领域进行测量功率的重要仪器,而射频功率计一般由射频功率计主机和功率探头两部分组成。传统的功率探头主要把高频信号转换成可以直接检测的电信号,功率计主机则对转换的电信号进行测量分析并显示。R&S公司是射频功率计的领导厂商,其推出的新型功率探头能够更准更快地进行功率测量,还能够提供更高的动态范围,以及更灵活的连接方式。下面我就简要介绍一下R&S射频功率计功率探头的性能特点。

      R&S新型功率探头NRP-Z系列与老款探头相比,将功率测量的下限由-67dBm扩展到了-70dBm,这样做的好处不仅仅是能够测量更微弱的信号,还在于针对小信号测量能够有效地提高测量速度。

      在功率测量中,针对小信号测量,理论上增大平均次数可以有效地降低噪声的影响,能够保证得到更准确稳定的测量结果。而增大平均次数无疑会导致测量速度变慢,所以新型功率探头设计了更低的噪底以提高测量速度。 理论上,当功率探头噪底降低50%(即降低3dB)的时候,平均次数要变为原有的四倍才能够达到同样的测量准确度。

       图1中可以看到,针对-60dBm这样的小信号,新型功率探头想要达到0.1dB的测量准确度的话,打开16次平均即可达到。如果是R&S的老款功率探头的话,需要64次平均才可以达到0.1dB的测量准确度。


NRP-Z系列射频功率计探头


图1 新型功率探头针对-60dBm信号的测量结果



     R&S新型功率探头NRP-Z系列巧妙地采用了三通道的测量方式来提高动态范围。三个测量通道能够提供高达93dB的动态范围,低至-70dBm的测量下限。这种多通道功率探头,传统的测量方式是针对不同功率大小的信号,功率探头采用不同的通道去进行测量,当被测信号功率有大幅度改变的时候,通道之间采用直接切换的方式,将测量通道换成下一个通道。这样的方法可以有效的扩展动态范围,但是会产生额外的问题,例如滞后效应、不同通道的线性度不一致等。

      针对传统多通道测量带来的一些问题,R&S新型功率探头采用同时测量的方式来避免这些问题。新型功率探头在测量开启的时候,三个通道之中的一个通道将会是主要测量通道,但同时所有的通道都会进行连续测量,最终每个通道贡献不同的权重系数进行合并从而得到总的测量结果,这样可以保证在不同通道之间的平滑过渡,不会出现通道之间的硬切换带来的种种问题。图2显示了新型功率探头的三通道结果以及每个通道主要匹配的功率范围。



NRP-Z系列射频功率计探头


图2 R&S新型功率探头三通道结构示意图



     上面提到,目前的功率探头可以将测量芯片内置到功率探头内部,也就是说功率探头本身就可以完成主要的测量,功率计主机只是起到了显示和控制作用。针对这种状况,为了能够更方便的对测量功率进行显示,R&S提供多种连接显示方式。除了射频功率计主机,R&S公司的信号源、频谱仪、网络分析仪都可以用来当做显示主机。甚至可以利用电脑来当做功率计主机,这样可以帮助用户简化测试方案。新型功率探头的连接方式示意图见图3。



NRP-Z系列射频功率计探头


图3 R&S新型功率探头连接方式示意图



     功率探头有一种应用场景就是远程功率监测,针对远程功率监测,传统的方式都会受限于探头与主机之间的连接线的长度。为此,R&S独创性的推出NRP-Z系列功率探头,其中“N”代表该功率探头支持网络(Network)连接方式。典型的连接方式是利用网线将功率探头连接到PoE(Power over Ethernet)路由器上,这样就可以通过PoE路由器访问并设置功率探头了。PoE路由器与传统的路由器相比,增加了一个通过网络接口供电的功能,所以功率探头的控制和供电都是通过网线来实现的。NRP-Z系列系列功率探头的远程连接示意图如图4所示。



NRP-Z系列射频功率计探头


图4 NRP-Z系列功率探头的远程连接示意图



     R&S公司所推出的NRP-Z系列功率探头的准确度、测试速度、动态范围的提升让我们看到功率探头在基本测量性能上的改善,其多样的连接方式和远程测量方案为我们无线电的功率测量提供了更加多样化的解决方案。

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2018年11月08日

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