什么是射频功率检测器？
功率检测器是广泛使用的RF组件，可将RF输入信号转换为与RF输入功率成比例的输出DC电压。功率检测器可用于许多应用，包括自动增益控制电路，发射天线功率监控，保护敏感电路免受脉冲和功率尖峰的影响，以及广泛的测试和测量应用。Mini-Circuits已为这些应用开发了不同类型的高频，高精度功率检测器。这些功率检测器设计克服了毫米波频率下的设计难题，从而使产品功能在价格点上提供了市场领先的性能。这些设计挑战包括在指定产品外壳的宽频率范围内改善检测器的输入和输出匹配，与竞争产品相比，在工作频率范围内扩展动态范围性能。本文将概述不同类型的功率检测器，以及每种功率检测器最适合的一些常见应用。还将针对每种类型的检测器介绍测量设置的特定用例。
连续波与调制波形
本节将对时域和频域中的正弦波/连续波（CW）波形与调制波形进行一般性介绍和解释。我们还将讨论波形的时域和频域签名的差异。
图1显示了CW信号和调制信号的时域和频域响应。在左上方的时域图中，CW信号具有固定的频率和固定的幅度。x轴以时间（秒）为单位，y轴以伏特为单位的振幅。右上方的照片是CW时域信号在频域中的快速傅立叶变换（FFT）。x轴以频率（Hz）为单位，y轴以幅度单位为伏特。从FFT可以看出，CW信号的频率响应是在单个频率上具有固定幅度的单个音调。左下方的照片是时域中的调制波形。在此，信号的频率和幅度都随时间变化。右下方的照片显示了此调制波形的FFT。从FFT可以看出，时域中频率和幅度的调制转换为频域中幅度和频率的变化。根据CW和调制波形的时域和频域特征，可以预期必须使用不同的功率检测器架构，以便处理这些不同类型的时域和频域波形，以产生准确的DC电压表示。实际波形。
图1：时域和频域中的连续波和调制波形。
峰值与RMS功率检测器
如图1所示和上面所讨论的，在时域和频域中，CW和调制波形之间存在根本差异。这些波形差异需要不同类型的功率检测器，才能将RF信号正确转换为该信号的DC表示。对于图1所示的CW波形，使用峰值/包络检波器将CW波形的峰值幅度及时转换为输出DC值。对于图1所示的CW信号，包络在时间上是一个恒定的幅度。峰值/包络检波器将在功率检波器的输出处将CW信号的峰值幅度转换为DC值。对于图1中的调制波形，更适合使用RMS功率检测器架构。在这种功率检测器架构中，调制信号的平均信号功率。这些类型的检测器适用于在时域响应中具有较大峰均比（PAR）的调制波形。在图1中，时域中调制信号的幅度可能会发生很大变化，这是这些类型的波形的典型特征。因此，与简单地测量调制波形的峰值相反，调制波形的RMS测量更合适，因为调制波形的RMS测量比峰值测量将提供更准确的波形表示。
微型电路功率检测器的峰值与RMS功率测量
Mini-Circuits提供两种类型的检测器产品，频率高达40 GHz或更高。ZV47-K44 +是一种检测器，是峰值/包络检测器。ZV47-K44RMS +是均方根（RMS）检测器。如上所述，前者测量RF输入信号的瞬时幅度，并产生与RF输入信号的幅度成比例的输出DC电压。这是峰/包络功率检测器传递函数的特征。
作为计算峰值/包络检波器的峰值/包络检波器传递函数的示例，可以使用ZV47-K44 +数据表中的测量数据。如果进入峰值/包络检测器的信号是CW信号，则可以描述为：
其中A峰值是CW正弦波的峰值，F代表工作频率。
甲峰和F分别对应于时域曲线图和在顶部的FFT曲线的频率和振幅的左和在图1中右图片的CW信号。
峰值/包络检测器的传递函数为K（伏特/ V peak）。因此，可以使用峰值/包络检波器传递函数通过以下公式计算输出直流电压：
对于ZV47-K44 +功率检测器，图2中显示了连续波（CW）输入正弦波在各种输入频率下的输出电压与输入功率传递函数的关系。图2中的每种颜色代表一个不同的输入CW频率，并且CW的幅度在x轴上从-30 dBm扫描到+15 dBm。ZV47-K44 +的直流输出电压在y轴上测量。
从图2可以看出，在+15 dBm输入功率下，使用ZV47-K44 +数据表的测量曲线（输出电压与频率@输入功率时的+15 dBm测量曲线），在10 GHz时测得的输出DC电压约为3.8V输入连续波频率。可以通过以下公式确定+15 dBm CW信号的峰值电压：
对于+15 dBm输入信号功率，
结果是：
使用测得的3.8V @ +15 dBm CW信号功率@ 10 GHz时的DC输出电压，峰值/包络检波器的传递函数可计算为：
从图2可以看出，ZV47-K44 +的输入工作频率范围为500 MHz至43.5 GHz。ZV47-K44 +功率检测器具有如此宽的工作频率范围，可用于各种市场的基带，IF，RF和mmW应用，适用于各种市场，包括测试和测量以及5G mmW点对点解决方案。ZV47-K44 +的包装如图3所示。功率检测器采用紧凑的，镀金的镍镀黄铜合金外壳（0.84 X 0.96 X 0.37英寸），具有2.92毫米RF连接器。
图2：ZV47-K44 + DC输出电压与CW输入功率在整个频率上的关系
图3：ZV47-K44 +封装
ZV47-K44 +在43.5 GHz时具有比竞争对手型号更高的检测动态范围（4 dB），误差为±1 dB。扩展的动态范围对于包括5G和mmW测试和测量在内的许多应用而言都很重要。对于当前和将来的应用，工作频率和功率水平都在继续增加。为了在5G的mmW频率下测量诸如功率放大器之类的组件的这些增加的功率电平，功率检测器还必须能够提供扩展的动态范围以及在这些频率下对这些功率电平的准确测量。在功率谱的另一端（较低），在-40至-30 dBm的功率水平范围内，希望在mmW频率范围内准确测量这些低功率水平（小的非线性误差）。基于二极管检测器的解决方案通常无法准确处理低功率水平。从封装的角度来看，卫星客户的反馈表明，与QFN封装相反，连接器组件是首选的封装方法。连接器式模块封装方法提供了功率检测器的外壳，并最大程度地减少了串扰并提供了更好的屏蔽。ZV47-K44 +的封装和性能为解决这些问题提供了独特的解决方案。
相反，RMS功率检测器测量输入信号的平均信号功率（RMS），而不是输入信号的幅度或峰值。该检测器的直流输出电压表示该平均信号功率。该检测器的响应为dB线性。小型电路的RMS检测器
是线性dB，在35 dB输入信号动态范围内具有+29 mV / dB的对数斜率，在该动态范围内的精度为±1 dB。所述ZV47-K44RMS +非常适合于复杂的波形，例如OFDM，QAM，和WCDMA其中PAR，或波峰因数，可大12分贝的测定，并为在时间的调制波形的测量期间可以变化领域。
上面在图1中讨论了调制波形的示例。ZV47-K44RMS +的传递函数如图4所示。应该注意的是，在图4中，传递函数是针对RMS输入信号的，而不是针对CW信号的。 ZV47-K44 +就是这种情况，它们之间的区别已在前面讨论过。ZV47-K44RMS +与ZV47-K44 +封装类型相同。每种检测器格式均适用于所讨论的不同信号类型的不同类型的测量。ZV47-K44 +可用于关注信号基于CW的应用中。ZV47-K44RMS +对于使用调制方案的通信应用是必需的，例如用于蜂窝基站的收发器。
图4：ZV47-K44RMS +直流输出电压与整个频率上RMS输入功率的关系
ZV47-K44 +和ZV47-K44RMS +具有广泛的应用和用例。两种检测器产品的一个测试和测量用例如图5所示。所示系统是RF发射器，但是相同的测试方法也适用于RF接收器。功率检测器已沿着RF信号路径放置。这些检测器的添加为变送器提供了内置的自测（BIST）功能。通过添加这些检测器，可以测量几个发射器特性，包括沿RF信号路径的标称室温RF增益以及RF信号链的温度性能。此功能使RF发射机的增益与温度之间的关系已知，并且所测得的数据可用于调整RF发射机在整个温度范围内的增益误差。
图5：使用ZV47-K44 +或ZV47-K44RMS +来测量RF发射机在整个温度范围内RF信号路径的增益
功率检测器的另一种应用如图6所示，它描绘了RF接收器的一部分。在此应用中，ZV47-K44 +或ZV47-K44RMS +功率检测器用于监视混频器的输出功率。功率检测器的直流输出电压通过积分器输入处的电阻器转换为电流。该电流由DAC电压V DAC与检测器输出电压之差除以电阻值确定。积分器的输出电压进入电压可变衰减器。可变电阻衰减器将随时间调整其值，直到混频器的输出功率达到预期的信号功率水平（由DAC电压V DAC设置）为止。该电路在接收器周围形成一个自动增益控制（AGC）环路，并通过AGC反馈的作用来控制混频器的输出功率。随着DAC电压VDAC增大或减小，混频器的输出功率将增大或减小。
图6：在反馈自动增益控制（AGC）环路中使用ZV47-K44 +或ZV47-K44RMS +。
有许多有用的应用程序可以利用此处介绍的功率检测器提供的功能。峰值/包络检波器可用于500 MHz以上的任何混合信号/模拟/ RF应用中，以测量信号链中信号的幅度。该检测器还可用于脉冲系统中的脉冲检测，并校准正交调制器的LO馈通。RMS检测器也可以在相同情况下用来测量调制波形而不是CW信号。