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翻译：高小强
本文中，我们将讨论峰值功率传感和平均功率传感之间的区别，并简略介绍一些不同类型的传感。同时，将更进一步地介绍传感的检测过程，并提供什么传感可能更适宜您的应用的一些建议。
传感技术
现今市场上有各类各样的功率传感，每种功率传感具有不同的功能和特点。并且，这种功率传感的技术核心都是使用以下三种技术之一：热传感、二极管传感、或接收机(或剖析仪)。每种技术都有其固有的优点和缺点，为此，不仅频度/动态范围指标以外，更应当通过其他参数来选择所须要的传感类型。首先，剖析下不同技术之间的差别，以更好地了解不同传感器器的工作。
热传感
现今市场上有两种常见的热传感构架：测热(或热敏内阻)传感和热电偶传感。热敏传感一般基于惠斯通电桥，该结构包含一个热敏内阻作为主要器件之一(如图1所示)。
图1：热功率传感构架示例
当射频讯号步入到热敏内阻时，其气温因而内阻就会改变。之后反馈支路会调整传递到电桥的直流功率电平，以保持平衡。直流功率的变化(非常是减少)与施加到热敏内阻的射频功率直接相关，因而可以进行确切的功率检测。这些关系称为DC代替。在现今大多数基于热敏内阻的传感中，都有第二个热敏内阻来测量并补偿环境湿度的变化。幅射计传感是最早可用的功率传感之一。它们具有所有常见传感类型中最好的线性度，这使其在标准实验室中成为计量标准。并且，它们在常见的传感中，动态范围(有时只有-20dBm至+10dBm)却是最低的，而且很容易破损，其连续波毁坏功率仅约为+20dBm。
第二类热传感，即热电偶传感，其主要原理为：汤姆森效应和珀尔帖效应。珀尔帖发觉功率串联和并联的算法，异种金属结可以依据通过它们的方向电压而被加热或冷却。汤姆森则发觉，只要存在室温差，单个导体内都会形成电磁场。汤姆森效应和珀尔帖效应一起被称为塞贝克效应，它成为了现代热电偶检测器件的基本化学模型。
图2：热敏内阻功率传感构架示例
这些技巧的第一个优点是电流变化和功率变化之间的线性关系十分好，这都会得到高精度的功率值。其次，热电偶器件一般具有良好的抗ESD或其他瞬态烧毁的能力。最后，热电偶滤波器可以检测RMS功率，并且与调制方法无关。这将满足几乎任何讯号类型的平均功率检测需求，而且这也会带来些缺点。
气温变化和相应的电流变化在检测之前须要一定的构建时间。所以热电偶传感的检测速率比其他传感慢得多。它们的上升时间在微秒范围内，因而不适宜检测峰值或脉冲功率。热电偶传感还具有较高的本底噪音，在实际检测中，动态范围一般被限制在约-30dBm或-35dBm至+20dBm。
晶闸管传感
功率传感中第二种常见类型是基于晶闸管的传感。基本构架十分简单：将相应RF讯号输入到负载内阻(一般为50Ω匹配内阻)，该负载内阻与三极管串联且与电容器并联。随着功率上升，晶闸管控制电容两端的电压/电流，之后将其读取并转换为功率读数。
图3：晶闸管功率传感构架示例
内阻两端的功率与电容两端的电流之间的关系，可以分为三个不同的区间：
图4：晶闸管检查器输出对输入功率的响应
在研究晶闸管传感时，一般会听到的一个术语是“真均方根值(true-RMS)”。该术语是指，传感获取的所有功率检测值均取自晶闸管平方律区的读数。仅使用一个三极管，传感的动态范围将高于-20dBm，这对于许多RF讯号来说是不够的。须要检测较高功率讯号的用户可以在RF讯号和传感之间放置一个衰减器，并且额外的衰减器会引入失配不确定和与其他频度相关的特点，这就会对功率检测的确切性形成负面影响。
为了才能在更宽的动态范围内进行真均方根(RMS)检测，许多厂家早已开发了两路或三路晶闸管传感构架，这些构架的传感才能将高功率讯号保持在晶闸管的平方律区。这样的传感通过将讯号分为两路或三路来实现，每位路径都有一个外置了衰减器的晶闸管。
图5：三路径晶闸管功率传感的示意图
通过将衰减器外置到电路中，设计人员才能最大程度地降低失配，并对任何线性误差进行预补偿。结果是所有讯号步入正确的晶闸管路径，以使其保持在晶闸管的平方律区内，因而检测得到真均方根值，与调制无关的平均功率读数。
图6：三路径晶闸管检测范围示例
不仅三路径传感之外，还有CW晶闸管传感或峰值/脉冲晶闸管传感。连续波传感使用单路径晶闸管构架，其算法可处理不同晶闸管区的功率关系。峰值功率传感须要宽带接收机，以捕获讯号中的快速变化。但这也接收到了更多的噪音，动态范围被限制在-30dBm左右。
与须要一些构建时间反应热量变化的热电偶传感不同，晶闸管几乎可以立刻对输入电流的任何变化作出反应。所以晶闸管传感的检测速率基本上仅受传感处理数据能力的限制。现今具有更好处理技术的新型传感功率串联和并联的算法，可以做到每秒检测速率达数千和数万次。晶闸管传感的精度也相当好，但一般不如热传感好。选择热传感取代晶闸管的主要诱因是须要更高的精度(如上述校正示例所示)。
接收机
最后一种功率检测技术是无线接收机，但功率检测一般不是这项技术的主要功能。通常只能在更高昂的设备(比如频谱剖析仪)中集成了该项功能。值得一提是，这种接收机可以为工程师和测试人员提供市场上任何功率传感都未能提供的优势。
首先，与大多数在频域中工作的功率传感相反，无线接收机进行的是基频的检测。这意味着可以将接收机调整为仅检测用户定义频度范围内的功率。热传感和晶闸管传感是宽带的，因而它们将包含来自任何频度的功率，包括纹波或其他无关讯号。而无线接收机可以从最终功率检测中滤除这些不须要的讯号。
与典型的热传感或晶闸管传感相比，无线接收机的本底噪音也低得多，因而它们可以检测低得多的讯号功率。现今市场上最好的传感的检测范围为-70dBm。接近本底噪音的讯号须要大量平均能够获得稳定的读数，虽然这么，不确定性也会上升。而接收机的本底噪音可能远高于-，因而这就能否找到并检测许多永远不会在热传感或晶闸管传感上记录的讯号。
无线接收机的主要缺点(不仅频谱剖析仪的高价外)是整体精度。无线接收机的检测不确定度可能小于±2dB。可调性和较低的本底噪音可以帮助填补这一缺点(如上述情况)，并且在受控的实验室情况下，精确检测功率还是最好采用热敏或晶闸管传感。接收机最适宜于生产线中的简单验证测试(所谓的“开/关”测试)或传输系统的现场测试，比如无线返程或分布式天线系统(DAS)。
传感的应用选择
考虑所有这种信息后，怎样选择合适的功率传感？这取决于：首先，问问自己须要完成哪些测试，您是否正在为新产品进行精确功率校正？这么精度可能是最重要的，而热传感则是您的最佳选择。其实您正在对成品进行质量检测，检测速率和功率检测范围是您的最大需求。在这些情况下，晶闸管传感甚至接收机可能是最好的选择。想了解安立公司的功率传感系列产品，请点击最下方阅读原文。