高功率电阻的脉冲功率测试

电阻产品的特性随着市场需求的不断提高而越来越好。除了小尺寸上承受的高耗散功率外，无源器件还必须可以工作在高峰值功率的压力下。随着无线检测和测距的（雷达）应用在工业领域，包括商用部分，变得越来越流行，峰值功率的需求也持续发展，并且有希望在某些时候变得标准化。除了传统的雷达应用外，许多现代的无线通信也开始采用突发传输这样的技术。这就直接导致在传输的过程中会出现较高的峰值功率电平。为保证产品的寿命，按照产品需要所特别设计和生产的无源产品需要承受更高的峰值功率。

本文主要介绍世强代理的EMC-Rflabs相关电阻产品脉冲功率的测试方法，希望能对工程师在有脉冲功率的系统中使用电阻类产品时提供一些帮助。

脉冲功率

当连续波能量作用在电阻上时，能量信号是一直存在的窄带信号。工作时的电流密度形状是固定并且一致的。在这种情况下，产品的可靠性可以通过采用标准的测试方法对产品加压来得到保证。除了连续波信号以外，很多现代的应用也需要采用在短时间内具有高密度的能量脉冲信号。这些信号的脉冲宽度和重复周期在本质上是随机分布的。直接导致其在工作时，频率响应和连续波具有很大的不同。具有代表性的脉冲波形如图1。这是一个包含直流的脉冲波形。其傅立叶变换，或者说其频率响应，符合函数sinx/x的包络。参考图2。在图中，函数sinx/x的响应只被简单标识。只有其正频率部分以及第一波瓣被显示出来。Sinx/x的频率响应曲线只和两个因素有关：脉冲宽度和脉冲周期（T）。T定义了第一零点的频率发生，T决定了离散的、类似谐波的能量序列之间的频谱间隔。通过分析傅立叶变换也能得出这个结果。通过分析T和τ之间的关系，可以得出以下结论：

● 非常窄的，并且间隔也小的直流脉冲，其对应更广阔的频率响应，其能量序列离散的分布在整个对应的频域。从sinx/x的函数角度看，这种类型的脉冲波，其整个直流脉冲列中包含有更高频的能量序列，但是依然受限于τ。

● 宽脉冲，间隔也较大的脉冲信号，具有较少的离散频率，并且能量序列也更靠近直流。这种类型的波形，其整个直流脉冲列中包含更多的是低频的能量序列。

图1：脉冲波形

图2：脉冲波形频率

比如我们常用的脉冲宽度为10us，脉冲周期为100us的脉冲波形（10%占空比），其在频域最大的响应频率约为100kHz（1/τ），共含有10个间隔为10kHz的离散频谱，依次为10kHz，20kHz到90kHz。这个例子显示，我们最常用的脉冲波，其最大的能量序列非常的靠近直流。将这个能量搬移到更高频率的一种方法是通过直接调制的方式，将直流脉冲搬移到射频连续波上。

一个被调制的射频脉冲信号具有非常明显的频率“署名”。如图1中的脉冲信号，如果被调制到连续波频率为fcw的载波上，在时域上将呈现出乘法的效果，见图3。

图3：载波在时域上将呈现出乘法的效果

在频域，其等效于两个频谱的卷积。卷积的过程就是将脉冲列的sinx/x的频谱搬移到以fcw为中心，将幅度按比例缩放的过程。通过分析此调制信号的傅立叶变换可以得知，信号的能量序列有了很大的不同，见图4。被调制的射频信号，其所有的能量序列都靠近射频原频率，fcw。事实上，超过95%的能量都被集中在fcw±2/τ的区域。当脉冲宽度τ增加时，调制信号的宽度会变得更窄，其更接近也一个真实的连续波。

图4：信号的能量序列随频率变化

返回到图10。负载的电流密度形状是随着频率的改变而改变的。但是直流脉冲列和射频调制脉冲列的频率“署名”是不同的。在实际应用中，电阻可以识别各种功率频谱下的不同信号波形。电阻的认证和测试必须考虑到频率响应的问题，特别是脉冲应用。

脉冲功率测试

测试电阻或者其它的无源器件的脉冲功率容量是非常沉闷的，并且需要有经验的，并经过特殊安全训练的人员来进行。脉冲功率的测试设备和直流功率的测试设备完全不同。直流/射频连续波功率的测试请参考以前的文章。在直流/射频连续波功率测试系统中的用精确的数字万用表对特性的监测将不再需要。但需要对前向功率和反向功率同时进行监测，可以采用直接耦合然后采样射频信号的方式。而且频谱也需要时刻监测，以保证测试信号的正确性。具体的测试框图见图5。

图5：脉冲功率测试框图

任何一种频谱都可以通过任意信号发生器和射频连续波调制的方式来获得。这样可以满足实际应用中的不同需要。唯一的限制因素是脉冲功放的工作频率范围。图15是电阻的整套测试设备，比如EMC-Rflabs公司生产的料号为32-1123的法兰型负载。如果增加一些监测点，这套设备也可以用来测试高功率衰减器。在这套设备中，被测设备是安装在一块散热片上。散热片需要保证在标准测试场景下，其最大保持温度不超过100℃。被测设备的前向和反向功率在测试过程中需要时刻监控并记录，以确保操作过程的正确性。测试数据的范例如图16。

图6：脉冲功率测试结果

本文主要介绍了高功率产品的脉冲功率测试。结合前面两篇文章的介绍，分别为高功率电阻的结构和热阻、高功率电阻的直流功率和射频功率测试，希望能让工程师对高功率电阻的产品有较深入的理解，能使电阻类产品能更好的应用在通信系统中。