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技术文章
数字广播系统中的发射机功率输出(上)
2016-10-12
在广播发射机系统的常规检测中,发射机输出功率测量向来是重中之重。近年来随着广播系统的集成度不断加大,地理地形、天线增益、方向性和发射机功率等因素对于覆盖预测和同信道干扰可靠性预测的影响越来越大。广播系统不断向数字调制格式的转变使得人们有必要重新思考对于发射机输出功率测量的方法。
数字广播系统中的发射机功率输出(上)
    
      在广播发射机系统的常规检测中,发射机输出功率测量向来是重中之重。近年来随着广播系统的集成度不断加大,地理地形、天线增益、方向性和发射机功率等因素对于覆盖预测和同信道干扰可靠性预测的影响越来越大。广播系统不断向数字调制格式的转变使得人们有必要重新思考对于发射机输出功率测量的方法。我们对于常规模拟信号功率测量的局限性和已经发展成为数字广播系统测量的技术*地影响了上述方法的精度与可靠性。在本文中我们会分别评论常规测量方法,以此作为新技术的依据。本文将量热式功率计法测得的结果作为“标准”,将各测量法得到的数据与“标准”测量数据相比较分析。


TPM──Transmitter Power Meter 1


常规功率测量技术回顾
        
在数字广播系统出现前多年来用于发射机输出功率测量的仪器分类如下:
 
1.通过式、直连仪器
2.终端功率计/定向
 3.基于耦合器的仪器
4.量热式射频仪器
 
在上述分类中,通过式功率计是*常用的仪器。通过式功率计有着简单的构造、操作方便、能够同时测量前向与反射功率。*代通过式功率计是由BIRD在1952年发明,使用简单的点接触式二极管检波器。在过去五年里,这些通过式功率计为适应复杂调制信号的测量,使用了*新的二极管装置和低噪放大器。


Power Meters 1


      终端式功率计和它们的定向耦合器应用面也非常广。在终端式功率计及其发展历程中,它一直是为实验室应用所配备。当终端式功率计与匹配的定向耦合器一起应用时,也能在广播领域提供高质量的测试效果。
      量热式功率计的优势在于它能够真实地反映射频功率所反映的热量。由于它们是宽带式仪器,它们还能响应输入总功率。值得一提的是,终端式实验室功率计也具有这一功能,而且它们本质上是典型的宽带仪器,但是它们的测量范围受限,只能配合相应的定向耦合器测量非常低级别的功率。耦合器只有在相对窄的带宽内才能正常工作。

以下是各种功率计的相关细节:
通过式功率计
图1
     *代通过式功率计——在通过式功率计中,包含了一段相对较短的精密传输线,装有一个到两个定向耦合器。定向耦合器的输出一般在40-60dB的范围内,比主要的传输线等级要低。耦合器的输出端连接了一个简单的二极管检波器(见图1),继而在功率计上显示出来。当功率计的刻度在平均功率值校准后,大多数功率计测量的事实上是信号的峰值功率。这种测量方法在广播行业曾应用了很多年,但当复杂的调制信号出现之后,原来简单的功率计测复杂调制信号得到的数值受到了质疑,因为单二极管检波器已经无力响应具有非常高的蜂均功率特征的信号(通常为数字调制形式)。常规的通过式功率计中,二极管检波器大部分情况下工作在动态范围的非线性部分(功率计刻度在平均功率下校准)。只要是用于测量明确波形的信号或类似的例如CW和FM调制信号,该二极管探头依然是是一种很好的方案。

图2

      配平方律检波器的通过式功率计(图2)。*新一代的通过式功率计与*代通过式功率计*大的差别在于,在检波器的技术上有突飞猛进的进步。至今为止,在复杂调制信号情况下使用二极管,且应用良好的方法是:在二极管动态范围以下约-20dBm的一个称为“平方律”的区域内运作二极管。在平方律区域内,二极管探头与热探测装置的工作方式相同,信号等级很低。二极管的整流输出可示为RMS输入电压平方的函数。全波平方律二极管探头的方程近似如下:

     所有的电压等级为毫伏。只要信号的总偏移是在二极管平方律范围内,这个方程就成立。绝大多数系统中测量范围为50dBm。
 
终端式/定向耦合器功率计

      这种仪器大多作实验室用途,特点是频率范围与动态范围很广,与高功率的定向耦合器配合可以应用在大功率测量中。(图3)它们使用终端变流器技术或者二极管检波器。终端式功率检测方法实现的难度相对较大,因为它需要频率校准,而且比其他方法代价更加昂贵。另一个问题是测量发射机系统的VSWR难度更加大,由于这种测量法需要双通道耦合器,因此功率计上需要有第二根测量信道。基于平方律原理的仪器之所以在复杂调制的环境中也能起到很好的效果是因为它们也是对信号功率的热量响应。

图3

以上就是本节的全部内容,下节我们将会继续讨论终端式功率测量的不稳定因素来源
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