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技術(shù)文章
數(shù)字廣播系統(tǒng)中的發(fā)射機功率輸出(上)
2016-10-12
在廣播發(fā)射機系統(tǒng)的常規(guī)檢測中,發(fā)射機輸出功率測量向來是重中之重。近年來隨著廣播系統(tǒng)的集成度不斷加大,地理地形、天線增益、方向性和發(fā)射機功率等因素對于覆蓋預(yù)測和同信道干擾可靠性預(yù)測的影響越來越大。廣播系統(tǒng)不斷向數(shù)字調(diào)制格式的轉(zhuǎn)變使得人們有必要重新思考對于發(fā)射機輸出功率測量的方法。
數(shù)字廣播系統(tǒng)中的發(fā)射機功率輸出(上)
    
      在廣播發(fā)射機系統(tǒng)的常規(guī)檢測中,發(fā)射機輸出功率測量向來是重中之重。近年來隨著廣播系統(tǒng)的集成度不斷加大,地理地形、天線增益、方向性和發(fā)射機功率等因素對于覆蓋預(yù)測和同信道干擾可靠性預(yù)測的影響越來越大。廣播系統(tǒng)不斷向數(shù)字調(diào)制格式的轉(zhuǎn)變使得人們有必要重新思考對于發(fā)射機輸出功率測量的方法。我們對于常規(guī)模擬信號功率測量的局限性和已經(jīng)發(fā)展成為數(shù)字廣播系統(tǒng)測量的技術(shù)*地影響了上述方法的精度與可靠性。在本文中我們會分別評論常規(guī)測量方法,以此作為新技術(shù)的依據(jù)。本文將量熱式功率計法測得的結(jié)果作為“標(biāo)準(zhǔn)”,將各測量法得到的數(shù)據(jù)與“標(biāo)準(zhǔn)”測量數(shù)據(jù)相比較分析。


TPM──Transmitter Power Meter 1


常規(guī)功率測量技術(shù)回顧
        
在數(shù)字廣播系統(tǒng)出現(xiàn)前多年來用于發(fā)射機輸出功率測量的儀器分類如下:
 
1.通過式、直連儀器
2.終端功率計/定向
 3.基于耦合器的儀器
4.量熱式射頻儀器
 
在上述分類中,通過式功率計是*常用的儀器。通過式功率計有著簡單的構(gòu)造、操作方便、能夠同時測量前向與反射功率。*代通過式功率計是由BIRD在1952年發(fā)明,使用簡單的點接觸式二極管檢波器。在過去五年里,這些通過式功率計為適應(yīng)復(fù)雜調(diào)制信號的測量,使用了*新的二極管裝置和低噪放大器。


Power Meters 1


      終端式功率計和它們的定向耦合器應(yīng)用面也非常廣。在終端式功率計及其發(fā)展歷程中,它一直是為實驗室應(yīng)用所配備。當(dāng)終端式功率計與匹配的定向耦合器一起應(yīng)用時,也能在廣播領(lǐng)域提供高質(zhì)量的測試效果。
      量熱式功率計的優(yōu)勢在于它能夠真實地反映射頻功率所反映的熱量。由于它們是寬帶式儀器,它們還能響應(yīng)輸入總功率。值得一提的是,終端式實驗室功率計也具有這一功能,而且它們本質(zhì)上是典型的寬帶儀器,但是它們的測量范圍受限,只能配合相應(yīng)的定向耦合器測量非常低級別的功率。耦合器只有在相對窄的帶寬內(nèi)才能正常工作。

以下是各種功率計的相關(guān)細(xì)節(jié):
通過式功率計
圖1
     *代通過式功率計——在通過式功率計中,包含了一段相對較短的精密傳輸線,裝有一個到兩個定向耦合器。定向耦合器的輸出一般在40-60dB的范圍內(nèi),比主要的傳輸線等級要低。耦合器的輸出端連接了一個簡單的二極管檢波器(見圖1),繼而在功率計上顯示出來。當(dāng)功率計的刻度在平均功率值校準(zhǔn)后,大多數(shù)功率計測量的事實上是信號的峰值功率。這種測量方法在廣播行業(yè)曾應(yīng)用了很多年,但當(dāng)復(fù)雜的調(diào)制信號出現(xiàn)之后,原來簡單的功率計測復(fù)雜調(diào)制信號得到的數(shù)值受到了質(zhì)疑,因為單二極管檢波器已經(jīng)無力響應(yīng)具有非常高的蜂均功率特征的信號(通常為數(shù)字調(diào)制形式)。常規(guī)的通過式功率計中,二極管檢波器大部分情況下工作在動態(tài)范圍的非線性部分(功率計刻度在平均功率下校準(zhǔn))。只要是用于測量明確波形的信號或類似的例如CW和FM調(diào)制信號,該二極管探頭依然是是一種很好的方案。

圖2

      配平方律檢波器的通過式功率計(圖2)。*新一代的通過式功率計與*代通過式功率計*大的差別在于,在檢波器的技術(shù)上有突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。至今為止,在復(fù)雜調(diào)制信號情況下使用二極管,且應(yīng)用良好的方法是:在二極管動態(tài)范圍以下約-20dBm的一個稱為“平方律”的區(qū)域內(nèi)運作二極管。在平方律區(qū)域內(nèi),二極管探頭與熱探測裝置的工作方式相同,信號等級很低。二極管的整流輸出可示為RMS輸入電壓平方的函數(shù)。全波平方律二極管探頭的方程近似如下:

     所有的電壓等級為毫伏。只要信號的總偏移是在二極管平方律范圍內(nèi),這個方程就成立。絕大多數(shù)系統(tǒng)中測量范圍為50dBm。
 
終端式/定向耦合器功率計

      這種儀器大多作實驗室用途,特點是頻率范圍與動態(tài)范圍很廣,與高功率的定向耦合器配合可以應(yīng)用在大功率測量中。(圖3)它們使用終端變流器技術(shù)或者二極管檢波器。終端式功率檢測方法實現(xiàn)的難度相對較大,因為它需要頻率校準(zhǔn),而且比其他方法代價更加昂貴。另一個問題是測量發(fā)射機系統(tǒng)的VSWR難度更加大,由于這種測量法需要雙通道耦合器,因此功率計上需要有第二根測量信道。基于平方律原理的儀器之所以在復(fù)雜調(diào)制的環(huán)境中也能起到很好的效果是因為它們也是對信號功率的熱量響應(yīng)。

圖3

以上就是本節(jié)的全部內(nèi)容,下節(jié)我們將會繼續(xù)討論終端式功率測量的不穩(wěn)定因素來源
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