功率概念和功率测量

一、功率的定义和概念

功率是表征电信号特性的一个重要参数，它被定义为能量在系统之间或系统内元件之间传递的速率；给定元件既可以供给能量或者能量也可以被元件吸收。功率的基本定义由下列关系式描述：

功率(P)=d(能量)÷dt，或者：能量=∫(功率)dt

简单来讲，功率定义为单位时间内所做的功。基本单位为瓦（W），1W等于在1秒内做1焦耳的功。常用的功率单位还有兆瓦（1MW=106W）、千瓦（1KW=103W）、毫瓦（1mW=10-3W）、微瓦（1μW=10-6W）、皮瓦（1PW=10-12W）。另一种常用的功率单位以分贝毫瓦（dBm）表示：它以1毫瓦为基准电平P0=1mW，实际功率值P（mW）与P0比较后取对数，这是功率的绝对单位，即dBm=10lg(P/P0)=10lgP；也可用分贝瓦（dBW）作为功率单位，此时P0=1W，即1dBW=10lg(P/P0)=10lg103=30dBm。

功率根据频率，在定义和测量上也有区别。一般而言，在直流和低频范围，可以通过测量电压和电流来计算功率，功率的瞬时值可用下式表示：

瞬时功率=电压×电流，即P(t)=u(t)×i(t)。

直流时瞬时功率为常数；交流信号采用平均功率测量，即信号在一个周期内发生的净能量变化速率，即对于周期为T的周期信号，一个周期内的瞬时功率的平均值，称为有功功率。平均功率与瞬时功率关系如下：

如果电压和电流为连续(CW)正弦波时，P平=VIcos∮，其中V、I为有效值，∮为电压与电流间相位角；对于非正弦电路，假设U、I为交流电量n次谐波分量的有效值，∮为电压n次谐波分量与电流n次谐波分量的相位差，P为n次谐波分量的有功功率，上式仍然成立；当n=1时，P为基波有功功率。如果电压和电流为非连续波(CW)时，一般用脉冲峰值(PW)功率表示。

在超高频和微波频段范围，有TEM波和非TEM波之分。在TEM波的同轴系统中，电压和电流虽有确切含意，但测量其绝对值很困难。在波导系统中，因为存在不同的电磁模式，电压和电流失去唯一性。在个频段和各传输系统中，功率是单值表征信号强度的重要方法。

二、功率的测量

测量功率的仪器为功率计或功率表，功率计按测量频率范围（低频20Hz-200Hz、中频200Hz-6000Hz、高频6KHz-20KHz、射频20KHz-1GHz、射频1GHz以上、光波）可分为三个方向：1、直流和低频信号测量的电功率计；2、射频或微波信号测量的高频功率计；3、光功率计。根据被测信号的具体频率，功率计可分为：直流功率计、工频功率计、变频功率计、射频功率计和微波功率计、光功率计。

通常来讲，常用的是电功率计；电功率计也叫瓦特表，一种测量电功率的仪器。电功率包括有功功率、无功功率和视在功率。未作特殊说明时，功率表一般是指测量有功功率的仪表。由于直流功率等于电压和电流的简单乘积，实际测量中，一般采用电压表和电流表替代。工频功率计是应用较普遍的功率计，常说的功率计一般都是指工频功率计。变频功率计是21世纪变频调速技术高速发展的产物。（关于电功率计具体介绍详细见“电功率计测量介绍”一文）

射频功率计和微波功率计在射频范围直接测量功率代替了电压和电流的测量，高频功率计一般由功率传感器和功率指示器两部分组成。功率传感器也称功率计探头，它把高频电信号通过能量转换为可以直接检测的电信号；功率指示器包括信号放大、变换和显示器，显示器直接显示功率值 。（关于高频功率计具体介绍详细见“射频功率计测量介绍”一文）

光功率计用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。在光纤系统中，测量光功率是最基本的测量，非常像电子学中的万用表。通过测量发射端机或光网络的绝对功率，一台光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定光源组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。（关于光功率计具体介绍详细见“光功率计测量介绍”一文）

功率计按照能量的传递和吸收也分为：1、传输型功率测量，俗称通过式功率计，常见的是家用电度表；2、吸收式功率测量，俗称终端式功率计，常见的是终端负载。

选用功率计核心考虑以下5个指标：测量功率范围、仪表精度、频率范围、稳定性和测试方法。

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