Главная | Обратная связь

Диодные преобразователи

Работа термопары основана на том, что при соединении двух разнородных металлов в результате нагрева одного из спаев между ними возникает напряжение (термо-ЭДС), величина которого зависит от разности температур горячего и холодного спаев. Термопарный датчик поглощает энергию высокочастотных и микроволновых сигналов, которая нагревает “горячий” спай. При этом обеспечивается правильное измерение средней мощности для любого типа сигналов - от непрерывных колебаний до сигналов с импульсной или сложной цифровой модуляцией, независимо от уровня гармоник, формы колебаний или искажений сигнала. Поэтому исторически термопарные преобразователи оказались более предпочтительными для систем со сложными форматами модуляции, поскольку инженеры-испытатели могли быть при этом уверены, что преобразователь реагирует на общую суммарную мощность, заключенную в пределах всего интересующего их динамического диапазона. Импульсная мощность радиолокационного сигнала тоже часто вычислялась на основе измеренной средней мощности и известной скважности импульсов.

Однако типичный динамический диапазон (пределы измерения мощности) термопарных преобразователей не превышает 50 дБ, от минус 30 дБм (1 мкВт) до +20 дБм (100 мВт). Широко распространенным видом измерений в системах радиосвязи является "немой" тест, когда выход усилителя мощности заблокирован. Термопарные преобразователи необходимы для измерения параметров усилителя мощности, но они недостаточно чувствительны для измерения мощности в режиме "немого" теста, типичный уровень которой >-55 дБм. При таком ограниченном динамическом диапазоне преобразователя измерение еще более низких уровней мощности превращается в долгую и утомительную процедуру. Для уменьшения разброса результатов и получения точного и устойчивого отсчета при измерении мощности вблизи нижний границы диапазона чувствительности (в типичном случае от минус 25 до минус 30 дБм) требуется усреднение большого числа результатов измерений. Это приводит к необходимости производить замену термопарного преобразователя на диодный с последующей перекалибровкой измерительных трактов.

Диоды преобразуют энергию высокочастотных колебаний в постоянный ток. Это преобразование осуществляется благодаря выпрямительным свойствам диодов, которые обусловлены нелинейностью их вольт-амперной характеристики. На рисунке 1 показана типичная характеристика детектирования диода. Она начинается вблизи уровня шума, около минус 70 дБм, и простирается до +20 дБм. Начальный участок характеристики имеет квадратичный закон, и на этом участке продетектированное выходное напряжение пропорционально входной мощности (V_вых пропорционально V_вх²), что обеспечивает непосредственное ее измерение. При входной мощности более минус 20 дБм вольт-амперная характеристика диода становится линейной (V_вых пропорционально V_вх) и соотношение, справедливое для квадратичного закона, больше недействительно.

Традиционно диодные преобразователи предназначались для измерения мощности в пределах от минус 70 до минус 20 дБм, что делало их привилегированными типами для применений, требующих высокой чувствительности, например для определения входных уровней при измерении чувствительности приемников. В применениях, требующих высокой скорости измерений, диодные преобразователи также предпочтительнее термопарных, поскольку они быстрее реагируют на изменения входной мощности. Примером высокочувствительных преобразователей диодной технологии может служить серия Agilent 8480 с суффиксом D.

Когда необходимо измерять мощность в пределах от минус 70 до +20 дБм, что бывает все чаще и чаще, традиционное решение состоит в использовании диодного преобразователя для измерения малых мощностей и термопарного для больших мощностей. При больших объемах промышленного производства эта конфигурация с использованием двух различных преобразователей накладывает серьезные ограничения на скорость проведения испытаний, особенно если должна поддерживаться оптимальная точность.

Входная мощность, дБм

Рисунок 1 - Характеристика детектирования диода в области квадратичного, переходного и линейного участков