电流和电压确实很重要，但功率从几个方面提供了更完整和有用的射频视图：功率提供了一种更直接、更方便的方式来表征射频系统的性能，评估信号强度，优化能量传输，确保安全，并分析系统性能。 在大多数射频应用中，功率测量通常比高频电流或电压测量更相关且更容易准确获得。因此，与其它射频仪器相比，功率计在无线电频率（RF）功率测量方面提供了的精度。这些仪器可以是所示的专用、独立设备，或者将功率计功能集成到其他测试测量设备中，例如信号源、频率计数器和频谱分析仪。
射频功率计无法提供入射射频功率的频谱信息。显示的功率读数代表总功率水平。在单色信号的情况下，功率计指示其相应的功率。相反，如果同时存在多个具有不同频率的信号，功率计将显示所有频率分量的射频功率之和。
射频功率计由两个主要功能模块组成：
转换器（或探测器）：这些元件将射频（RF）功率转换为相应的电信号，通常是直流电压或电流，该信号与入射射频功率成线性或其他比例关系。
功率计单元（或仪表单元）：该单元处理传感器输出的电信号。它执行信号调理、模数转换（ADC）、应用校准系数、根据传感器的特性响应计算射频功率水平，并在显示屏上显示结果功率读数。
可互换的传感器，每个传感器都有特定的性能特性，可以与给定的功率计单元接口。特定传感器的选择取决于功率测量的具体要求，如频率范围、功率水平、调制类型和所需的精度。
功率计中的传感器
在无线电话和高速数据通信系统中的功率测量，肖特基二极管是。图 2 说明了肖特基二极管的构造和射频特性。如图 2a 所示，肖特基二极管类似于半导体器件中发现的常规 PN 结；然而，p 型区域被金属导体所取代，形成金属-半导体结。
图 2b 展示了电流-电压（I-V）关系。与 PN 结二极管类似，肖特基结也表现出整流特性，但通过适当掺杂 n 型区域，正向导通几乎在施加正电压后立即开始。这与 PN 结不同，PN 结需要大约 0.6 V 的正向偏置才能开始有显著电流流动。这种整流行为将射频信号转换为一系列正半周。当这些半周施加到电容器上时，它将产生一个与入射射频功率成正比的直流电压。
图 2c 展示了肖特基势垒二极管检测器的代表性性能曲线。入射射频功率以 dBm 为单位表示，水平轴范围从噪声地板（约-70 dBm）到+20 dBm。检测器的输出电压在特定范围内与射频输入功率呈线性关系。这个工作区域通常被称为“平方律”区域，指的是二极管响应的平方律特性。
在大约-20 dBm 的输入射频功率以上，二极管的传输函数偏离线性，过渡到不同的工作状态。图 2d 说明了随着射频（RF）输入功率的变化，肖特基二极管性能偏离平方律行为的情况。
超过+20 dBm 的输入射频功率水平可能导致二极管不可逆损坏。相反，在-70 dBm 时，检波信号与肖特基二极管的固有噪声底噪无法区分。因此，在没有外部衰减的情况下，功率测量的有效动态范围从-70 dBm 到+20 dBm，跨度为 90 dBm。
许多采用肖特基二极管检测器的射频功率计在较高功率水平下将一个精密的固定值电阻切换到信号路径中。这种电阻衰减将施加的信号降低到-20 dBm 以下，确保二极管在线性检测区域内工作。利用这种技术，肖特基二极管传感器可以准确测量高达+40 dBm 的功率水平。对于更高功率水平的测量，可以在传感器之前级联校准的外部衰减器，以扩展可测范围。
图 2：肖特基二极管特性
由于制造差异，每个肖特基二极管的响应度（或检测灵敏度）都存在细微差异。二极管的传输函数也显示出输入功率水平的一定非线性。此外，其响应度还受环境温度和施加的射频（RF）信号的频谱宽度（或调制带宽）的影响。这些参数变化（或设备特性）在生产过程中对每个传感器进行了量化。
结果校准数据存储在传感器模块内集成的电可擦可编程只读存储器（EEPROM）中，如图 3 所示。在那里，观察位于肖特基二极管附近的热敏电阻，它提供温度补偿数据。上述校正因子被传输到功率计，使其能够对显示读数应用必要的校正，从而确保测量精度。
图 3：肖特基二极管传感器
用于手机系统功率测量的肖特基二极管
图 1 中所示的特定射频功率计是为了评估时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）移动电话中使用的调制射频信号而设计的。其传感器组件的功能原理图如图 4 所示。它在一个外壳内集成了双元件传感器配置。
图 4：传感器组件的功能原理图
输入射频信号通过传感器的二极管输入连接器引入，通过二极管检测器转换为电等效信号。然后，该信号由负载滤波网络处理，该网络定义了低通频率响应。300 kHz 带宽选择针对基于 TDMA 的波形进行优化，例如符合移动通信系统（GSM）标准的波形。1.5 MHz 带宽设置适用于窄带 CDMA 传输。，5 MHz 带宽选项用于宽带 CDMA 信号。
传感器头部集成了两个信号处理通道。主通道被称为“时域”或“瞬时”路径，便于高带宽数据采集，实现时间分辨测量。该路径允许进行时间门控，揭示振幅调制特性随时间的变化。它代表预配置或默认的运行模式。
可选通道，即“集成功率”或“总功率”路径，提供总射频功率的测量。此配置在确定整体功率水平时具有精度，因为它避免了时间门控可能引入的任何潜在信号衰减或截断。在此模式下，功率测量范围从-65 dBm 到+20 dBm。
功率计单元
图 1 所示的功率计仪器具有双输入接口。同样，单端口型号也商业可用。来自传感器的多个信号通过专用屏蔽电缆路由到功率分析仪。
采用双端口配置的好处是可以同时获取两个独立的信号。这种能力在放大器特性分析等应用中特别有利。一个端口可以专门用于测量输入功率水平，而另一个则量化输出功率水平。
然后功率分析仪（或功率传感器和仪表）可以计算并显示输出功率与输入功率的比率，从而确定放大器的增益（或放大系数）。或者，如图 1 中功率计的显示所示，可以使用一个通道（端口）测量并显示峰值包络功率（PEP），而使用另一个通道（端口）测量并显示平均功率（Pavg）。
双端口测量的优点
采用双通道配置的好处是可以同时获取两个不相关的信号。这在放大器特性分析等场景中特别有利。一个通道可以量化输入功率水平，而另一个通道则测量输出功率水平。功率分析仪随后可以计算并展示输出功率与输入功率的比率，代表放大器的增益因子。相反，如图 1 中功率计的显示所示，可以从一个输入通道捕获并显示峰值输出功率，而另一个输入通道则测量并显示平均功率（均值功率）。
校准和归零程序
功率计集成了可追溯至 NIST 标准的 50 MHz、1 mW 参考振荡器。该参考信号用于校准功率计及其相关传感器。在进行测量之前，将传感器（或传感器依次）连接到功率参考输出，使仪器能够执行自动自校准程序。进一步的准备步骤是在信号测量之前“归零”传感器。在此消零过程中，关闭所有输入信号功率，并补偿由温度变化引起的任何传感器偏移。当尝试在测量高功率信号后立即测量极低水平信号时，此程序尤为重要。高功率信号的残余能量可能会在传感器中引起热漂移，向后续读数引入微小的直流偏移。
功率分析仪不仅限于提供离散的功率读数；它们还能实现功率包络随时间的变化可视化。图 5 说明了脉冲信号特性，描述了脉冲的前沿和后沿的功率幅度和时间特性。另一个测量能力是确定信号的峰值功率（或峰值包络功率，PEP）。关键的是，准确的峰值功率评估（与平均功率评估相反）需要考虑检测器的响应时间。这通常表示为传感器的视频带宽（VBW）或调制带宽。VBW 指定了检测器可以准确跟踪幅度变化的调制频率。
图 5：脉冲信号特性
作为示例，如果两个音调之间有 10 MHz 的频率差，则产生的信号的幅度包络将表现出 10 MHz 的正弦调制。试图使用 5 MHz VBW 的检测器捕获这个复合信号的峰值功率将得到不准确的结果，因为检测器的时域分辨率不足以解析 10 MHz 的包络调制。由于检测器无法忠实再现信号幅度包络的快速变化，测量的峰值幅度将被低估，而幅度将被高估。然而，测量这个幅度调制的信号的均方根功率仍然会提供正确的读数，因为检测器限制引起的正负误差将大部分相互补偿。传感器的主瓣宽度主要影响瞬时或极端功率测量（如峰值或值）的准确性。
