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翻譯：高小強
本文中，我們將討論峰值功率傳感和平均功率傳感之間的區別，并簡略介紹一些不同類型的傳感。同時，將更進一步地介紹傳感的檢測過程，并提供什么傳感可能更適宜您的應用的一些建議。
傳感技術
現今市場上有各類各樣的功率傳感，每種功率傳感具有不同的功能和特點。并且，這種功率傳感的技術核心都是使用以下三種技術之一：熱傳感、二極管傳感、或接收機(或剖析儀)。每種技術都有其固有的優點和缺點，為此，不僅頻度/動態范圍指標以外，更應當通過其他參數來選擇所須要的傳感類型。首先，剖析下不同技術之間的差別，以更好地了解不同傳感器器的工作。
熱傳感
現今市場上有兩種常見的熱傳感構架：測熱(或熱敏內阻)傳感和熱電偶傳感。熱敏傳感一般基于惠斯通電橋，該結構包含一個熱敏內阻作為主要器件之一(如圖1所示)。
圖1：熱功率傳感構架示例
當射頻訊號步入到熱敏內阻時，其氣溫因而內阻就會改變。之后反饋支路會調整傳遞到電橋的直流功率電平，以保持平衡。直流功率的變化(非常是減少)與施加到熱敏內阻的射頻功率直接相關，因而可以進行確切的功率檢測。這些關系稱為DC代替。在現今大多數基于熱敏內阻的傳感中，都有第二個熱敏內阻來測量并補償環境濕度的變化。幅射計傳感是最早可用的功率傳感之一。它們具有所有常見傳感類型中最好的線性度，這使其在標準實驗室中成為計量標準。并且，它們在常見的傳感中，動態范圍(有時只有-20dBm至+10dBm)卻是最低的，而且很容易破損，其連續波毀壞功率僅約為+20dBm。
第二類熱傳感，即熱電偶傳感，其主要原理為：湯姆森效應和珀爾帖效應。珀爾帖發覺功率串聯和并聯的算法，異種金屬結可以依據通過它們的方向電壓而被加熱或冷卻。湯姆森則發覺，只要存在室溫差，單個導體內都會形成電磁場。湯姆森效應和珀爾帖效應一起被稱為塞貝克效應，它成為了現代熱電偶檢測器件的基本化學模型。
圖2：熱敏內阻功率傳感構架示例
這些技巧的第一個優點是電流變化和功率變化之間的線性關系十分好，這都會得到高精度的功率值。其次，熱電偶器件一般具有良好的抗ESD或其他瞬態燒毀的能力。最后，熱電偶濾波器可以檢測RMS功率，并且與調制方法無關。這將滿足幾乎任何訊號類型的平均功率檢測需求，而且這也會帶來些缺點。
氣溫變化和相應的電流變化在檢測之前須要一定的構建時間。所以熱電偶傳感的檢測速率比其他傳感慢得多。它們的上升時間在微秒范圍內，因而不適宜檢測峰值或脈沖功率。熱電偶傳感還具有較高的本底噪音，在實際檢測中，動態范圍一般被限制在約-30dBm或-35dBm至+20dBm。
晶閘管傳感
功率傳感中第二種常見類型是基于晶閘管的傳感。基本構架十分簡單：將相應RF訊號輸入到負載內阻(一般為50Ω匹配內阻)，該負載內阻與三極管串聯且與電容器并聯。隨著功率上升，晶閘管控制電容兩端的電壓/電流，之后將其讀取并轉換為功率讀數。
圖3：晶閘管功率傳感構架示例
內阻兩端的功率與電容兩端的電流之間的關系，可以分為三個不同的區間：
圖4：晶閘管檢查器輸出對輸入功率的響應
在研究晶閘管傳感時，一般會聽到的一個術語是“真均方根值(true-RMS)”。該術語是指，傳感獲取的所有功率檢測值均取自晶閘管平方律區的讀數。僅使用一個三極管，傳感的動態范圍將高于-20dBm，這對于許多RF訊號來說是不夠的。須要檢測較高功率訊號的用戶可以在RF訊號和傳感之間放置一個衰減器，并且額外的衰減器會引入失配不確定和與其他頻度相關的特點，這就會對功率檢測的確切性形成負面影響。
為了才能在更寬的動態范圍內進行真均方根(RMS)檢測，許多廠家早已開發了兩路或三路晶閘管傳感構架，這些構架的傳感才能將高功率訊號保持在晶閘管的平方律區。這樣的傳感通過將訊號分為兩路或三路來實現，每位路徑都有一個外置了衰減器的晶閘管。
圖5：三路徑晶閘管功率傳感的示意圖
通過將衰減器外置到電路中，設計人員才能最大程度地降低失配，并對任何線性誤差進行預補償。結果是所有訊號步入正確的晶閘管路徑，以使其保持在晶閘管的平方律區內，因而檢測得到真均方根值，與調制無關的平均功率讀數。
圖6：三路徑晶閘管檢測范圍示例
不僅三路徑傳感之外，還有CW晶閘管傳感或峰值/脈沖晶閘管傳感。連續波傳感使用單路徑晶閘管構架，其算法可處理不同晶閘管區的功率關系。峰值功率傳感須要寬帶接收機，以捕獲訊號中的快速變化。但這也接收到了更多的噪音，動態范圍被限制在-30dBm左右。
與須要一些構建時間反應熱量變化的熱電偶傳感不同，晶閘管幾乎可以立刻對輸入電流的任何變化作出反應。所以晶閘管傳感的檢測速率基本上僅受傳感處理數據能力的限制。現今具有更好處理技術的新型傳感功率串聯和并聯的算法，可以做到每秒檢測速率達數千和數萬次。晶閘管傳感的精度也相當好，但一般不如熱傳感好。選擇熱傳感取代晶閘管的主要誘因是須要更高的精度(如上述校正示例所示)。
接收機
最后一種功率檢測技術是無線接收機，但功率檢測一般不是這項技術的主要功能。通常只能在更高昂的設備(比如頻譜剖析儀)中集成了該項功能。值得一提是，這種接收機可以為工程師和測試人員提供市場上任何功率傳感都未能提供的優勢。
首先，與大多數在頻域中工作的功率傳感相反，無線接收機進行的是基頻的檢測。這意味著可以將接收機調整為僅檢測用戶定義頻度范圍內的功率。熱傳感和晶閘管傳感是寬帶的，因而它們將包含來自任何頻度的功率，包括紋波或其他無關訊號。而無線接收機可以從最終功率檢測中濾除這些不須要的訊號。
與典型的熱傳感或晶閘管傳感相比，無線接收機的本底噪音也低得多，因而它們可以檢測低得多的訊號功率。現今市場上最好的傳感的檢測范圍為-70dBm。接近本底噪音的訊號須要大量平均能夠獲得穩定的讀數，雖然這么，不確定性也會上升。而接收機的本底噪音可能遠高于-，因而這就能否找到并檢測許多永遠不會在熱傳感或晶閘管傳感上記錄的訊號。
無線接收機的主要缺點(不僅頻譜剖析儀的高價外)是整體精度。無線接收機的檢測不確定度可能小于±2dB。可調性和較低的本底噪音可以幫助填補這一缺點(如上述情況)，并且在受控的實驗室情況下，精確檢測功率還是最好采用熱敏或晶閘管傳感。接收機最適宜于生產線中的簡單驗證測試(所謂的“開/關”測試)或傳輸系統的現場測試，比如無線返程或分布式天線系統(DAS)。
傳感的應用選擇
考慮所有這種信息后，怎樣選擇合適的功率傳感？這取決于：首先，問問自己須要完成哪些測試，您是否正在為新產品進行精確功率校正？這么精度可能是最重要的，而熱傳感則是您的最佳選擇。其實您正在對成品進行質量檢測，檢測速率和功率檢測范圍是您的最大需求。在這些情況下，晶閘管傳感甚至接收機可能是最好的選擇。想了解安立公司的功率傳感系列產品，請點擊最下方閱讀原文。