電流和電壓確實(shí)很重要，但功率從幾個(gè)方面提供了更完整和有用的射頻視圖：功率提供了一種更直接、更方便的方式來(lái)表征射頻系統(tǒng)的性能，評(píng)估信號(hào)強(qiáng)度，優(yōu)化能量傳輸，確保安全，并分析系統(tǒng)性能。　　在大多數(shù)射頻應(yīng)用中，功率測(cè)量通常比高頻電流或電壓測(cè)量更相關(guān)且更容易準(zhǔn)確獲得。因此，與其它射頻儀器相比，功率計(jì)在無(wú)線電頻率（RF）功率測(cè)量方面提供了的精度。這些儀器可以是所示的專用、獨(dú)立設(shè)備，或者將功率計(jì)功能集成到其他測(cè)試測(cè)量設(shè)備中，例如信號(hào)源、頻率計(jì)數(shù)器和頻譜分析儀。
　　　　射頻功率計(jì)無(wú)法提供入射射頻功率的頻譜信息。顯示的功率讀數(shù)代表總功率水平。在單色信號(hào)的情況下，功率計(jì)指示其相應(yīng)的功率。相反，如果同時(shí)存在多個(gè)具有不同頻率的信號(hào)，功率計(jì)將顯示所有頻率分量的射頻功率之和。
　　射頻功率計(jì)由兩個(gè)主要功能模塊組成：
　　　　轉(zhuǎn)換器（或探測(cè)器）：這些元件將射頻（RF）功率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，通常是直流電壓或電流，該信號(hào)與入射射頻功率成線性或其他比例關(guān)系。
　　　　功率計(jì)單元（或儀表單元）：該單元處理傳感器輸出的電信號(hào)。它執(zhí)行信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）、應(yīng)用校準(zhǔn)系數(shù)、根據(jù)傳感器的特性響應(yīng)計(jì)算射頻功率水平，并在顯示屏上顯示結(jié)果功率讀數(shù)。
　　可互換的傳感器，每個(gè)傳感器都有特定的性能特性，可以與給定的功率計(jì)單元接口。特定傳感器的選擇取決于功率測(cè)量的具體要求，如頻率范圍、功率水平、調(diào)制類型和所需的精度。
　　功率計(jì)中的傳感器
　　　在無(wú)線電話和高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的功率測(cè)量，肖特基二極管是。圖 2 說(shuō)明了肖特基二極管的構(gòu)造和射頻特性。如圖 2a 所示，肖特基二極管類似于半導(dǎo)體器件中發(fā)現(xiàn)的常規(guī) PN 結(jié)；然而，p 型區(qū)域被金屬導(dǎo)體所取代，形成金屬-半導(dǎo)體結(jié)。
　　圖 2b 展示了電流-電壓（I-V）關(guān)系。與 PN 結(jié)二極管類似，肖特基結(jié)也表現(xiàn)出整流特性，但通過(guò)適當(dāng)摻雜 n 型區(qū)域，正向?qū)◣缀踉谑┘诱妷汉罅⒓撮_始。這與 PN 結(jié)不同，PN 結(jié)需要大約 0.6 V 的正向偏置才能開始有顯著電流流動(dòng)。這種整流行為將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為一系列正半周。當(dāng)這些半周施加到電容器上時(shí)，它將產(chǎn)生一個(gè)與入射射頻功率成正比的直流電壓。
　　　　圖 2c 展示了肖特基勢(shì)壘二極管檢測(cè)器的代表性性能曲線。入射射頻功率以 dBm 為單位表示，水平軸范圍從噪聲地板（約-70 dBm）到+20 dBm。檢測(cè)器的輸出電壓在特定范圍內(nèi)與射頻輸入功率呈線性關(guān)系。這個(gè)工作區(qū)域通常被稱為“平方律”區(qū)域，指的是二極管響應(yīng)的平方律特性。
　　　　在大約-20 dBm 的輸入射頻功率以上，二極管的傳輸函數(shù)偏離線性，過(guò)渡到不同的工作狀態(tài)。圖 2d 說(shuō)明了隨著射頻（RF）輸入功率的變化，肖特基二極管性能偏離平方律行為的情況。
　　　　超過(guò)+20 dBm 的輸入射頻功率水平可能導(dǎo)致二極管不可逆損壞。相反，在-70 dBm 時(shí)，檢波信號(hào)與肖特基二極管的固有噪聲底噪無(wú)法區(qū)分。因此，在沒(méi)有外部衰減的情況下，功率測(cè)量的有效動(dòng)態(tài)范圍從-70 dBm 到+20 dBm，跨度為 90 dBm。

　　許多采用肖特基二極管檢測(cè)器的射頻功率計(jì)在較高功率水平下將一個(gè)精密的固定值電阻切換到信號(hào)路徑中。這種電阻衰減將施加的信號(hào)降低到-20 dBm 以下，確保二極管在線性檢測(cè)區(qū)域內(nèi)工作。利用這種技術(shù)，肖特基二極管傳感器可以準(zhǔn)確測(cè)量高達(dá)+40 dBm 的功率水平。對(duì)于更高功率水平的測(cè)量，可以在傳感器之前級(jí)聯(lián)校準(zhǔn)的外部衰減器，以擴(kuò)展可測(cè)范圍。

　　　　圖 2：肖特基二極管特性
　　由于制造差異，每個(gè)肖特基二極管的響應(yīng)度（或檢測(cè)靈敏度）都存在細(xì)微差異。二極管的傳輸函數(shù)也顯示出輸入功率水平的一定非線性。此外，其響應(yīng)度還受環(huán)境溫度和施加的射頻（RF）信號(hào)的頻譜寬度（或調(diào)制帶寬）的影響。這些參數(shù)變化（或設(shè)備特性）在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行了量化。
　　

　　結(jié)果校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在傳感器模塊內(nèi)集成的電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）中，如圖 3 所示。在那里，觀察位于肖特基二極管附近的熱敏電阻，它提供溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)。上述校正因子被傳輸?shù)焦β视?jì)，使其能夠?qū)︼@示讀數(shù)應(yīng)用必要的校正，從而確保測(cè)量精度。

　　    圖 3：肖特基二極管傳感器
　　　　用于手機(jī)系統(tǒng)功率測(cè)量的肖特基二極管

　    　圖 1 中所示的特定射頻功率計(jì)是為了評(píng)估時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）移動(dòng)電話中使用的調(diào)制射頻信號(hào)而設(shè)計(jì)的。其傳感器組件的功能原理圖如圖 4 所示。它在一個(gè)外殼內(nèi)集成了雙元件傳感器配置。

　　　　圖 4：傳感器組件的功能原理圖
　　　　輸入射頻信號(hào)通過(guò)傳感器的二極管輸入連接器引入，通過(guò)二極管檢測(cè)器轉(zhuǎn)換為電等效信號(hào)。然后，該信號(hào)由負(fù)載濾波網(wǎng)絡(luò)處理，該網(wǎng)絡(luò)定義了低通頻率響應(yīng)。300 kHz 帶寬選擇針對(duì)基于 TDMA 的波形進(jìn)行優(yōu)化，例如符合移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）標(biāo)準(zhǔn)的波形。1.5 MHz 帶寬設(shè)置適用于窄帶 CDMA 傳輸。，5 MHz 帶寬選項(xiàng)用于寬帶 CDMA 信號(hào)。
　　傳感器頭部集成了兩個(gè)信號(hào)處理通道。主通道被稱為“時(shí)域”或“瞬時(shí)”路徑，便于高帶寬數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨測(cè)量。該路徑允許進(jìn)行時(shí)間門控，揭示振幅調(diào)制特性隨時(shí)間的變化。它代表預(yù)配置或默認(rèn)的運(yùn)行模式。
　　可選通道，即“集成功率”或“總功率”路徑，提供總射頻功率的測(cè)量。此配置在確定整體功率水平時(shí)具有精度，因?yàn)樗苊饬藭r(shí)間門控可能引入的任何潛在信號(hào)衰減或截?cái)?。在此模式下，功率測(cè)量范圍從-65 dBm 到+20 dBm。

　　功率計(jì)單元

　　圖 1 所示的功率計(jì)儀器具有雙輸入接口。同樣，單端口型號(hào)也商業(yè)可用。來(lái)自傳感器的多個(gè)信號(hào)通過(guò)專用屏蔽電纜路由到功率分析儀。
　　　　采用雙端口配置的好處是可以同時(shí)獲取兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)。這種能力在放大器特性分析等應(yīng)用中特別有利。一個(gè)端口可以專門用于測(cè)量輸入功率水平，而另一個(gè)則量化輸出功率水平。
　　然后功率分析儀（或功率傳感器和儀表）可以計(jì)算并顯示輸出功率與輸入功率的比率，從而確定放大器的增益（或放大系數(shù)）?；蛘撸鐖D 1 中功率計(jì)的顯示所示，可以使用一個(gè)通道（端口）測(cè)量并顯示峰值包絡(luò)功率（PEP），而使用另一個(gè)通道（端口）測(cè)量并顯示平均功率（Pavg）。
　　雙端口測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)
　　采用雙通道配置的好處是可以同時(shí)獲取兩個(gè)不相關(guān)的信號(hào)。這在放大器特性分析等場(chǎng)景中特別有利。一個(gè)通道可以量化輸入功率水平，而另一個(gè)通道則測(cè)量輸出功率水平。功率分析儀隨后可以計(jì)算并展示輸出功率與輸入功率的比率，代表放大器的增益因子。相反，如圖 1 中功率計(jì)的顯示所示，可以從一個(gè)輸入通道捕獲并顯示峰值輸出功率，而另一個(gè)輸入通道則測(cè)量并顯示平均功率（均值功率）。
　　校準(zhǔn)和歸零程序
　　功率計(jì)集成了可追溯至 NIST 標(biāo)準(zhǔn)的 50 MHz、1 mW 參考振蕩器。該參考信號(hào)用于校準(zhǔn)功率計(jì)及其相關(guān)傳感器。在進(jìn)行測(cè)量之前，將傳感器（或傳感器依次）連接到功率參考輸出，使儀器能夠執(zhí)行自動(dòng)自校準(zhǔn)程序。進(jìn)一步的準(zhǔn)備步驟是在信號(hào)測(cè)量之前“歸零”傳感器。在此消零過(guò)程中，關(guān)閉所有輸入信號(hào)功率，并補(bǔ)償由溫度變化引起的任何傳感器偏移。當(dāng)嘗試在測(cè)量高功率信號(hào)后立即測(cè)量極低水平信號(hào)時(shí)，此程序尤為重要。高功率信號(hào)的殘余能量可能會(huì)在傳感器中引起熱漂移，向后續(xù)讀數(shù)引入微小的直流偏移。

　　功率分析儀不僅限于提供離散的功率讀數(shù)；它們還能實(shí)現(xiàn)功率包絡(luò)隨時(shí)間的變化可視化。圖 5 說(shuō)明了脈沖信號(hào)特性，描述了脈沖的前沿和后沿的功率幅度和時(shí)間特性。另一個(gè)測(cè)量能力是確定信號(hào)的峰值功率（或峰值包絡(luò)功率，PEP）。關(guān)鍵的是，準(zhǔn)確的峰值功率評(píng)估（與平均功率評(píng)估相反）需要考慮檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。這通常表示為傳感器的視頻帶寬（VBW）或調(diào)制帶寬。VBW 指定了檢測(cè)器可以準(zhǔn)確跟蹤幅度變化的調(diào)制頻率。

　　圖 5：脈沖信號(hào)特性
　　作為示例，如果兩個(gè)音調(diào)之間有 10 MHz 的頻率差，則產(chǎn)生的信號(hào)的幅度包絡(luò)將表現(xiàn)出 10 MHz 的正弦調(diào)制。試圖使用 5 MHz VBW 的檢測(cè)器捕獲這個(gè)復(fù)合信號(hào)的峰值功率將得到不準(zhǔn)確的結(jié)果，因?yàn)闄z測(cè)器的時(shí)域分辨率不足以解析 10 MHz 的包絡(luò)調(diào)制。由于檢測(cè)器無(wú)法忠實(shí)再現(xiàn)信號(hào)幅度包絡(luò)的快速變化，測(cè)量的峰值幅度將被低估，而幅度將被高估。然而，測(cè)量這個(gè)幅度調(diào)制的信號(hào)的均方根功率仍然會(huì)提供正確的讀數(shù)，因?yàn)闄z測(cè)器限制引起的正負(fù)誤差將大部分相互補(bǔ)償。傳感器的主瓣寬度主要影響瞬時(shí)或極端功率測(cè)量（如峰值或值）的準(zhǔn)確性。