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흡수 RF 파워 센서 유형

흡수 RF 파워 센서 유형

RF 전력은 항상 측정하기 쉬운 것은 아닙니다. RF 전력을 측정하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 각각 고유 한 장점과 단점이 있습니다. 따라서 사용되는 RF 전력 센서의 유형은 측정 할 신호 유형에 따라 달라집니다. 일부 유형의 RF 전력 센서 기술은 저전력에 더 적합하고 다른 유형은 엔벨로프가 변하는 변조 기술 등에 적용됩니다.

일반적으로 RF 또는 마이크로파 전력계는 모든 제어 및 처리 회로가 포함 된 장치로 구성되지만 전력 자체는 일반적으로 센서 또는 "헤드"라고하는 곳에서 감지됩니다. 따라서 전력계는 특히 전력과 관련하여 정확한 요건에 따라 다수의 전력 헤드 중 하나를 사용할 수 있습니다.

파워 미터는 헤드에 흡수되는 RF 파워의 부하 역할을한다는 점에 유의해야합니다. 이 고전력 미터는 필요한 수준의 전력을 분산시킬 수있는 큰 부하를 가지고 있습니다. 또는 RF 전력계 헤드의 전력 등급이 초과되지 않도록 커플러를 사용하거나 고전력 감쇠기를 사용하여 전력의 작은 부분을 추출 할 수 있습니다.

RF 전력 센서 기술

RF 파워 센서는 모든 RF 파워 미터의 핵심 요소이며 센서 유형의 선택은 예상되는 응용 분야에 따라 달라집니다. RF 전력계 기술은 다음 두 가지 기본 범주 중 하나에 속합니다.

  • 다이오드 검출기 기반
  • 열 기반

두 가지 유형의 미터가 수년 동안 사용 가능했지만 두 기술 모두 수년에 걸쳐 크게 개선되었으며 매우 높은 수준의 성능을 충족 할 수 있습니다. 서로 다른 속성을 고려할 때 다양한 유형의 응용 프로그램에서도 사용됩니다.

다이오드 검출기 기반 RF 파워 미터 센서

RF 전력계에 사용되는 가장 강력한 형태의 RF 전력 센서는 다이오드 정류기를 사용하여 출력을 생성합니다. 다이오드를 사용하는 RF 전력 센서는 센서가 부하에서 RF 전력을 분산 시키도록 설계되었습니다. 그런 다음 다이오드 감지기가 부하에 나타나는 전압 신호를 정류 한 다음이를 사용하여 부하에 들어가는 전력 레벨을 결정할 수 있습니다.

이 기술은 고성능 전력계에도 사용되지만 많은 기본 아날로그 전력계에 사용되는 것은 이러한 형태의 전력 센서입니다.

다이오드 기반 RF 전력 센서에는 두 가지 주요 이점이 있습니다.

  • 첫 번째는 매우 낮은 수준의 전력까지 신호를 측정 할 수 있다는 것입니다. 이러한 다이오드 기반 RF 전력 센서 중 일부는 -70dBm의 낮은 전력 레벨을 측정 할 수 있습니다. 이것은 열 기반 RF 파워 센서를 사용할 때 가능한 것보다 훨씬 낮습니다.
  • 다이오드 기반 RF 전력계 센서의 또 다른 장점은 열 기반 품종보다 더 빠르게 반응 할 수 있다는 것입니다. 일부 구형 전력계에서는 다이오드 RF 전력 센서의 출력이 간단한 방식으로 처리되지만 디지털 신호 처리 기술을 사용하여 판독 값을 훨씬 더 정교하게 처리 할 수 ​​있습니다. 이러한 방식으로 판독을 처리하여 필요한 형식으로 결과를 제공 할 수 있으며, 시간이 지남에 따라 통합이 필요하거나 필요한 경우 더 빠르고 즉각적인 판독이 가능합니다.

검출기로서의 다이오드 작동의 기본 원리는 잘 알려져 있지만, 다이오드 검출기의 설계는 정확한 테스트 장비를 설계 할 때 몇 가지 문제를 제시합니다. 첫 번째는 일반 다이오드의 저장된 전하 효과가 다이오드의 작동 범위를 제한한다는 것입니다. 결과적으로 금속 반도체 다이오드 (쇼트 키 배리어 다이오드)는 RF 전력 센서에 사용됩니다. 이러한 다이오드는 저장 전하 수준이 훨씬 적고 순방향 전도 턴온 포인트가 낮기 때문입니다.

쇼트 키 다이오드의 낮은 턴온 전압 (실리콘의 경우 0.3V)에도 불구하고 이는 여전히 감지 할 수있는 최저 신호 레벨을 제한합니다.이 전압을 극복하려면 약 -20dBm의 신호가 필요합니다. 한 가지 접근법은 다이오드를 AC 커플 링하고 0.3V 바이어스를 적용하는 것이지만, 이는 바이어스 전류에 의해 도입 된 전도 노이즈 및 드리프트의 결과로 감도를 약 10dB 만 증가시킵니다.

오늘날 갈륨 비소 (GaAs) 반도체 다이오드는 실리콘 다이오드와 비교할 때 우수한 성능을 제공하기 때문에 현재 자주 사용됩니다. RF 전력 센서에 사용되는 갈륨 비소 다이오드는 일반적으로 평면 도핑 장벽 기술을 사용하여 제조되며 다이오드가 더 비싸지 만 마이크로파 주파수에서 전력 센서에 상당한 이점을 제공합니다.

RF 및 마이크로파 다이오드 전력 센서가 종종 선택되는 센서입니다. 다이오드의 출력은 고급 디지털 신호 처리를 사용하여 처리 할 수 ​​있습니다. 이는 단일 센서가 열 기반 센서로는 불가능한 다양한 기능을 제공 할 수 있음을 의미합니다. 엔벨로프를 감지하는 다이오드를 사용하여 다양한 파형을 측정 할 수 있습니다.

열 기반 RF 전력계 센서

이름에서 알 수 있듯이 열 기반 센서는 부하의 소스에서 전력을 소산 한 다음 그에 따른 온도 상승을 측정합니다.

열 기반 RF 전력 센서는 발산되는 열이 일정 기간 동안 입력 된 전력의 통합이므로 실제 평균 전력을 측정 할 수 있다는 장점이 있습니다. 결과적으로 이러한 RF 전력 센서는 파형과 관계없이 RF 전력 레벨을 측정합니다. 따라서 파형이 CW, AM, FM, PM, 펄스, 파고율이 크거나 다른 복잡한 파형으로 구성되어 있는지 여부에 관계없이 측정이 적용됩니다. 이것은 특히 QAM 및 다른 형태의 위상 변조가 점점 더 많이 사용되고 있으며 일정한 엔벨로프가 없기 때문에 많은 경우에 특히 이점입니다.

이러한 RF 파워 센서의 시정 수를 고려할 때 순간 값을 측정하는 데 적합하지 않습니다. 이러한 측정이 필요한 경우 다른 유형의 센서가 더 적합 할 수 있습니다.

사용되는 두 가지 주요 기술이 있습니다.

  • 서미스터 RF 파워 센서 : 서미스터 RF 전력 센서는 수년 동안 널리 사용되어 왔으며 고품질 RF 전력 측정을 수행 할 수있는 매우 유용한 방법을 제공합니다. 최근 몇 년 동안 열전대 및 다이오드 기술이 대중화되었지만 서미스터 RF 전력 센서는 시스템 교정을 위해 DC 전력을 대체 할 수 있기 때문에 종종 선택되는 RF 전력 센서입니다.

    서미스터 RF 전력 센서는 RF 부하에서 RF가 소멸되어 온도 상승이 발생한다는 사실을 사용합니다. 이 온도 상승을 감지하는 데 사용할 수있는 센서에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 양의 온도 계수를 갖는 얇은 와이어 인 바 레터로 알려져 있습니다. 다른 하나는 서미스터로, 일반적으로 직경이 약 0.5mm에 불과한 음의 온도 계수를 갖는 반도체입니다. 오늘날 RF 파워 센서에는 서미스터 만 사용됩니다.

    균형 잡힌 브리지 기술이 일반적으로 사용됩니다. 여기서 서미스터 소자의 저항은 DC 바이어스를 사용하여 일정한 저항으로 유지됩니다. RF 전력이 서미스터에서 소멸되어 저항을 낮추는 경향이 있으므로 브리지의 균형을 유지하기 위해 바이어스가 감소합니다. 바이어스의 감소는 전력이 소멸되고 있음을 나타냅니다.

    오늘날의 서미스터 센서에는 판독 값을 상쇄 할 수있는 주변 온도 변화에 대한 보상을 제공하는 두 번째 서미스터 세트가 포함되어 있습니다.

  • 열전대 RF 전력 센서 : 열전대는 요즘 RF 및 마이크로파 파워 센서에 널리 사용됩니다. 열전대는 두 가지 주요 이점을 제공합니다.
    • 서미스터 RF 전력 센서보다 높은 수준의 감도를 나타내므로 낮은 전력 수준을 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 마이크로 와트까지 전력 측정을 제공하도록 쉽게 만들 수 있습니다.
    • 열전대 RF 및 마이크로파 전력 센서는 제곱 법칙 감지 특성을 가지고 있습니다. 그 결과 입력 RF 전력이 열전대 센서의 DC 출력 전압에 비례합니다.
    • 그들은 매우 견고한 파워 센서를 제공합니다. 서미스터보다 더 견고합니다.
    열전대는 진정한 열 기반 센서이므로 진정한 평균 전력을 제공합니다. 따라서 평균 수준의 전력이 필요한 경우 모든 신호 형식에 사용할 수 있습니다.

    열전대의 원리는 간단합니다. 서로 다른 금속의 접합은 서로 다른 온도에 배치 될 때 작은 전위를 발생시킵니다.

    RF 및 마이크로파 전력 센서에 사용되는 최신 열전대는 일반적으로 단일 실리콘 집적 회로 칩 내에 설계됩니다. 부하 저항에서 RF 신호의 결과로 발산되는 열을 감지합니다.

많은 RF 전력계는 정확한 특성 측정에 따라 다양한 무선 주파수 전력 센서를 사용할 수있는 기능을 제공합니다. 열 기반 RF 전력 센서는 통합 측정이 필요한 애플리케이션에 더 적합하지만 다이오드 기반 센서는 낮은 레벨 또는 즉각적인 측정이 필요한 경우 더 적합합니다. 따라서 예상되는 응용 분야에 따라 센서를 선택해야합니다.


비디오보기: 파나소닉 투과형 디지털 변위센서 HG-T (일월 2022).