Датчик мощности NRP18TN, или ваттметр поглощаемой мощности NRP18TN, относится к термопарным датчикам мощности Rohde&Schwarz. Термодатчики (датчики тепловой мощности) особенно часто используются для сложных измерения, в которых необходима самая высокая точность.

Измерения СВЧ-мощности представляет собой важный аспект на всех этапах разработки любого РЧ или СВЧ оборудования – от обычных мобильных телефонов до сложных радиолокационных систем. При сегодняшних сложных типах модуляции и уплотнении передаваемой информации точные и эффективные измерения мощности стали жизненно необходимыми.

Инженеры должны быстро ориентироваться в вопросах выбора датчиков, чтобы обеспечить уверенность в достоверности и точности результатов измерений. При выборе датчика мощности стоит обратить внимание на такие факторы как: диапазон частот, динамический диапазон, погрешность и скорость измерений.

Краткие характеристики

• Диапазон рабочих частот: от 0 Гц до 18 ГГц
• Диапазон измеряемой мощности: от 300 нВт до 100 мВт
• Абсолютная погрешность: 0.040-0.082 дБ
• Относительная погрешность: 0.01 дБ
• Входной разъем: тип N (вилка)
• Габаритные размеры: 73 × 26 × 146 мм
• Вес: 0.35 кг

Возможность подключения по LAN

Датчики мощности Rohde&Schwarz серии NRPxx LAN оптимально решают задачи удалённого мониторинга, будь то спутниковые комплексы или ускорители частиц. Их можно разместить в разных точках системы, сохраняя точность и синхронность измерений. Благодаря интерфейсу LAN легко преодолевается проблема больших расстояний между зонами контроля и центром управления. Дополнительное удобство обеспечивает поддержка PoE: датчики получают питание напрямую через LAN-кабель. Это упрощает их интеграцию и снижает затраты на инфраструктуру.

Важно (!),  используемая Ethernet-сеть должна поддерживать стандарт PoE. В противном случае датчики должны быть подключены к локальной сети через PoE-совместимый коммутатор.

Датчики на основе термопары (термический)

Принцип действия датчиков основан на термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными разнородными проводниками образуется контактная разность потенциалов (термо-ЭДС), зависящая от разности температур, вследствие поглощения СВЧ мощности одним из проводников. Величина термо-ЭДС пропорциональна СВЧ-мощности.

Датчик мощности конструктивно состоит из встроенного термоэлектрического элемента (термопарного преобразователя), преобразователя и микропроцессора. Встроенный термоэлектрический элемент преобразовывает изменение температуры в напряжение постоянного тока. Преобразователь выполняет функции усиления и аналого-цифрового преобразования напряжения постоянного тока в цифровой код. Микропроцессор выдает численные значения измерений СВЧ мощности на выход.

Все составные элементы датчика мощности расположены в едином корпусе.

Термоэлектрический эффект

Технология термоэлектрического эффекта обычно используется для измерения средней мощности сигналов всех типов. Например немодулированных синусоидальных или  сигналов со сложными видами цифровой модуляции. При этом не играет роли наличие гармоник, форма или искажения сигнала.

Преобразователь реагирует на полную суммарную мощность сигналов во всем динамическом диапазоне. Этот режим измерений является предпочтительным, если измерение не синхронизируется или не может быть засинхронизировано каким-либо сигнальным событием. Пиковая импульсная мощность может быть вычислена на основе средней мощности и учета скважности сигнала. Малая скорость измерений (порядка 45 мс) компенсируется очень высокой точностью измерений.

Термодатчики имеют очень широкий диапазон рабочих частот от 0 до 170 ГГц. При работе в СВЧ-диапазоне, зачастую приходится иметь дело с волноводным трактом.

Особенности Датчик мощности NRP18TN

В целях повышения точности измерений уникальное аппаратное обеспечение термодатчиков мощности R&S NRPxxT(N) сводит к минимуму шум измерений. И в то же время обеспечивает устойчивость датчиков к тепловым воздействиям окружающей среды. Это является его неоспоримым плюсом на рынке.

Другой уникальной особенностью ваттметра является возможность проведения более 500 измерений в секунду в режиме буферизации.

Несмотря на исключительную точность, и широчайший диапазон рабочих частот, динамический диапазон преобразователей данного типа составляет около 55 дБ. Они менее чувствительны, по сравнению с диодными, и поэтому, в меньшей степени подходят для измерений низких уровней мощности.

Преимущества

• Диапазон измеряемой мощности: от -35 до +20 дБм
• Высочайшая точность измерений
• Использование Г-коррекции и коррекции S-параметров для минимизации рассогласования источника сигнала и датчика
• Межповерочный интервал 2 года
• Широкие возможности подключения для отображения результатов измерений:
  • а) с блоком индикации R&S NRX
  • б) с другими измерительными приборами Rohde&Schwarz
  • в) с компьютером по интерфейсу USB
  • г) с устройствам на базе Android

Г-коррекция

Основным источником ошибок при измерении мощности является рассогласование источника сигнала и датчика. Из-за отражения, которое нельзя исключить, измеряется не номинальная мощность источника (PВых), передаваемая в датчик, а мощность (Pизм), которая отличается от номинальной на некоторую величину. Чтобы минимизировать влияние несогласованного источника, коэффициент стоячей волны (КСВ) на стороне датчика был снижен насколько возможно. А также, зная комплексный коэффициент отражения на выходе ИУ, его можно загрузить в датчик по шине USB. Датчик исправляет ошибку рассогласования за счет Г-коррекции. При этом учитывается свое собственное низкоомное рассогласование. Такой подход позволяет выполнять измерения со значительно более высокой точностью.

Коррекция S-параметров

Проблема рассогласования возникает в тестовых конфигурациях, в которых датчик не удается подключить непосредственно к измеряемому источнику. Особенно часто такая ситуация возникает в процессе производства. Например когда для согласования уровня требуется подключить кабель или аттенюатор. В этом случае, в память датчика, по шине USB, можно загрузить полный набор S-параметров подключенного девайса. Данная коррекция используется для математического сдвига опорной плоскости к исследуемому устройству за счет учета S-параметров всех компонентов, установленных раньше по ходу сигнала. Необходимый формат данных (s2p) генерируется любым векторным анализатором цепей.

Взаимодействие с другими измерительными приборами Rohde&Schwarz

Датчики мощности также могут взаимодействовать с широкой номенклатурой измерительного оборудования: анализаторы спектра, генераторы сигналов, анализаторы цепей. Датчики мощности серии NRPxxS/T/A(N) подключаются к панели прибора (к специальному 6-пиновому разъему) через интерфейсный кабель NRP-ZK6 или к стандартному USB-разъему (через интерфейсный кабель NRP-ZKU). Также специальный кабель NRP-ZK8 позволяет подключаться к базовому блоку NRX.

При необходимости многоканальных измерений можно воспользоваться USB-концентратором NRP-Z5. Он позволяет использовать до 4 датчиков на одном ПК. Для датчиков серии NRPxxS/T/A(N) дополнительно требуются 6-пиновые кабели NRP-ZK6. USB-концентратор также сочетает в себе функции источника питания, шины синхронизации и входа/выхода синхронизации.

Дополнительные возможности

Каждый внешний измеритель мощности представляет собой дополнительный приемный порт. И он может служить различным целям (не только для точных измерений мощности), например:

• с анализаторами спектра: для запуска измерений при заданном уровне мощности;
• с анализаторами цепей: для калибровки мощности, при измерении точной мощности сигнала в произвольной точке испытательной установки (плоскость отсчета). Или для получения результатов для сигналов при неточных или неизвестных частотах (измерение смесителя с неизвестным гетеродинным сигналом);
• с генераторами сигналов: при анализе мощности (опция -K28 для генераторов R&S SMA/SMF) – измеряются время нарастания и время спада импульса, длительность импульса и его динамический диапазон. Кроме того, может выполняться анализ характеристик ИУ в зависимости от мощности/времени/частоты.

USB-концентратор

К концентратору R&S NRP-Z5 можно подключать до четырех датчиков R&S NRPxxS(N), R&S NRPxxT(N), R&S NRPxxA(N) или R&S NRP-Z. Профессиональное решение для запуска обеспечивает одновременный внутренний и внешний запуск всех подсоединенных датчиков.