在無線電測量領域，功率測量是一項非常重要的基本測量參數。R&S公司推出的新型功率探頭不但能夠更準更快的進行功率測量，還能夠提供更高的動態范圍，更靈活的連接方式。針對某些需要通過網絡實現“真正”遠程測量的需求，R&S也提供了自己獨有的測量方案。

1. 引言

長久以來，功率計一直是無線信號功率測量的重要工具。功率計通常由兩部分組成，分別是功率探頭和功率計主機。傳統的功率探頭主要負責把高頻無線電信號轉換可以直接檢測的電信號，而功率計主機則負責對轉換之后的電信號進行測量并顯示。

隨著科技的發展，各個公司把測量芯片內置到功率探頭內部，這樣功率探頭就可以自己進行功率測量然后把測量結果傳輸給功率計主機，我們稱這樣的探頭為“智能功率探頭”，而功率計主機主要負責顯示數據。這樣的話，功率測量的主要誤差來源是來自于功率探頭，而非功率計主機，也就是說功率探頭本身的性能對功率測量的準確度會起到決定性的影響。下面我們簡要介紹一下R&S推出的新型功率探頭的性能指標以及使用方式。

2. 新型智能功率探頭NRPxxS/SN系列簡介

羅德與施瓦茨公司（下文簡稱R&S）以其在無線電測試與測量領域八十余年的領先經驗和創新技術，推出了新型的智能功率探頭NRPxxS系列和NRPxxSN系列，其中“S”代表智能化，“N”則代表支持網絡連接。該系列功率探頭不但能夠提供更準更快的功率測量，還能夠提供更大的動態范圍以及更靈活的遠程測量方式。

目前市場上有各種不同類型的功率探頭，其中主要有熱敏電阻型、熱電偶型、檢波二極管型等。其中二極管功率探頭由于其具有速度快、動態范圍大的優勢，因而在通用功率測試領域得到了廣泛應用。本文將要介紹的R&S新型功率探頭NRPxxS/SN系列功率探頭就屬于二極管功率探頭。

2.1 更準更快的功率測量

R&S新型功率探頭NRPxxS/SN系列與老款探頭相比，將功率測量的下限由-67dBm擴展到了-70dBm，這樣做的好處不僅僅是能夠測量更微弱的信號，還在于針對小信號測量能夠有效地提高測量速度。

在功率測量中，針對小信號測量，理論上增大平均次數可以有效地降低噪聲的影響，能夠保證得到更準確穩定的測量結果。而增大平均次數無疑會導致測量速度變慢，所以新型功率探頭設計了更低的噪底以提高測量速度。 理論上，當功率探頭噪底降低50%（即降低3dB）的時候，平均次數要變為原有的四倍才能夠達到同樣的測量準確度。

圖1中可以看到，針對-60dBm這樣的小信號，新型功率探頭想要達到0.1dB的測量準確度的話，打開16次平均即可達到。如果是R&S的老款功率探頭的化，需要64次平均才可以達到0.1dB的測量準確度。

圖1 新型功率探頭針對-60dBm信號的測量結果

2.2 更高的動態范圍

R&S新型功率探頭NRPxxS/SN系列巧妙地采用了三通道的測量方式來提高動態范圍。三個測量通道能夠提供高達93dB的動態范圍，低至-70dBm的測量下限。這種多通道功率探頭，傳統的測量方式是針對不同功率大小的信號，功率探頭采用不同的通道去進行測量，當被測信號功率有大幅度改變的時候，通道之間采用直接切換的方式，將測量通道換成下一個通道。這樣的方法可以有效的擴展動態范圍，但是會產生額外的問題，例如滯后效應、不同通道的線性度不一致等。

針對傳統多通道測量帶來的一些問題，R&S新型功率探頭采用同時測量的方式來避免這些問題。新型功率探頭在測量開啟的時候，三個通道之中的一個通道將會是主要測量通道，但同時所有的通道都會進行連續測量，最終每個通道貢獻不同的權重系數進行合并從而得到總的測量結果，這樣可以保證在不同通道之間的平滑過渡，不會出現通道之間的硬切換帶來的種種問題。圖2顯示了新型功率探頭的三通道結果以及每個通道主要匹配的功率范圍。

圖2 R&S新型功率探頭三通道結構示意圖

2.3 更靈活的連接方式

前文提到，目前的功率探頭可以將測量芯片內置到功率探頭內部，也就是說功率探頭本身就可以完成主要的測量，在傳統功率測量方案中，功率計主機只是起到了顯示和控制作用。針對這種狀況，為了能夠更方便的對測量功率進行顯示，R&S提供多種連接顯示方式。除了功率計主機，R&S公司的信號源、頻譜儀、網絡分析儀都可以用來當做顯示主機。甚至可以利用電腦來當做功率計主機，這樣可以幫助用戶簡化測試方案。新型功率探頭的連接方式示意圖見圖3。

圖3 R&S新型功率探頭連接方式示意圖

2.4 實現真正的遠程測量

功率探頭有一種應用場景就是遠程功率監測，針對遠程功率監測，傳統的方式都會受限于探頭與主機之間的連接線的長度。為此，R&S獨創性的推出NRPxxSN系列功率探頭，其中“N”代表該功率探頭支持網絡（Network）連接方式。典型的連接方式是利用網線將功率探頭連接到PoE（Power over Ethernet）路由器上，這樣就可以通過PoE路由器訪問并設置功率探頭了。PoE路由器與傳統的路由器相比，增加了一個通過網絡接口供電的功能，所以功率探頭的控制和供電都是通過網線來實現的。

功率探頭利用PoE路由器連接至網絡之后，我們可以利用聯網的電腦來對功率探頭進行控制，并讀取測量結果。所有針對探頭的控制都可以在網頁瀏覽器中實現，無需安裝額外的控制軟件。NRPxxSN系列功率探頭的遠程連接示意圖如圖4所示。

圖4 NRPxxSN系列功率探頭的遠程連接示意圖

3. 小結

本文首先介紹了功率測量的基本方法，然后重點介紹了R&S公司新型功率探頭所采用的一些新技術，以及這些新技術能夠給我們帶來的好處。其中準確度、速度、動態范圍的提升讓我們看到功率探頭在基本測量性能上的改善，而多樣的連接方式和遠程測量方案則給我們提供了更加多樣化的使用方法，可以應對更多特殊的應用場景。