Medida de Potência em Radiofrequência - Técnico Lisboa ... · Sistemas de comunicações sem fios são baseados em modulação I-Q (em fase e quadratura) com ritmos elevados

Sistemas de Medida em RadiofrequênciaSistemas de Medida em Radiofrequência

MEDIDA DE POTÊNCIA EM MEDIDA DE POTÊNCIA EM MEDIDA DE POTÊNCIA EM RADIOFREQUÊNCIASRADIOFREQUÊNCIASRADIOFREQUÊNCIAS

Prof. Francisco AlegriaProf. Francisco Alegria

Outubro de 2003Outubro de 2003

26 de julho de 200526 de julho de 2005 IntroduIntroduççãoão 22

Medida de Potência em Medida de Potência em RadiofrequênciaRadiofrequência

Difere da medida de sinais contDifere da medida de sinais contíínuos ou nuos ou de baixa frequência.de baixa frequência.

Medidas de potência (mMedidas de potência (méédia, pico, dia, pico, ……).). MMéétodos de medida.todos de medida. Tipos de sensores utilizados.Tipos de sensores utilizados. Factores que contribuem para erros e Factores que contribuem para erros e

incertezas.incertezas.


Porquê Medir PotênciaPorquê Medir Potência

Condiciona directamente a Condiciona directamente a áárea de cobertura de rea de cobertura de um transmissor.um transmissor.

Determina a capacidade de um receptor em Determina a capacidade de um receptor em extrair a informaextrair a informaçção desejada do sinal recebido.ão desejada do sinal recebido.

Num sistema de radiocomunicaNum sistema de radiocomunicaçção ão éé necessnecessáário rio que diversos componentes trabalhem em que diversos componentes trabalhem em conjunto.conjunto.

NNííveis de potência demasiado baixos são veis de potência demasiado baixos são afectados pelo ruafectados pelo ruíído.do.


Porquê Medir PotênciaPorquê Medir Potência

NNííveis demasiado elevados podem provocar a veis demasiado elevados podem provocar a distordistorçção do sinal devido ao funcionamento ão do sinal devido ao funcionamento nãonão--linearlinear dos circuitos.dos circuitos.

NNííveis muito elevados podem mesmo causar veis muito elevados podem mesmo causar danos fdanos fíísicos ao equipamento e colocar em risco sicos ao equipamento e colocar em risco os seus utilizadores.os seus utilizadores.

Devido Devido àà complexidade e custo elevado dos complexidade e custo elevado dos sistemas sistemas éé necessnecessáário conhecer a potência com rio conhecer a potência com exactidão por forma a maximizar e rentabilizar o exactidão por forma a maximizar e rentabilizar o investimento.investimento.


Unidades UtilizadasUnidades Utilizadas

ExpressaExpressa--se em watt. Fluxo de energia (joule) por se em watt. Fluxo de energia (joule) por unidade de tempo (segundo).unidade de tempo (segundo).

UtilizamUtilizam--se tambse tambéém unidade logarm unidade logaríítmicas pois existem tmicas pois existem um grande gama de valores de potência:um grande gama de valores de potência: Da ordem dos kW na saDa ordem dos kW na saíída dos transmissores.da dos transmissores. Da ordem dos Da ordem dos pWpW na antena de recepna antena de recepçção.ão.

Quando se utiliza uma outra potência como referência: Quando se utiliza uma outra potência como referência: P[dBP[dB]=10log(P/]=10log(P/PrefPref).).

Quando se pretende exprimir em valor absoluto utilizaQuando se pretende exprimir em valor absoluto utiliza--se se como referência 1mW (como referência 1mW (dBmdBm).).


ObjectivosObjectivos

Perceber as caracterPerceber as caracteríísticas do sinal a medir e sticas do sinal a medir e como interagem com o processo e equipamento como interagem com o processo e equipamento de medida.de medida.

Compreender as incertezas da medida.Compreender as incertezas da medida. Conhecer as caracterConhecer as caracteríísticas e o desempenho de sticas e o desempenho de

tecnologias utilizadas na medida e capacidade tecnologias utilizadas na medida e capacidade de medida dos instrumentos disponde medida dos instrumentos disponííveis.veis.

Efectuar comparaEfectuar comparaçções de desempenho de modo ões de desempenho de modo a escolher os produtos adequados.a escolher os produtos adequados.


Tipos de SinaisTipos de Sinais

Se todos os sinais fossem sinusSe todos os sinais fossem sinusóóides moduladas em ides moduladas em frequência frequência ……

EvoluEvoluçção da tecnologia em termos de comunicaão da tecnologia em termos de comunicaçções, ões, radar e navegaradar e navegaçção levou ao uso de esquemas complexos ão levou ao uso de esquemas complexos de modulade modulaçção.ão.

Sistemas de comunicaSistemas de comunicaçções sem fios são baseados em ões sem fios são baseados em modulamodulaçção Ião I--Q (em fase e quadratura) com ritmos Q (em fase e quadratura) com ritmos elevados.elevados.

O sinal transmitido inclui vO sinal transmitido inclui váárias portadoras (canais) e o rias portadoras (canais) e o resultado resultado éé um processo estatum processo estatíístico que leva a picos de stico que leva a picos de potência elevados.potência elevados.

As transiAs transiçções de frequência que ocorrem quando se ões de frequência que ocorrem quando se muda de cmuda de céélula provocam perturbalula provocam perturbaçções na potência.ões na potência.


Tipos de SinaisTipos de Sinais

Alguns transmissores de radares e contra Alguns transmissores de radares e contra medidas electrmedidas electróónicas utilizam uma tradicional nicas utilizam uma tradicional sequência de impulsos. sequência de impulsos.

No entanto novos sistemas utilizam tNo entanto novos sistemas utilizam téécnicas de cnicas de espalhamento espectral e codificaespalhamento espectral e codificaçção de fase de ão de fase de modo a extrair informamodo a extrair informaçção extra do alvo.ão extra do alvo.

Sistemas de navegaSistemas de navegaçção como o GPS utilizam ão como o GPS utilizam modulamodulaçção de fase (PSK) de modo a obter ão de fase (PSK) de modo a obter localizalocalizaçções precisas.ões precisas.


Tipos de SinaisTipos de SinaisGeradores Geradores SintetisadosSintetisados

Existem geradores Existem geradores sintetisadossintetisados que que permitem gerar sinais de permitem gerar sinais de trafegostrafegoscompletos. São completos. São utiliadosutiliados para caracterizar para caracterizar sistemas reais de transmissores e sistemas reais de transmissores e receptores (ex: receptores (ex: transpondertransponder de satde satéélites).lites).

Podem simular sinais de interferência que Podem simular sinais de interferência que somados vectorialmente podem dar somados vectorialmente podem dar origem a picos de potência.origem a picos de potência.


Tipos de Sinais (Radar)Tipos de Sinais (Radar)

Pulso mais estreitos permitem maior Pulso mais estreitos permitem maior resoluresoluççãoão Tempos de subida e descida menores.Tempos de subida e descida menores. Maior largura de banda.Maior largura de banda.

26 de julho de 200526 de julho de 2005 Medidas de PotênciaMedidas de Potência 1111

Medidas de PotênciaMedidas de Potência

Potência instantânea.Potência instantânea. Potência activa.Potência activa. Potência envolvente.Potência envolvente. Potência mPotência méédia.dia. Potência envolvente de pico.Potência envolvente de pico. Potência de impulso.Potência de impulso.


Potência InstantâneaPotência Instantânea

Em cada instante de Em cada instante de tempo a potência tempo a potência calculacalcula--se a partir da se a partir da tensão e da corrente tensão e da corrente multiplicando uma multiplicando uma pela outra.pela outra.

p t u t i t


Potência ActivaPotência Activa

Caso sinusoidal.Caso sinusoidal. Potência tambPotência tambéém m

sinusoidal:sinusoidal: Dobro da frequência.Dobro da frequência. Valor mValor méédio dio

proporcional aos proporcional aos valores eficazes da valores eficazes da tensão e corrente e tensão e corrente e ààdesfasagemdesfasagem entre elas.entre elas.


Potência ActivaPotência Activa

Utilizado em CW Utilizado em CW ((continuouscontinuous wavewave))pois não varia no pois não varia no tempo.tempo.

cosrms rmsP V I


Potência EnvolventePotência Envolvente

Em radiocomunicaEm radiocomunicaçções a informaões a informaçção a ão a transmitir transmitir éé usada no para modular um usada no para modular um sinal sinusoidal (sinal sinusoidal (portadoraportadora).).

A potência deixa de ter um carA potência deixa de ter um caráácter cter estacionestacionáário com uma forma sinusoidal e rio com uma forma sinusoidal e uma componente contuma componente contíínua.nua.

Não faz sentido o uso da potência activa Não faz sentido o uso da potência activa como forma de caracterizar o sinal. como forma de caracterizar o sinal.


Potência EnvolventePotência Envolvente

Representada por Representada por PPee ((tt ).).

MMéédia da potência dia da potência instantânea durante instantânea durante um perum perííodo da odo da portadora.portadora.


Potência MPotência Méédiadia

Integral da potência Integral da potência instantânea durante instantânea durante um num núúmero inteiro de mero inteiro de perperííodos da odos da moduladora.moduladora.

A potência mA potência méédia dia ééigual igual àà mméédia da dia da potência envolvente.potência envolvente.

2

2

1T

avgT

P t p t dT


Potência Envolvente de PicoPotência Envolvente de Pico

Representada por Representada por PEP.PEP. Valor mValor mááximo da ximo da

potência envolvente.potência envolvente. Diferentes nDiferentes nííveis de veis de

potência de spotência de síímbolos mbolos (QAM).(QAM).

MMúúltiplas portadoras.ltiplas portadoras. CrestCrest FactorFactor


PeakPeak//AverageAverage PowerPower RatioRatio


Sistema de Medida de Sistema de Medida de Potência de Pico Potência de Pico

((BoontonBoonton 4400A/4500A)4400A/4500A) Sensor de potência de pico com Sensor de potência de pico com

dois ddois dííodos detectores:odos detectores: Elevada LB de RF (atElevada LB de RF (atéé 40 GHz).40 GHz). Pequena LB de vPequena LB de víídeo (3 a 35MHz).deo (3 a 35MHz).

Amplificador logarAmplificador logaríítmico de tmico de precisão (com largura de banda precisão (com largura de banda de vde víídeo compatdeo compatíível. vel.

Circuito de amostragem rCircuito de amostragem ráápido, pido, assassííncrono relativamente ao sinal ncrono relativamente ao sinal de entrada. de entrada.

Conversor analConversor analóógico/digital. gico/digital. Processador digital de sinal (DSP) Processador digital de sinal (DSP)

de elevada velocidade. de elevada velocidade. Micro controlador.Micro controlador. Visor.Visor.


Potência de ImpulsoPotência de Impulso

Em esquemas de Em esquemas de multiplexagem multiplexagem temporal (TDMA) temporal (TDMA) ocorrem surtos de ocorrem surtos de potência:potência: GSM.GSM. NADC (NADC (North American North American

Digital CellularDigital Cellular).). BluetoothBluetooth..



Nesses casos tem Nesses casos tem interesse a interesse a especificaespecificaçção da ão da potência de impulso potência de impulso ((PpPp) que ) que éé o valor o valor mméédio da potência dio da potência durante um impulso.durante um impulso.



Quando o ciclo de Quando o ciclo de trabalho (trabalho (dutyduty cyclecycle) ) éébem definido, podebem definido, pode--se se calcular a potência de calcular a potência de impulso a partir da impulso a partir da potência mpotência méédia.dia.

Permite o uso de Permite o uso de equipamento menos equipamento menos dispendioso.dispendioso.

Contabiliza todas as Contabiliza todas as imperfeiimperfeiçções do impulso.ões do impulso.

avgp

p

PP t

T


AnAnáálise Estatlise Estatíísticastica

CDMA e outros esquemas de modulaCDMA e outros esquemas de modulaçção ão spreadspread--spectrumspectrum necessitam de uma necessitam de uma analise estatanalise estatíística da potência.stica da potência. FunFunçção densidade de probabilidade (PDF).ão densidade de probabilidade (PDF). FunFunçção densidade de probabilidade ão densidade de probabilidade

cumulativa (CDF).cumulativa (CDF). FunFunçção densidade de probabilidade ão densidade de probabilidade

cumulativa complementar (1cumulativa complementar (1--CDF ou CCDF).CDF ou CCDF).


FunFunçção Densidade de Probabilidade ão Densidade de Probabilidade Cumulativa Complementar (Cumulativa Complementar (cdmaOnecdmaOne))


Exemplos de ModulaExemplos de Modulaççõesões

O esquema de O esquema de modulamodulaçção afecta a ão afecta a sua distribuisua distribuiçção de ão de potência.potência.


CompressãoCompressão


Adjacent Channel Power Ratio Adjacent Channel Power Ratio (ACPR)(ACPR)

Também designado por Adjacent ChannelLeakage Power Ratio (ACLR)

Importante na caracterizaImportante na caracterizaçção da distorão da distorçção de ão de subsistemas e na determinasubsistemas e na determinaçção da probabilidade ão da probabilidade de um sistema provocar interferência em outros de um sistema provocar interferência em outros sistemas.sistemas.

A distorA distorçção ão éé provocada por não linearidades. O provocada por não linearidades. O componente que introduz mais componente que introduz mais nãonão--linearidadelinearidadesão, em geral, os amplificadores.são, em geral, os amplificadores.


ACPR e ACPR e IntermodulaIntermodulaççãoão (IMD)(IMD)

Em sistemas de RF primitivos a influência de um canal Em sistemas de RF primitivos a influência de um canal em canais adjacentes era determinada utilizando duas em canais adjacentes era determinada utilizando duas sinussinusóóides representando dois canais activos.ides representando dois canais activos.

O produto de 3O produto de 3ªª ordem podia corresponder a uma ordem podia corresponder a uma frequência de um outro canal provocando interferência.frequência de um outro canal provocando interferência.

IMD IMD éé a relaa relaçção entre a potência em um dos produtos ão entre a potência em um dos produtos de 3de 3ªª ordem e a potência de uma das sinusordem e a potência de uma das sinusóóides ides principais.principais.

Não Não éé o ensaio mais adequado quando se tratam de o ensaio mais adequado quando se tratam de sistemas de modulasistemas de modulaçção mais complexos.ão mais complexos.


ACPRACPR

Em vez de se utilizarem Em vez de se utilizarem duas sinusduas sinusóóides, utilizamides, utilizam--se dois sinais modulados.se dois sinais modulados.

ACPR ACPR éé definido como a definido como a relarelaçção da potência numa ão da potência numa determinada LB determinada LB ““longelonge””do sinal principal sobre a do sinal principal sobre a LB desse sinal principal.LB desse sinal principal.

Esta definiEsta definiçção ão éépropositadamente vaga propositadamente vaga pois a medida depende pois a medida depende do tipo de sistema.do tipo de sistema.


AlternateAlternate Channel Power RatioChannel Power Ratio

TambTambéém se utiliza para a relam se utiliza para a relaçção entre a ão entre a potência numa LB dois canais distante do potência numa LB dois canais distante do sinal principal e a potência na LB do sinal sinal principal e a potência na LB do sinal principal.principal.

Em termos de IMD corresponde ao Em termos de IMD corresponde ao produto de produto de intermodulaintermodulaççãoão de 5de 5ªª ordem ordem (ou combina(ou combinaçção de outras ordens).ão de outras ordens).


Desvantagens da Medida de ACPRDesvantagens da Medida de ACPR

Requer o uso de sinais modulados.Requer o uso de sinais modulados. Requer a medida da potência numa largura de banda Requer a medida da potência numa largura de banda

bem definida.bem definida. Uma possibilidade Uma possibilidade éé efectuar a medida indirecta atravefectuar a medida indirecta atravéés s

da medida da IMD utilizando perda medida da IMD utilizando perííodos de ordem odos de ordem superior.superior.

Embora teoricamente possEmbora teoricamente possíível, na prvel, na práática tornatica torna--se difse difíícil cil correlacionar o resultado com a ACPR:correlacionar o resultado com a ACPR: Depende da topologia do amplificador.Depende da topologia do amplificador. Depende da modulaDepende da modulaçção utilizada.ão utilizada.

Em muitos casos Em muitos casos éé preciso mesmo medir o ACPR preciso mesmo medir o ACPR directamente.directamente.


GeraGeraçção dos sinais modulados.ão dos sinais modulados.

ÉÉ necessnecessáário especificar as rio especificar as frequências e larguras de frequências e larguras de banda.banda.

A potência do sinal de entrada A potência do sinal de entrada ou de saou de saíída influencia o da influencia o comportamento dos sistemas comportamento dos sistemas em ensaio.em ensaio.

O ACPR varia fortemente com O ACPR varia fortemente com o tipo de modulao tipo de modulaçção.ão. Os sinais utilizados para Os sinais utilizados para

comparacomparaçção devem ter a ão devem ter a mesma distribuimesma distribuiçção estatão estatíística.stica.


ExemploExemplo

26 de julho de 200526 de julho de 2005 3535

Exemplo de EspecificaExemplo de Especificaççãoão

26 de julho de 200526 de julho de 2005 3636

Medida de ACPRMedida de ACPR

Utilizada especialmente em medidas de Utilizada especialmente em medidas de transmissores e receptores.transmissores e receptores.

Geralmente efectuada com Geralmente efectuada com Analisadores Analisadores de Redes Vectoriaisde Redes Vectoriais ou ou Analisadores de Analisadores de EspectrosEspectros..

SerSeráá abordada em mais pormenor mais abordada em mais pormenor mais adiante.adiante.

26 de julho de 200526 de julho de 2005 Instrumentos de MedidaInstrumentos de Medida 3737

Instrumentos de MedidaInstrumentos de Medida

Diferentes instrumentos:Diferentes instrumentos: Medidores e Sensores de Potência.Medidores e Sensores de Potência. Analisadores de Espectro.Analisadores de Espectro. Analisadores de Redes.Analisadores de Redes. Analisadores Vectoriais.Analisadores Vectoriais.


Medidores e Sensores de PotênciaMedidores e Sensores de Potência

O mais preciso O mais preciso éé em geral o Sensor de Potência em geral o Sensor de Potência que não que não éé mais do que um transdutor que mais do que um transdutor que converte a potência numa tensão. converte a potência numa tensão.

O Medidor de Potência mede a tensão produzida O Medidor de Potência mede a tensão produzida pelo sensor e indica a potência em unidade pelo sensor e indica a potência em unidade lineares (W) ou logarlineares (W) ou logaríítmicas (tmicas (dBmdBm). ).

A exactidão destes instrumentos A exactidão destes instrumentos éé, em geral, da , em geral, da ordem das dordem das déécimas de cimas de dBmdBm enquanto que os enquanto que os outros instrumentos referidos têm uma outros instrumentos referidos têm uma exactidão da ordem das dezenas de exactidão da ordem das dezenas de dBmdBm..


Outros InstrumentosOutros Instrumentos

Enquanto que os Medidores e Sensores de Enquanto que os Medidores e Sensores de Potência não são selectivos na frequência, isto Potência não são selectivos na frequência, isto éé, medem a potência ao longo de toda a gama , medem a potência ao longo de toda a gama de frequências do sensor, os outros de frequências do sensor, os outros instrumentos permitem medir a potência num instrumentos permitem medir a potência num determinada banda de frequências. determinada banda de frequências.

Conseguem medir nConseguem medir nííveis de potências muito veis de potências muito mais baixas do que os mais baixas do que os --70dBm t70dBm tíípicos dos picos dos Sensores de Potência.Sensores de Potência.


Diferentes Sensores de PotênciaDiferentes Sensores de Potência

TransformaTransformaçção do sinal de radiofrequência ão do sinal de radiofrequência cuja potência se quer medir num sinal cuja potência se quer medir num sinal contcontíínuo ou de baixa frequência que nuo ou de baixa frequência que esteja relacionado com o nesteja relacionado com o níível de potência vel de potência do sinal original:do sinal original: TermistorTermistor (elevada exactidão).(elevada exactidão). Termopar (elevada gama de potências).Termopar (elevada gama de potências). DDííodo detector (elevada sensibilidade).odo detector (elevada sensibilidade).


MediMediçção de Potênciaão de Potência

Sensor e medidor separados.Sensor e medidor separados.


Gamas de PotênciaGamas de Potência

26 de julho de 200526 de julho de 2005 TermistoresTermistores 4343

WATTWATTÍÍMETRO DE ALTA METRO DE ALTA FREQUÊNCIA UTILIZANDO FREQUÊNCIA UTILIZANDO

TERMISTORESTERMISTORES


WattWattíímetro de Alta Frequência metro de Alta Frequência Utilizando Utilizando TermistoresTermistores

Resistências com um coeficiente de variaResistências com um coeficiente de variaçção ão com a temperatura negativo (com a temperatura negativo (NTCNTC).).

Semicondutores intrSemicondutores intríínsecos (geralmente nsecos (geralmente óóxidos xidos metmetáálicos).licos).

O aumento da temperatura faz aumentar o O aumento da temperatura faz aumentar o nnúúmero de electrões na banda de condumero de electrões na banda de conduçção. ão. Provoca uma diminuiProvoca uma diminuiçção da resistência elão da resistência elééctrica.ctrica.

Por exemplo, um aumento de 120Por exemplo, um aumento de 120ººC pode C pode corresponder corresponder àà variavariaçção da resistência de 1,5kão da resistência de 1,5kpara 100para 100..


WattWattíímetro de Alta Frequência metro de Alta Frequência Utilizando Utilizando TermistoresTermistores

Resistência metResistência metáálicas de platina com licas de platina com coeficiente de temperatura positivo (PTC).coeficiente de temperatura positivo (PTC).

Mais reprodutMais reprodutííveis em sensibilidade e veis em sensibilidade e impedância.impedância.

Menores constantes de tempo.Menores constantes de tempo. Pequeno domPequeno domíínio de varianio de variaçção (dificuldade ão (dificuldade

em fazer a adaptaem fazer a adaptaçção de impedâncias).ão de impedâncias).


Circuito ElCircuito Elééctricoctrico

Usados aos pares.Usados aos pares. Ponte de Wheatstone.Ponte de Wheatstone. Os condensadores Os condensadores

comportamcomportam--se como se como curtocurto--circuitos para circuitos para âltasâltas frequências e frequências e circuitos abertos para circuitos abertos para baixas frequências.baixas frequências.


AnAnáálise para Baixas Frequênciaslise para Baixas Frequências

Ponte de Wheatstone Ponte de Wheatstone com equilcom equilííbrio brio automautomáático.tico.

ÀÀ temperatura ambiente temperatura ambiente RRT1T1+R+RT2T2 éé maior do que maior do que RR22RR33/R/R11(dimensionamento). (dimensionamento).

uudd>0, u>0, u00>0, u>0, u11>0, >0, dissipadissipaçção de potência ão de potência nos termistores, Rnos termistores, RT1T1 e Re RT2T2diminuem, diminuem, uudd tende para tende para 0.0.

31 21 2 0

1 2 2 1 3

2 31 2

1

0

T Td

T T

d T T

RR Ru u u uR R R R R

R Ru R RR


AnAnáálise para Altas Frequênciaslise para Altas Frequências

Ao aplicarAo aplicar--se um sinal de se um sinal de alta frequência com uma alta frequência com uma potência Ppotência PHFHF, a potência , a potência posta em jogo nos posta em jogo nos termistores aumenta.termistores aumenta.

O amplificador irO amplificador iráádiminuir a tensão de diminuir a tensão de sasaíída de modo a manter da de modo a manter a ponte em equila ponte em equilííbrio.brio.


DeterminaDeterminaçção do Valor de Potênciaão do Valor de Potência

Em geral REm geral R11=R=R33. No . No equilequilííbrio tembrio tem--se se RR22=R=RT1T1+R+RT2T2 e e portanto uportanto u11=u=u00/2./2.

Medindo UMedindo U00 com e com e sem o sinal de RF sem o sinal de RF aplicado determinaaplicado determina--se se a potência desse a potência desse sinal.sinal.

20

20

1 2 2

24d

T T

UUP

R R R

2 20 0

2 24 4DC HF

HFU UP

R R


InconvenientesInconvenientes

Não Não éé muito cmuito cóómodo ter de fazer duas modo ter de fazer duas medidas, uma com e outra sem o sinal a medidas, uma com e outra sem o sinal a medir.medir.

Qualquer variaQualquer variaçção na temperatura entre ão na temperatura entre as duas medidas provoca um erro no as duas medidas provoca um erro no resultado.resultado.


SoluSoluççãoão

Utilizar duas pontes Utilizar duas pontes em simultâneo.em simultâneo.

Os termistores são Os termistores são emparelhados.emparelhados.

A uma das pontes A uma das pontes ééaplicado o sinal a aplicado o sinal a medir e medir e àà outra não outra não ééaplicado sinal aplicado sinal nenhum.nenhum.

2 2

2 22 2

2

2

4 4

4

4

C HFHF

C HFHF

C HF C HFHF

U UPR R

U UPR

U U U UP

R


Esquema ElEsquema Elééctricoctrico


AplicaAplicaççõesões

Hoje em dia (2003) são utilizados Hoje em dia (2003) são utilizados principalmente para transferência de principalmente para transferência de referências de potência entre laboratreferências de potência entre laboratóórios.rios.

26 de julho de 200526 de julho de 2005 TermoparesTermopares 5454

WATTWATTÍÍMETRO UTILIZANDO METRO UTILIZANDO TERMOPARESTERMOPARES


WattWattíímetro Utilizando metro Utilizando TermoparesTermopares

Mais sensMais sensííveis, circuitos veis, circuitos mais simples.mais simples.

Efeito Efeito SeebeckSeebeck. For. Forçça a electromotriz de origem electromotriz de origem ttéérmica proporcional rmica proporcional ààdiferendiferençça de temperatura a de temperatura entre duas junentre duas junçções de ões de materiais diferentes.materiais diferentes.

uuss=C=Cpp(T(T11--TT22), da ordem ), da ordem das dezenas de mV.das dezenas de mV.


Dois Dois TermoparesTermopares

O sinal de alta frequência O sinal de alta frequência ééaplicado aos termopares aplicado aos termopares fazendo subir a temperatura fazendo subir a temperatura das jundas junçções.ões.

São construSão construíídos de modo a dos de modo a apresentarem uma impedância apresentarem uma impedância adaptada para a linha de adaptada para a linha de transmissão. transmissão.

Os condensadores servem Os condensadores servem para bloquear a componente para bloquear a componente contcontíínua.nua.

Funciona atFunciona atéé 20 GHz.20 GHz.

11

2

d aTH

s p TH d

P T TR

u C R P


AmplificaAmplificaçção da Tensãoão da Tensão

O valor mO valor mááximo ximo éé da ordem dos 10mV.da ordem dos 10mV. O amplificador tem de ter ganho elevado, O amplificador tem de ter ganho elevado,

muito pequeno offset e deriva com a muito pequeno offset e deriva com a temperatura.temperatura.

UtilizaUtiliza--se um se um segmentadorsegmentador ((chopperchopper) e ) e um amplificador de instrumentaum amplificador de instrumentaçção.ão.


Circuito ElCircuito Elééctricoctrico


DesmodulaDesmodulaçção São Sííncronancrona


CaracterCaracteríísticas dos Sensores sticas dos Sensores Utilizando Utilizando TermoparesTermopares

Reagem ao valor mReagem ao valor méédio do sinal dio do sinal independente das suas caracterindependente das suas caracteríísticas:sticas: Forma.Forma. DistorDistorçção.ão. ConteConteúúdo harmdo harmóónico.nico.

Gama dinâmica baixa (Gama dinâmica baixa (--30dBm a 20dBm).30dBm a 20dBm). Não Não éé apropriado para o teste apropriado para o teste ““mutemute”” de de

amplificadores (amplificadores (--55 55 dBmdBm).).

26 de julho de 200526 de julho de 2005 DDííodos Detectoresodos Detectores 6161

WATTIMETRO UTILIZANDO WATTIMETRO UTILIZANDO DDÍÍODOS DETECTORESODOS DETECTORES


DDííodo Detectorodo Detector

Em vez de reagir ao conteEm vez de reagir ao conteúúdo energdo energéético do sinal tico do sinal converteconverte--o numa tensão constante proporcional o numa tensão constante proporcional àà sua sua potência.potência.

A principal vantagem A principal vantagem éé a sua sensibilidade: a sua sensibilidade: --70 70 dBmdBm(100pW).(100pW).

Actualmente utilizamActualmente utilizam--se dse dííodos do tipo odos do tipo SchottkySchottky.. A A AgilentAgilent usa dusa dííodos PDB (odos PDB (planar planar dopeddoped barrierbarrier ) que têm ) que têm

um melhor desempenho (um melhor desempenho (--70dBm at70dBm atéé 18 GHz).18 GHz). Para potências tão baixas a tensão de saPara potências tão baixas a tensão de saíída da éé de 50nv. de 50nv.

Requer circuitos amplificadores bastante sofisticados.Requer circuitos amplificadores bastante sofisticados.


Região QuadrRegião Quadrááticatica


CaracterCaracteríísticas de Sensores com sticas de Sensores com DDííodosodos

Baseados na rectificaBaseados na rectificaçção dos sinais.ão dos sinais. A tensão de saA tensão de saíída da éé proporcional proporcional àà potência do potência do

sinal de entrada (sinal de entrada (squaresquare lawlaw regionregion).). Gama dinâmica de Gama dinâmica de --70dBm a 70dBm a --20dBm.20dBm. Elevada sensibilidade.Elevada sensibilidade.

Ideal para medir a potência mIdeal para medir a potência míínima do sinal de nima do sinal de entrada em receptores.entrada em receptores.

Possuem uma velocidade de resposta maior do Possuem uma velocidade de resposta maior do que os termopares.que os termopares.


Sensores de DSensores de Dííodos com Gama odos com Gama ExpandidaExpandida

Os sensores de dOs sensores de dííodos podem ser usados para alodos podem ser usados para aléém da m da sua região quadrsua região quadráática utilizando calibratica utilizando calibraçção:ão: Gerador de CW.Gerador de CW. EEPROM.EEPROM.

Permite a medida de sinais CW de Permite a medida de sinais CW de --70dBm a 20dbm.70dBm a 20dbm. AtAtéé 33 GHz.33 GHz. Em TDMA e CDMA não funciona.Em TDMA e CDMA não funciona. Uma aplicaUma aplicaçção ão éé o uso em laborato uso em laboratóórios de metrologia, rios de metrologia,

onde são usados sinais CW, para deteconde são usados sinais CW, para detecçção e ão e estabilizaestabilizaçção de não de nííveis de potência.veis de potência.


DDííodo/Atenuador/Dodo/Atenuador/Dííodoodo

Separa a medida de sinais de alta Separa a medida de sinais de alta e baixa potência.e baixa potência.

Substitui o uso de termopares e Substitui o uso de termopares e ddííodos detectores em conjunto odos detectores em conjunto (medida demorada).(medida demorada).

MantMantéém sempre um dos dm sempre um dos dííodos na odos na zona quadrzona quadráática.tica.

Gama dinâmica de 80dB (Gama dinâmica de 80dB (--60dBm 60dBm a +20dBm).a +20dBm).

AtAtéé 24 GHz.24 GHz. Permite ao sensor suportar nPermite ao sensor suportar nííveis veis

de potência mais altos sem causar de potência mais altos sem causar danos do que os ddanos do que os dííodos de gama odos de gama expandida.expandida.

ÚÚtil em Wtil em W--CDMA em onde existem CDMA em onde existem picos muito elevados.picos muito elevados.


Sensores de Pico e Potência MSensores de Pico e Potência Méédiadia

Gama de frequência de 50MHz a 6/18MHz.Gama de frequência de 50MHz a 6/18MHz. Gama de potências de Gama de potências de --67dBm a +20dBm.67dBm a +20dBm. Banda de vBanda de víídeo (moduladeo (modulaçção) de 300kHz, 1,5MHz ou 5MHz.ão) de 300kHz, 1,5MHz ou 5MHz.

300 kHz: TDMA, GSM. 1.5 MHz: CDMA, IS-95. 5 MHz: W-CDMA, cdma2000.

Utilizados para sistemas de modulaUtilizados para sistemas de modulaçção complexos.ão complexos. Ideal para medidas de limitadas no tempo.Ideal para medidas de limitadas no tempo. Tabela de correcTabela de correcçção de erros armazenada em EEPROM em cada ão de erros armazenada em EEPROM em cada

sensor.sensor. FunFunçção da frequência.ão da frequência. FunFunçção do não do níível de potência.vel de potência. FunFunçção da temperatura.ão da temperatura.

26 de julho de 200526 de julho de 2005 ComparaComparaçção entre Sensoresão entre Sensores 6868

AplicaAplicaççõesões


CaracterCaracteríísticassticas










ComparaComparaççãoão

TermoparesTermopares Baseados em dissipaBaseados em dissipaçção de ão de

calor.calor. Sensibilidade Sensibilidade --30dBm.30dBm. Responde ao valor mResponde ao valor méédio dio

total do sinal total do sinal independentemente da independentemente da modulamodulaçção.ão.

Exacto e linear.Exacto e linear.

DDííodos detectores:odos detectores: Baseados na rectificaBaseados na rectificaçção do ão do

sinal.sinal. Sensibilidade Sensibilidade --70dBm.70dBm. RRáápidos, permitindo a pidos, permitindo a

medida de valores de pico, medida de valores de pico, perfis de potência, medidas perfis de potência, medidas limitadas temporalmente e limitadas temporalmente e medida estatmedida estatíística.stica.

VersVersáátil.til.

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Medida de Potência em Radiofrequência - Técnico Lisboa ... · Sistemas de comunicações sem fios são baseados em modulação I-Q (em fase e quadratura) com ritmos elevados