通过USB连接RF/微波功率计

　　微波和RF测量设备的特点是简化依靠通用串行总线(USB)与外部个人电脑(PC)或网络的远程连接。为了测试RF功率，这种远程测量能力可以为从技术员到工程师的各种用户提供广泛应用。 

　　与主机不同，USB功率计/传感器的结合不需要母设备，它能提供真实重量并节省空间，所以打破了传感器和功率计的传统排列方式。USB功率计通常能通过USB电缆与主机电源相连进行工作，节省了功率(图1)。 

　　USB功率计减少了用来处理可交换功率传感器和电缆长度的需求，以及每个功率传感器对应的精确功率参考源的标度。当然，USB电缆生产有各种各样的长度，但自从USB电缆中传输的信息流为数字式而不是模拟式后，与多种电缆插入损耗、噪声和射频干扰(RFI)的相关问题都减少了。在某些应用中，USB可以替换通过通用接口总线(GPIB)电缆连接的自动操作系统。这些沉重的电缆引进于30年前，比USB电缆有着更加严格的长度限制。实际工作于仪器间的USB电缆大约为5 m(16.5 ft)，而在没有补充硬件情况下GPIB电缆的实际极限为2m(6ft.)。在固定测试安装中，有一个正在增长的趋势是利用Ethernet局域网(LAN)的连通性，有时是以仪器操作局域网扩展(LXI)设备的形式；然而，这种解决方法也因LAN电缆无法承载直流电源而受到限制。 

　　在选择USB或其他功率计的问题上，应该记住RF功率测量的两个基本类型平均功率和峰值功率，并不是所有的功率计都能测量两种功率类型。平均功率测量方法提供了经过一段时间的单个数值，由测量仪器定义，最简单的术语描述为信号的热效应。峰值功率或“脉冲整形”通常是一种“功率对时间”测量方法，并不简单的是对那一时刻最高功率等级的测量。 

　　峰值功率测量也能用来得到平均功率和功率的统计函数，例如功率互补累积分布函数(CCDF)。如果信号的脉冲调制和占空因数很低的话，这对平均功率测量是一个更好的选择。在这些情况下，对精确测量来说平均功率的数值可能过小，或由于平均期的时限对信号并不适当可能造成测量的平均功率波动。如果信号的占空因数不恒定那么平均功率测量也并不可靠。这可能在具有自动请求重复错误数据(ARQ)和有限误差概率的系统中发生。 

　　功率计提供峰值功率测量更加通用，那些仅提供平均功率的一般花费较少，如果是USB仪器的话，从主机上获取的功率更少。这种更低的功率消耗延长了电池的寿命，但却仍然提供了精确测量能力(见表1)。 

　　通常有对测量系统距离超过USB连接5m标准极限的需求。几乎所有的便携式计算机、台式计算机和一些个人数字助理(PDA)都提供USB插口。USB连通性也能提供具有相对低功率消耗的多路传感器系统。这一点对保持移动设备的电池寿命非常重要。偶尔会有更大范围的要求。通过结合USB和互联网技术，这也变为可能。一些测量已经在国家之间或大洲之间进行。当如举例的功率计出现时，其他传感器，从键盘到照相机都可以替换或加入他们。 

　　采用现成的技术，多路传感器可连接到一台使用标准USB hub的计算机上。一般地，提供多达八个USB插口，占用了主机的单个USB端口。许多USB hub也能通过采用外部电源的主机沿USB增加电源。级联多路hub允许同时连接127个设备。利用5个串联hub，电缆的长度也可被延长到30m(98ft)，尽管除了临时的解决方法以外USB以这个长度工作是不实际的。 

　　对于更远的距离，单个USB连接可以利用USB扩展器进行增加。RJ-45连接器的5号(LAN)电缆可用于连接两个适配器和建立距离大约50m(164ft)远的连接。一些扩展器仅有20mA电流消耗。如果需要更多的端口或为了注入附加直流电源，那么可以使用一个hub，但有些器件在连接的远程端提供4个USB端口。光纤电缆也容易作为连接媒介利用，尽管光纤电缆的两端必须被独立供电。在某些额外的铜不方便的场合光纤电缆的使用是有利的，例如天线。采用多模光纤和单模光纤连接距离可以增加到500m(1,640ft)和10km(6.2miles)。所有列举的USB扩展器设备型号都是由Icron Technologies公司(www.icron.com)生产的。  　　

　　在提供LAN的地方，具有静态互联网协议(IP)地址的LAN-USB桥或适配器，例如AnywhereUSB就可以使用(图2)。这就给了读物一个穿越国界的机会，且在测量站点并不需要主机。 

　　当要求非常高的可靠性等级并且不能通过用户电子设备达到时，传统解决方法也是必要的。一个典型应用可能为远程广播站点。这些站点包括一些主群组和备用发射机(图4)。 

作者：Craig Allardice，Tony Lymer , Satori Technology公司，Email: craig.allardice@satori-technology.com