芯耀
与非AI
133
在射频研发、设计、测试、维修还有户外现场维护这些工作里，基本都离不开射频、微波功率计（也叫Watt表）。射频功率是很多设备的核心指标，所以功率计是刚需设备。
测射频功率的方法有好多种，每种都有自己的特点、优缺点。实际用的时候，必须结合场景选对测量方式，这样测出的数据才靠谱，设备、系统测试才能做准确。
很多人觉得测射频功率，无非就是拿个射频或微波功率表一接就完事，其实没这么简单。想要测得准，就得搞懂：不同的测量原理、功率计的分类、还有怎么尽量减小测量误差，这些都很关键。
一、功率计的分类
测量射频和微波功率的手段不少，对应的测试仪器也分好几类：
1、串联式（在线式）射频功率计
这类仪器会从传输线里耦合、采样一部分信号功率，以此算出实际功率大小。可以直接接在正在工作的设备上用，比如检测电台发射机的输出功率。一般都是定向测量，能分别测出正向发射功率、反向反射功率。
下图是经典款博德-43型超薄款功率计。这类射频功率计的测量结果基本不受频率影响。只要在仪器自身的频率量程范围内，不管信号频率是多少，它测的都是进来的总功率。
其工作原理是：
在线射频功率计，核心靠定向耦合器来实现。
它属于一种射频器件，会从馈线的主信号里，耦合出一小部分功率，分流到副回路，专门用来采样、测量线路里的功率。而且副回路取的功率占比特别小，不会给线路带来额外损耗，不影响设备正常工作。
依靠这个原理，它能分别检测两个方向的信号功率：也就是正向发射功率，还有因为负载不匹配等问题反射回来的反向功率。也正因为能同时测正反双向功率，在线式功率计还能算出馈线里的电压驻波比VSWR。
上图是可用于在线功率检测的简易定向耦合器电路。这个电路是结构特别简单的定向耦合器，主要用来演示基础工作原理。
正规高精度的在线功率计，会用上更多元器件，才能在更宽的频率范围内，测出更精准的数据。
在该电路里，发射机和负载通过馈线相连，同时馈线会和射频在线功率计内部两根短信号线做耦合。每一根耦合线上，都配有一颗阻抗匹配电阻和一只检波二极管。二极管、电阻的摆放位置，相对信号流向是有讲究的，靠这个布局，就能分别测出正向功率和反射功率。
2、吸收式射频功率计
顾名思义，这类功率计会把被测的射频功率直接吸收掉。
简易款一般是模拟式一体机，内部集成射频负载、检波二极管和模拟表头，结构简单。满足不少常规场景够用，但性能上限比较低。
更高阶的款式，会搭配外接功率探头，探头可以就近接在信号源旁边使用，而且探头有多种类型可选。探头会输出一路电压信号，强弱和输入功率大小成正比。再把这个信号传给功率计主机，由主机运算处理，最后算出数值并显示出来。
吸收式功率计的测量基本不受频率影响：只要在仪器标称频率范围内，不管什么频率信号，它测的都是进来的总功率。带外接探头的高端吸收式功率计，大多是数字读数；现在新款基本都带显示屏，能以最直观的方式展示测量结果。
工作原理很简单：功率探头/测头内部先生成一路模拟电压，再送入主机。加上现在数字处理技术很强，这类功率计内置大量运算处理能力，不光能测连续波，还可以适配测量多种复杂调制信号。
我们在挑选射频或者微波功率计时，选对配套的功率探头特别关键。功率探头分好几种，不同探头适配不一样的射频测试场景。有的探头专门用来测平均功率，还有的可以测脉冲功率、峰值包络功率这类信号。
重点要记住：功率探头本身就是一个射频负载，会把信号功率直接吸收掉。因此大功率款的功率计，内部都会搭配大功率负载，用来耗散高功率，避免烧坏。
如果被测功率太大，也可以用别的办法：通过耦合器只取样一小部分功率，或者外加大功率衰减器降压，保证进入功率探头的信号，不会超出它的额定承受范围。
二、功率计探头的分类
1、射频功率探头的主流技术类型
功率探头是整台功率计的核心部件，选哪种探头，完全看你后续要用来做什么测试。
所有射频功率检测技术，基本就分成两大类：
（1）二极管检波式
（2）热量检测式（热电类）
这两种方案早就问世很多年了，经过长期迭代优化，现在性能都做得非常强、精度很高。因为两者的工作特性不一样，所以在实际工程里，各自的适用场景也完全不同。
2、二极管检波式射频功率探头
功率计里最简单好用的一类射频功率探头，核心就是靠二极管整流来输出检测信号。
这类二极管型探头，会先把射频功率消耗在内部负载上，再用二极管检波，把负载两端的交流电压整流处理，最后靠这个整流后的信号，算出输入的射频功率大小。
很多基础款模拟功率计都用这种方案，就连不少高性能专业功率计，也照样在用。
二极管探头两大核心优势
（1）能测极小功率
检测下限特别低，部分高端款能测到-70dBm的微弱信号，这个灵敏度，是发热式探头完全比不了的。
（2）响应速度快
对比热量检测的探头，二极管版本反应更快、跟信号更及时。老式功率计对二极管输出信号的处理比较简单；现在都会用数字信号处理技术，运算更复杂、精度更高。可以按需处理数据：需要长时间积分平均读数也行，需要快速、实时瞬时读数也能实现。
虽然二极管检波原理很基础，但要做成高精度测试仪器，设计难点不少。
普通二极管存在电荷存储效应，会限制工作区间。所以射频功率探头基本都用肖特基势垒二极管，它电荷存储很小，而且导通门槛电压更低。
硅材质肖特基管导通电压大概0.3V，就算门槛很低，还是会限制最小可测信号，大概要到-20dBm以上的信号，才能克服这个导通电压被检测到。
有种解决办法：给二极管做交流耦合，外加0.3V偏置电压。但偏置电流会带来导通噪声和温漂，最终灵敏度也就只能提升大概10dB，提升有限。
现在行业里越来越多用砷化镓（GaAs）二极管，性能全面碾压硅二极管。
射频探头里的砷化镓管，大多采用平面掺杂势垒工艺，成本更高，但在微波频段的综合表现优势巨大。
目前射频、微波场景里，二极管功率探头是主流选择。搭配先进数字信号处理算法，单只探头就能实现超多测试功能，这是发热式探头做不到的。因为二极管能捕捉信号包络，所以各种复杂波形都能测。
3、热量检测式射频功率探头
顾名思义，这类探头的原理很直白：让负载消耗射频信号产生热量，再检测温度上升幅度，换算成功率。
核心优点是测出来的是真实平均功率，因为热量是一段时间内输入功率的累积总和。
完全不挑信号波形：连续波、调幅、调频、调相、脉冲信号、高峰均比信号、复杂调制波形，全都能精准测平均功率。尤其现在QAM、各类相位调制信号用得越来越多，这类信号包络不固定，发热式探头的优势就特别明显。
但缺点也很明显：有温度响应时间常数，没法测瞬时功率，需要实时瞬态读数的场景不能用。
发热式探头主要分两种技术：
（1）热敏电阻式功率探头
应用历史非常久，技术成熟，是高精度功率测量的常用方案。虽然近几年热电偶、二极管方案越来越普及，但热敏电阻探头依然不可替代——它可以用直流功率替代射频功率做整机校准，实操很方便。
原理：射频信号在负载上发热，引起温度变化，再通过热敏元件感知。
常用两种测温元件：
- 镇流电阻：细金属丝，正温度系数；
- 热敏电阻：半导体材质，负温度系数，尺寸极小，直径大概只有0.5毫米，现在主流只用这种。
内部一般用平衡电桥架构：靠直流偏置，把热敏电阻的阻值稳定在固定值。当射频功率输入、发热导致热敏电阻阻值下降时，设备会自动降低直流偏置，维持电桥平衡。偏置量的减少幅度，就对应射频功率的大小。新款热敏电阻探头，会多加一组补偿热敏电阻，用来抵消环境温度变化带来的测量漂移，读数更稳。
（2）热电偶式功率探头
现在射频、微波领域用得特别广泛，两大优势：
第一是灵敏度比热敏电阻更高，能测更小信号，轻松达到微瓦级；第二是具备平方律检波特性：输入射频功率，和热电偶输出的直流电压成严格正比，换算简单。
结构结实耐用，抗造性优于热敏电阻。它是纯纯的热量检测原理，测的也是真实平均功率，只要你需要测平均功率，不管什么信号制式都能用。
原理很好理解：两种不同金属的接点，温度不一样时，就会产生微弱电压差。现代微波用的热电偶，基本集成在单颗硅芯片里，专门检测负载电阻消耗射频信号产生的热量。
最后总结一下选型逻辑
大多数射频功率计，都可以更换不同类型探头，适配不同测试需求：
- 发热式探头：适合需要平均功率、长期积分测量的场景；
- 二极管探头：适合小微弱信号、需要快速瞬时测量、看包络波形的场景。
实际使用时，一定要根据自己的测试场景，选对探头类型。不同类型的射频功率计、驻波表，适用场景各不相同。吸收式功率计精度更高，实验室里用得最多；串联在线式功率计，更偏向户外现场、工程现场实操使用。
