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正确理解射频仪器的电平值,设置值与测量值不符怎么办?

发布日期:2023-07-04     841 次



射频仪器上的电平,即信号的幅度,表征信号的功率、电压幅度大小的量值。发生电平设置值与测量值对不上的情况怎么办呢?

仪器阻抗

在射频微波领域的应用,通常仪器阻抗为50Ω,无论是信号源还是测量接收设备,电平值通常默认对应阻抗匹配50Ω。对于一些低频和音频应用,仪器阻抗可能是低阻或高阻,例如,音频源5Ω,音频分析600Ω和1MΩ,电压表和示波器1MΩ等等,在低频测试时,要知晓所使用的仪器内阻值,必要时按照串联电阻分压计算,否则,信号源电平设置值与接收测量值可能不符。

 

信号发生器电平设置

信号发生器的电平:

  • Level默认设置是载波信号的平均有效功率。

  • PEP是峰值包络功率,是在信号幅度最大的时刻,1个载波周期内的RMS电压,在信号源标称阻抗上的功率。

  • 默认电平单位是功率dBm,可设置电压单位dBμV或线性电压

  • dBm的定义是10lg(P/1mW)。

           0dBm = 107dBμV = 1mW,50Ω阻抗。

           dBμV的定义是20lg(U/1μV)。

           0dBμV = 1μV。

  • 当设置电压单位时,可以设置是否显示开路电压值EMF,EMF开路电压值是50Ω匹配负载电压的2倍(6dB)。

  • 对于一些特定的调制信号类型,特别是时分TDD信号,需要预先设置功率定义模式,也就是功率定义的时间范围。

  • 例如5G NR,Level的数值可以设置为:总的平均功率 / 激活子帧内平均功率 / 恒定功率密度 / 突发脉冲功率:


 

频谱仪和接收机的电平读数

频谱仪的电平数值可以在多种功能状态下获取:

 

  • 基础频谱上的光标Marker电平读数:光标位置对应频率点一个RBW之内的功率值。

  • 频谱上的噪声光标Noise Marker电平读数:光标位置对应频率点左右几个频点功率平均值归一化到1Hz的功率谱密度。

  • 信道功率读数:检波器必须RMS,信道功率是信道带宽之内,信号的平均功率值;通过Trigger - Gate设置,测量突发脉冲内的平均功率。

  • 时域功率读数:建议采样值检波器,RMS对应测量时间内的总平均功率,peak值对应测量时间内的PEP峰值包络功率值。

  • 信号统计读数:平均功率,PEP峰值包络功率值和峰均比;可以设置Trigger - gate,统计突发脉冲内的功率。

  • 信号解调功能选件中的功率读数:默认表示对应上下行脉冲内的平均功率。

 

频谱仪接收机的电平单位:

  • 频谱仪和测量接收机默认电平单位是功率dBm,可设置其它如电压单位dBμV或线性电压V,电流单位dBμA或线性电流A等。

  • 功率谱密度的单位dBm/Hz。

  • EMI接收机默认电平单位是电压,也可设置为功率或电流单位。

  • 频谱仪和接收机内置转换因子功能,例如激活天线因子,电平值显示为场强dBμV/m。


 

 

功率计的电平读数

功率计显示的电平值是信号在50Ω电阻上的功率值,默认单位dBm或线性功率W,一般可以自动计算显示电压dBμV或线性电压V。功率计的功率电平测量值,对应其工作频率范围内所有信号总功率。

 

功率传感器分为热电传感器和二极管传感器技术,二极管传感器又划分为通用型和宽带型,所有的传感器都适用于连续平均功率测量,通用型传感器另外可以分析时分TDD信号的时隙内功率,宽带型传感器可以分析脉冲曲线参数和信号统计分析(APD和CCDF)。

 

  • 连续平均功率:测量工作频率范围内的平均功率。

  • 时隙功率:TDD信号每个突发脉冲内的平均功率。

  • 脉冲功率曲线分析:脉冲包络波形信号,测量显示信号的瞬时峰值包络功率和平均功率,还有脉宽周期等时间参数。

  • 信号统计分析:平均功率,PEP峰值包络功率值和峰均比。

 

示波器的电平读数

示波器纵轴显示信号波形的幅度,默认显示信号在示波器内阻上的电压值。示波器内阻有50Ω和1MΩ选择,1MΩ只能工作在几百MHz频率较低的范围。在高性能示波器如R&S RTP上,内阻只有50Ω一种设置。

 

电压波形:横轴时间,纵轴电压,可自动计算显示峰值和RMS值,在几百MHz频率较低的范围,内阻50Ω时测量值是1MΩ时的50%。

FFT:横轴频率,纵轴功率电平dBm,对应信号电压的RMS值的平方比内阻值。

 

 

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