在射頻工程應用領(lǐng)域，經(jīng)常需要長期監(jiān)測射頻鏈路某處的功率值及其穩(wěn)定性，設(shè)計和測試人員需要關(guān)注哪些因素，來確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和一致性？數(shù)據(jù)異常時的分析方法又如何？
功率傳感器的選擇
標準監(jiān)測設(shè)備是功率計，業(yè)內(nèi)公認功率計是射頻功率測量最準確的儀器設(shè)備。當前主流商用功率傳感器的類型分為熱電傳感器和二極管傳感器，其中二極管傳感器通常采用多通道測量技術(shù)，用不同視頻濾波器帶寬VBW，又分為通用型 ( VBW ≈ 150kHz )，平均型 ( VBW ≈ 150Hz )，寬帶型 ( VBW ≥ 30MHz )。
熱電傳感器如 R&S NRPxxT，例如NRP18T頻率范圍DC~18GHz，NRP40T頻率范圍DC~40GHz；通用傳感器如 R&S NRPxxS，例如NRP40S頻率范圍10MHz~40GHz；平均傳感器如 R&S NRPxxA，例如NRP18A頻率范圍8kHz~18GHz；寬帶傳感器如 R&S NRP-Z8x，例如NRP-Z85頻率范圍50MHz~40GHz。
下表比較上述幾種類型傳感器的指標，對于功率在-10~0dBm的連續(xù)波測試，溫度范圍20~25°C，平均功率測試的準確度，熱電傳感器最準，其次是通用和平均型，最差是寬帶傳感器。
測量功率范圍也是一個需要關(guān)注的指標，上述功率傳感器的功率測量范圍如下表，在選型之前需要根據(jù)測量目標功率選擇合適的傳感器。
選型指南
﹒功率在-10~0dBm的連續(xù)波測試，選擇熱電傳感器；
﹒當被測信號功率小于-30dBm時，選擇通用型傳感器；
﹒寬帶傳感器可以監(jiān)測脈沖包絡(luò)電平數(shù)據(jù)，并由此自動計算峰值和平均值功率，還有脈寬和周期等時間參數(shù)；熱電和通用傳感器通常準確測量平均值功率，也可以通過輸入占空比數(shù)值，計算獲得峰值功率。
功率計測試連接和布置
功率監(jiān)測的連接布置如下圖，將定向耦合器接入信號傳輸鏈路，傳感器A監(jiān)測前向功率，選配傳感器B監(jiān)測反射信號功率。
這樣的測試連接方法，可應用于信號傳輸節(jié)點的功率穩(wěn)定性長期監(jiān)測。例如，信號源或功放的長期穩(wěn)定性測量，即“老煉試驗”。
影響準確性和一致性的因素
測試中如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，需要分析定位其原因，確保數(shù)據(jù)是真實測量結(jié)果數(shù)據(jù)。
﹒環(huán)境因素：溫濕度、噪聲和振動等，會影響測試結(jié)果數(shù)據(jù)的準確性。例如溫度變化造成的測試數(shù)據(jù)波動，約為0.002~0.004dB/K；外界射頻噪聲干擾測試結(jié)果。
﹒被測設(shè)備特性或缺陷：在監(jiān)測過程中，被測設(shè)備可能偶然出現(xiàn)暫時不正常工作狀態(tài)，例如真空管放大器老煉試驗過程中可能發(fā)生“打火”現(xiàn)象，這對功率傳感器而言可能是“毀滅級”的。
﹒信噪比帶來的不確定度：溫濕度、噪聲和振動等，會影響測試結(jié)果。例如溫度變化造成的測試數(shù)據(jù)波動，約為0.002~0.004dB/K；外界射頻噪聲干擾測試結(jié)果。
﹒功率傳感器調(diào)零和修正因子：功率傳感器的調(diào)零Zero就是自校準，注意在調(diào)零時，傳感器空載，不可輸入信號；如果工作環(huán)境溫濕度變化程度較大時，建議進行一次調(diào)零。
功率計測量時，需要輸入被測信號的載波頻率，用來激活相應頻率處的修正因子；輸入頻率錯誤會造成錯誤的測量數(shù)據(jù)。
﹒不同型號功率計數(shù)據(jù)差異：除了量程范圍以及不確定度不同，各類功率傳感器對同一場景的測試數(shù)據(jù)也可能有差異。例如非周期偶發(fā)瞬態(tài)功率變化，變化期間寬帶傳感器與熱電和通用傳感器的測試值差異較大。對于諧波和雜散較差的測試設(shè)備，如果傳感器頻率范圍不同，也會出現(xiàn)較大差異，通常頻率范圍寬的傳感器捕獲更多諧波和雜散，從而測得更大的功率值。在排查異常數(shù)據(jù)時，功分器連接兩種傳感器同時測量并長時間記錄功率數(shù)據(jù)，比較其數(shù)值差異。
﹒功率計與頻譜儀數(shù)據(jù)差異：純凈連續(xù)波的平均功率測量，以功率計測量值為準，要求諧波和雜散越低越好，相對連續(xù)波信號功率至少<-30dBc，頻譜儀的讀數(shù)偏差就是它的功率測量誤差，功分器連接頻譜儀和功率計同時測量的過程，就是頻譜儀校準過程。
對于諧波雜散很差的被測設(shè)備，例如 -10dBc的諧波，采用純凈源+功分器和上述方法校準過的頻譜儀的測試結(jié)果，代表信號真實功率，信號載波頻率、諧波頻率可分別單獨測量。
頻譜儀對于寬帶信號的測量需要采用統(tǒng)計測量或信道功率測量，結(jié)果與平均功率對應，如果被測設(shè)備諧波和雜散較小，以功率計測量值為準。（作者：陳峰）
