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在射频中如何实现功率的精确测量

在射频中如何实现功率的精确测量

本帖最后由 yuchengze 于 2016-12-27 13:26 编辑

PA功率分析仪功率单元有两路输入:电流和电压。FPGA和DSP等运算直接获得的测量数据只有电压和电流的ADC直接测量的结果,功率、效率、谐波等均以电压电流测量为基础,通过运算获得的结果,如功率就是使用电压和电流直接测量结果进行的运算。所以电压电流测量的准确性就显得至关重要,导体的电阻率会随温度变化、器件老化、线路共模/串模干扰、测量走线接线方式、电路接线方式等都会影响测量结果,本文重点讲解测量接线方式、电路接线。  
1.测量走线接线方式

  1)不规则连接--最差的接线方式
  图 1、图 2两条测量线比较分散,形成很大的环路,当环路中有变化的磁通通过时,根据电磁感应原理,将在环路中产生与磁通同样变化的噪声电压,仪器测到的值不真实。



  图 1 电压不规则接线方式



  图 2 电流不规则接线方式
  2)一般接线方式—平行走线
  图 3、图 4相比分散的连接方式,测量线形成的环路很小,仅限于连根线之间。



          图 3 电压平行走线接线方式



  图 4 电流平行走线接线方式
  3)较好的连接方式—双绞线
  图 5使用双绞线连接被测信号,与平行走线相比,双绞线把环路细分到每个绞合环,相邻的绞合环对外部磁场产生相反的噪声电压从而抵消掉。



  图 5 电压双绞线接线方式



  图 6 电流双绞线接线方式
  4)理想的接线方式—同轴电缆
  图 7、图 8对称的同轴电缆外层导体中心与内导体重合,等效面积为0,因此有很好的磁场屏蔽效果。



  图 7 电压同轴电缆接线方式



  图 8 电流同轴电缆接线方式
 2.电路连接接线方式
  功率耗损影响
  使用和负载匹配的接线方式可以降低功率损耗对测量精度的影响,以下是考虑电源和负载电阻的情况。参考前期微信文档《功率测量仪器的“特征阻抗”》中电流表损耗定义
  P=I2Ri
  电压表损耗定义
  P=U2/RV,电压表和电流表内阻乘积平方根暂且称为仪器的“功率特征阻抗”,当负载电阻RL>RP时,电压表损耗大,推荐电流表内接法, 当负载电阻RL<rp时,电压表损耗小,推荐电压表外接法。</rp时,电压表损耗小,推荐电压表外接法。
  举例PA5000,电压输入阻抗Rv约2MΩ,电流输入阻抗Ri约100mΩ,电流量程选择1A,电压量程选择300V,电压电流功耗函数图 9,此时Rp=200,当负载电阻RL约大于447.2Ω时,推荐电流表内接,反之外接。
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