RF检波器是如何测量信号功率或幅度的呢?


RF(射频)检波器用于测量信号功率或幅度,其核心原理是将高频RF信号转换为直流或低频信号,以便后续处理和测量。不同类型的RF检波器工作原理有所差异,下面为你详细介绍常见的几种RF检波器测量信号功率或幅度的方式。
二极管包络检波器
工作原理
二极管包络检波器基于二极管的单向导电性。当RF信号施加到二极管上时,二极管只在信号的正半周导通,负半周截止。这就相当于对RF信号进行了半波整流,将高频信号的负半周去除。
整流后的信号还包含高频成分,通过低通滤波器(通常由电阻和电容组成)滤除这些高频成分,只保留信号的包络,也就是信号的幅度变化信息,最终输出一个与输入RF信号包络幅度成正比的直流电压。
测量功率或幅度方式
幅度测量:输出的直流电压值直接反映了输入RF信号的幅度大小。通过测量这个直流电压,就可以得到输入RF信号的幅度。例如,在一个简单的调幅广播接收机中,二极管包络检波器将调幅的RF信号解调为音频信号,同时其输出直流电压也能体现输入RF信号的幅度,通过测量该电压就能知道信号幅度情况。
功率测量:由于信号功率与幅度存在平方关系( ,其中 为功率, 为电压, 为负载电阻),在已知负载电阻的情况下,根据测量得到的幅度(电压)值,就可以计算出输入RF信号的功率。
特点
结构简单、成本低,但动态范围相对较窄,且对输入信号的频率有一定限制,通常适用于低频、小信号的幅度或功率测量。
对数放大器检波器
工作原理
对数放大器由多个级联的放大器单元组成,每个单元的增益呈对数关系。当RF信号输入到对数放大器时,随着输入信号幅度的增加,放大器的输出电压按照对数规律增长。
这种对数特性使得对数放大器能够在很宽的动态范围内(如 -70dBm 至 0dBm)对信号进行测量,适用于测量大范围的信号功率。
例如,在一个从微弱信号到较强信号都能接收的通信系统中,对数放大器可以准确地测量不同强度的输入信号。
测量方式
功率测量:通过对数放大器的输出电压与输入信号功率之间的对数关系,建立校准曲线或公式。在实际测量时,测量对数放大器的输出电压,然后根据校准关系将其转换为输入信号的功率值。
幅度测量:由于信号幅度与功率相关,在已知负载电阻的情况下,也可通过功率测量结果间接得到信号幅度。
特点
动态范围宽,测量精度较高,但电路相对复杂,成本也较高。
平方律检波器
工作原理
平方律检波器利用某些半导体器件(如肖特基二极管)在特定条件下的平方律特性。当输入信号幅度较小时,器件的输出电流与输入信号的电压的平方成正比。
当RF信号施加到平方律检波器上时,器件内部的电流会随着输入信号电压的平方变化,通过测量这个电流并将其转换为电压信号,就可以得到与输入信号幅度相关的信息。
测量方式
幅度测量:直接测量平方律检波器的输出电压,该电压与输入信号幅度的平方成正比。通过适当的电路和校准,可以将输出电压转换为输入信号的幅度值。
功率测量:在已知负载电阻的情况下,根据功率公式 ( 为信号幅度对应的电压, 为负载电阻),结合幅度测量结果计算信号功率。
特点
适用于测量小信号,具有较高的灵敏度,但在大信号情况下可能不再满足平方律关系,测量精度会下降。
同步检波器
工作原理
同步检波器需要一个与输入RF信号同频同相的本地参考信号。它将输入信号与参考信号相乘,然后通过低通滤波器滤除高频分量,得到一个与输入信号幅度相关的直流或低频信号。
例如,在相干解调系统中,同步检波器可以准确地恢复出原始信号的幅度信息。
测量方式
幅度测量:测量低通滤波器输出的直流或低频信号的电压值,该值与输入信号的幅度成正比。通过校准,将输出电压转换为输入信号的幅度值。
功率测量:结合负载电阻,根据幅度测量结果计算输入信号的功率。
特点
测量精度高,但需要精确的本地参考信号,电路相对复杂,成本较高,适用于对测量精度要求较高的场合。
责任编辑:Pan
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