功率計和功率傳感器工作原理（二）

將加到射頻電橋上的偏置功率相對于加到補償電橋上的功率進行比較，射頻功率由下式給出：

Prf=(Vc^2-Vrf^2)/4R

式中，Prf為射頻功率；Vc為加到補償電橋上的電壓；Vrf為加到射頻電橋上的電壓；R為熱敏電阻傳感器在平衡時的電阻。

功率計包含一個在通Vc與Vrf之和成正比的時期內閉合的電子開關，從而在儀表測量部件M中形成電流流動，其大小通Vc與Vrf之差成正比。通過儀表的電流的平均值計算式，不加射頻功率時，Vc=Vrf，這個條件在使用者啟動自動調零電路時便能得到。現代熱敏電阻功率計提供10mW---1uW輸入功率范圍的測量能力（40dB),并可提供能工作在100KHZ---1000GHZ頻率范圍內不同波段的傳感器。

熱敏電阻傳感器曾經廣泛用于一般用途的功率測量，但它們已被能提供更佳性能的其他功率檢測方法取代。現在的主要用途是功率計和傳感器的校準。

2.熱電偶功率傳感器和功率計

工程師十分希望功率傳感器具有寬動態范圍、低漂移和小駐波比，且一臺儀器能夠容納寬的頻率范圍。利用熱電偶的功率傳感器便能滿足這些要求。

兩種相異導體的連接形成一對熱電偶結，這些結兩端存在的任何溫度梯度將產生電壓。功率傳感器的熱電偶結構被設計成包括一個耗散大部分外加功率的電阻器。電阻器的的溫度升高，在附件的熱電偶結兩端便形成溫度梯度，從而產生與功率成正比的電壓。兩組這類結構實際上可以這樣取向，使由電阻器耗散的功率產生的溫升引起兩個熱電偶結構產生相加的溫差電壓，而由環境溫度變化產生的溫度梯度則引起相抵消的溫差電壓，因而將零讀數的漂移減至最小。該電阻器的阻值被設計成為傳輸線提供良好匹配的終端。

功率傳感器中使用的熱電偶元件可能由金、（n)型硅和氮化鉭電阻材料構成，而薄膜結構則提供工作在超過40GHz頻率上所需的小尺寸和精密幾何形狀。圖5是利用這些技術的熱電偶傳感器的示意圖。

圖5  熱電偶功率計原理簡圖

熱電偶的靈敏度可以借助其直流輸出電壓的幅度相對于傳感器耗散的射頻功率的大小來說明。典型靈敏度約為160uV/mW，低達1.0uW的功率電平可以用這類傳感器進行測量。必須測量的直流電壓可能低達0.16uV，所以功率計內部的放大器必須提供高增益。重要的是，這些放大器不能添加到待測微伏電壓上或從中減去的任何附加直流偏置。

圖6所示的斬波輸入放大器和同步檢波器能夠滿足這個要求。斬波器用方波驅動信號進行工作，它直接將交流耦合放大器的輸入電容器轉接傳感器的輸出端或者轉接到地。輸入電容器由直流輸入電壓充電并由接地放電，所以到放大器的輸入信號變成幅度正比于傳感器輸出的方波。交流耦合放大器具有足夠高的增益，產生數伏的輸出方波且不包含偏置電壓。同步檢波器靠與斬波器一樣相同信號工作的另一個開關，它將放大器輸出與RC（電阻器）濾波器相連或將濾波器輸入接地。由于輸出轉接與輸入斬波器同步，故濾波電容器由輸入直流電壓產生的方波的同一半周期充電。濾波器的輸出是很容易加以處理和顯示的直流電壓。

圖6  斬波輸入放大器和同步檢波器