اندازه‌گیری توان در سیگنال‌های RF و مایکروویو

تبدیل محور X به طول موج در CST - rfplus.ir
فیلم: چگونه در CST محور X را از فرکانس به طول موج تغییر دهیم؟
۳ تیر ۱۳۹۵
10-way Power Combiner
بهینه‌سازی یک ترکیب‌کننده توان مخروطی ۱۰ پورتی با CST MWS
۳۱ مرداد ۱۳۹۵
RF/Microwave Power Meter

Power Meter

اندازه‌گیری دقیق توان در سیگنال‌های RF و مایکروویو نیازمند دانستن ماهیت متغیر با زمان سیگنال‌های مورد تست است.

اندازه‌گیری توان تنها برای آزمایشگاه نیست، بلکه برای بسیاری از سیستم‌های RF و مایکروویو الزامی است. به‌عنوان‌مثال، مانیتورینگ توان تشعشعی یک آنتن، این اطمینان را می‌دهد که یک سیستم مخابراتی در محدوده توان مجاز خودکار می‌کند. اندازه‌گیری توان دریافتی در برخی سیستم‌ها می‌تواند به کالیبره کردن حساسیت گیرنده برای تعیین حداکثر فاصله از هدف کمک کند.

خوشبختانه ابزارهای اندازه‌گیری توان، بهبود چشمگیری داشته‌اند. اکنون بسیاری از سازندگان قطعات نیمه‌رسانا، مدارات مجتمع (IC) با قابلیت اندازه‌گیری دقیق توان را معرفی کرده‌اند که با دستگاه‌های اندازه‌گیری قابل‌مقایسه هستند. برای درک بهتری از روش‌های اندازه‌گیری توان، مروری بر اصول اندازه‌گیری توان RF و مایکروویو می‌تواند سودمند باشد.

تولید توان و همچنین حفظ آن می‌تواند بسیار گران باشد. اتلاف توان در یک سیستم مخابراتی –مثلاً تلفات در یک فیلتر- می‌تواند دریافت سیگنال دلخواه را مختل کند. بسیاری از سیستم‌هاُ ابزاری برای اندازه‌گیری توان دارند تا مشکلات احتمالی را قبل از ایجاد شدن، آشکار کرده و جلوی اختلالات عملیاتی را بگیرند.

تعریف توان

توان، انرژی در واحد زمان است که با واحد وات (W) تعریف می‌شود، درواقع ۱ وات برابر است با ۱ ژول (J) در ثانیه. برحسب ولتاژ، توان برابر است با حاصل‌ضرب ولتاژ در جریان (P = V x I)  که می‌تواند نسبت به زمان متغیر باشد. ازآنجایی‌که توان برای بعضی از سیگنال‌ها مانند سیگنال‌های مدوله‌شده دیجیتالی، می‌تواند تغییر کند، اندازه‌گیری توان سیگنال RF و مایکروویو برای انواع سیگنال، نیازمند تجهیزات تست مناسب است.

سنسور توان

در آزمایشگاه، اندازه‌گیری سطح توان سیگنال‌های فرکانس بالا به‌وسیله پاورمتر (Power Meter) و سنسور توان مناسب، انجام می‌شود. سه نوع سنسور توان برای اندازه‌گیری توان RF و مایکروویو استفاده می‌شود: سنسورهای مقاومت حرارتی (thermistor)، سنسورهای ترموکوپلی و سنسورهای دیودی. هر سه سنسور برای اندازه‌گیری سطح توان سیگنال‌های پیوسته (CW) مناسب هستند، ولی تنها سنسورهای دیودی هستند که زمان پاسخ‌دهی سریعی داشته و برای اندازه‌گیری دقیق توان متغیر با زمان سیگنال‌های پالسی یا مدوله‌شده، مناسب هستند.

سنسورهای توان ترمیستوری

سنسورهای توان ترمیستوری، سطح توان را از افزایش دمای ناشی از اعمال توان به مقاومت، اندازه‌گیری می‌کنند. ترمیستور یک نیمه‌هادی با ضریب دمایی منفی است که مقاومت آن با تغییرات دمایی ناشی از توان RF و مایکروویو اعمال‌شده، تغییر می‌کند. ازآنجایی‌که مشخصه مقاومت ترمیستورها نسبت به توان اعمالی، غیرخطی است، استفاده از آن‌ها برای اندازه‌گیری توان خیلی ساده نیست. آن‌ها معمولاً با یک پل و مدل‌های مختلف بایاس (DC یا AC) استفاده می‌شوند تا درمجموع به‌صورت یک مقاومت ثابت برای توان اعمالی RF و مایکروویو دیده شود. پاورمتر بر اساس تغییرات سنسور به‌عنوان تابعی از توان ورودی، کالیبره شده و سپس برای محاسبه توان RF و مایکروویو در محدوده دینامیکی ترمیستور استفاده می‌شود.

سنسورهای ترموکوپلی

سنسورهای ترموکوپلی بر اساس این اصل کار می‌کنند که دو فلز غیر یکسان با دماهای متفاوت در محل اتصال خود، یک ولتاژ تولید می‌کنند. بر اساس اثر Peltier (فیزیکدان کاشف این اثر) یک ترموکوپل از دو فلز مناسب تشکیل‌شده است که در پاسخ به افزایش دما، ولتاژ کمی تولید می‌کند. وقتی جریان از اتصال دو فلز ترموکوپل عبور می‌کند باعث ایجاد حرارت در یک فلز و جذب حرارت در فلز دیگر می‌شود. این جریان الکترون‌ها یا بارها می‌تواند به‌عنوان جزئی از یک سنسور توان استفاده شود. حرارت نای از توان اعمالی، به یکی از فلزها (نه هردوی آن‌ها) اعمال می‌شود که باعث ایجاد جریان در محل اتصال که سرد است می‌گردد. سنسورهای ترموکوپلی پیشرفته عموماً از ترموکوپل‌هایی که به‌صورت چیپ با اتصال فلزهای مناسب ساخته‌شده‌اند، استفاده می‌کنند.

سنسورهای دیودی

سنسورهای دیودی از قابلیت یک‌سوسازی یا تبدیل جریان AC به DC دیودهای شاتکی (Schottky Diode) استفاده می‌کنند. به خاطر مواد استفاده‌شده در ساخت دیودها از سیلیکون تا گالیم آرسناید (GaAs)، پهنای باند فرکانسی و همچنین قابلیت اندازه‌گیری توان در فرکانس‌های RF و مایکروویو افزایش‌یافته است. البته با توجه به اینکه پروسه یک‌سوسازی مشخصه ولتاژ-جزیان غیرخطی دارد، روش‌های خطی سازی و جبران دمایی نیاز است تا اندازه‌گیری دقیق توان توسط سنسورهای دیودی انجام شود. این ضرایب تصحیح می‌تواند برای هر دیود به‌صورت مجزا اندازه‌گیری شده و در حافظه‌ای مانند EEPROM روی برد ذخیره شود.

پاورمتر (Power Meter)

سنسورهای توان تنهای نیمی از راه‌حل اندازه‌گیری توان هستند که با یک پاورمتر مناسب کار می‌کنند. پاورمترها به دودسته تقسیم می‌شوند: پاورمترهای قطع کننده (termiating) و پاورمترهای جهتی (directional). در پاورمتر قطع کننده وقتی سنسور توان، در حال اندازه‌گیری توان منبع است، مسیر توان قطع می‌شود. اما در پاورمتر جهتی با کوپل بخشی از توان انتقالی بین منبع و بار توسط یک کوپلر جهتی، بدون قطع مسیر، سطح توان مستقیم و برگشتی را اندازه‌گیری می‌کند.

سازمان‌های استاندارد مانند موسسه ملی استاندارد و تکنولوژی (NIST) در آمریکا، یک سیگنال مرجع ۰dBm = 1mW را برای کالیبره کردن سنسورها مشخص کرده است. این مرجع معمولاً با یک ترمیستور که روی محفظه پاورمتر قرار می‌گیرد، تجهیز می‌شود.

پاورمترهای مدرن خصوصاً وقتی با یک سنسور دیودی مناسب برای اندازه‌گیری سیگنال‌های پالسی همراه می‌شوند، می‌توانند نتایج را در قالب توان آشکارشده، عرض پالس، فرکانس تکرار پالس (PRF) و بازه تکرار پالس (PRI) نمایش دهند.

USB Power sensor

سنسور توان USB

امروزه برای مقاصد آزمایشگاهی، سنسورهای توان بدون نیاز به پاورمتر و تنها بااتصال به یک کامپیوتر از طریق پورت USB قادر به اندازه‌گیری توان هستند که درواقع کامپیوتر نقش پردازشی و کنترلی را بر عهده دارد. شرکت‌های زیادی ازجمله Mini-Circuits چنین تجهیزاتی را ارائه می‌کنند. یک سنسور توان USB عموماً شامل یک کنترلر میکروپروسسوری به‌علاوه یک مدار اندازه‌گیری توان است و از کامپیوتر به‌عنوان نمایش‌دهنده گرافیکی استفاده می‌کند. این سنسورها قابلیت اندازه‌گیری توان CW و پالسی در بازه فرکانسی وسیعی از ۱۰MHz تا ۲۶٫۵GHz را دارند.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

CONTACT US
221, Mount Olimpus, Rheasilvia, Mars,
Solar System, Milky Way Galaxy
+1 (999) 999-99-99
PGlmcmFtZSBzcmM9Imh0dHBzOi8vd3d3Lmdvb2dsZS5jb20vbWFwcy9lbWJlZD9wYj0hMW0xOCExbTEyITFtMyExZDYwNDQuMjc1NjM3NDU2ODA1ITJkLTczLjk4MzQ2MzY4MzI1MjA0ITNkNDAuNzU4OTkzNDExNDc4NTMhMm0zITFmMCEyZjAhM2YwITNtMiExaTEwMjQhMmk3NjghNGYxMy4xITNtMyExbTIhMXMweDAlM0EweDU1MTk0ZWM1YTFhZTA3MmUhMnNUaW1lcytTcXVhcmUhNWUwITNtMiExc2VuITJzITR2MTM5MjkwMTMxODQ2MSIgd2lkdGg9IjEwMCUiIGhlaWdodD0iMTAwJSIgZnJhbWVib3JkZXI9IjAiIHN0eWxlPSJib3JkZXI6MCI+PC9pZnJhbWU+
Thank You. We will contact you as soon as possible.
COMPANY NAME
Dolor aliquet augue augue sit magnis, magna aenean aenean et! Et tempor, facilisis cursus turpis tempor odio. Diam lorem auctor sit, a a? Lundium placerat mus massa nunc habitasse.
  • Goblinus globalus fantumo tubus dia montes
  • Scelerisque cursus dignissim lopatico vutario
  • Montes vutario lacus quis preambul denlac
  • Leftomato denitro oculus softam lorum quis
  • Spiratio dodenus christmas gulleria tix digit
  • Dualo fitemus lacus quis preambul patturtul
CONTACT US
Thank You. We will contact you as soon as possible.
PGlmcmFtZSBzcmM9Imh0dHBzOi8vd3d3Lmdvb2dsZS5jb20vbWFwcy9lbWJlZD9wYj0hMW0xOCExbTEyITFtMyExZDYwNDQuMjc1NjM3NDU2ODA1ITJkLTczLjk4MzQ2MzY4MzI1MjA0ITNkNDAuNzU4OTkzNDExNDc4NTMhMm0zITFmMCEyZjAhM2YwITNtMiExaTEwMjQhMmk3NjghNGYxMy4xITNtMyExbTIhMXMweDAlM0EweDU1MTk0ZWM1YTFhZTA3MmUhMnNUaW1lcytTcXVhcmUhNWUwITNtMiExc2VuITJzITR2MTM5MjkwMTMxODQ2MSIgd2lkdGg9IjEwMCUiIGhlaWdodD0iMTAwJSIgZnJhbWVib3JkZXI9IjAiIHN0eWxlPSJib3JkZXI6MCI+PC9pZnJhbWU+
Thank You. We will contact you as soon as possible.

برای دانلود کتاب الکترونیک «راهنمای سریع CST» ایمیل خود را در کادر زیر وارد کنید:
ایمیل شما نزد RFplus محفوظ است