射频功率计设计

课程设计：射频功率计一、摘要射频功率计是针对各种复杂波形的测量而设计的高性能便携式超高频功率计，其针对数字通讯信号GSM/CDMA/PHS等的测试，有效解决了复杂波形的功率和幅度测量问题，大幅度提升了仪表可用性和可靠性。随着移动通信技术的快速发展，对信号的处理也更加的广泛，所处理的信号也越来越复杂，频率越来越高，而功率是表征射频信号特性的一个重要参数，准确测量通信系统中发射机与接收机的功率已成为关键技术之一。本次设计采用的吸收式功率检测法来实现对输入信号的功率测量，利用真有效值功率测量集成芯片AD8362来实现对输入信号的功率测量以及电压转换，在经过信号调理电路，送入TLC2543的AD转换测量电压，通过功率测量集成芯片的转换关系，以及AD转换计算的关系，在STM32中完成采集和计算，并输入到LCD显示部分，从而实现对信号功率的精准测量。二、AD8362性能参数工作频率范围：50Hz—2.7GHz测量功率范围大于60dBm,－４５ｄＢｍ～＋１５ｄＢｍ测量精度：50mV/dB驻波比：1.5说明：驻波比是驻波波腹处的电压幅值Vmax与波谷处的电压幅值Vmin之比。三、功率测量方法研究射频功率计通常由功率传感器（或称功率探头）和功率指示器两部分组成，根据功率计测量电路的连接方式，功率计可分为吸收式（又称终端式）和通过式两种，吸收式功率计以功率探头作为被测系统的终端负载。它吸收全部待测功率，并由指示器显示测得的功率值。通过式测量在结构设计中非常复杂，而且难度也比较大，一般不采纳此方法。而吸收式一般采用的测量方法有二极管功率检测法、等效热效应检测法、真有效值检测功率法。1、二极管功率检测法通过二极管来检测被测信号的功率，电路通过整流管VD和滤波电容C等对输入信号进行整流、滤波，得到输出电压U0。二极管检测电路响应的平均值，是根据输入正弦波的平均值和有效值之间测特定关系来间接测得输入功率。二极管检测电路是以平均值为响应的,它并不能直接测量输入功率的有效值,而是根据正弦波有效值与平均值关系来间接测量有效值功率。显然,当被测波形不是正弦波时,波峰因数就不等于√2,此时会产生较大的测量误差。2、等效热功耗检测法检测电路实现功率检测是通过对输入被测信号产生等效热量和已知的直流信号产生的有效热量进行对比，来得到被测信号的有效值功率。如果输入电阻和参考电阻之间温度差为零，则说明两个电阻的功耗是相同的，那就是未知信号的电压有效值和参考直流电压的有效值是相等的。尽管等效热功耗检测法的原理非常简单,但在实际应用中很难实现,并且这种检测设备的价格非常昂贵。3、真有效值/直流（TRMS/DC）转换检测功率法真有效值检测方法可以准确的对任何波形的信号的真有效值进行检测，其测量结果与被测信号的波形没有关系，这也是真有效值检测方法中最突出的有点，将输入被测信号的真有效值功率转换为直流电压信号，再根据两者之间的关系来求得被测信号的真有效值功率电平。输出的电压值在闭环电路稳定后，和输入信号的有效值P的关系表达式如下：U0=KP，K输入电压灵敏度系数，mV/dB。方案选择：本次设计选择第三种方案，即真有效值检测功率法，其优点在于两个相同平方器的使用，使得量程的转换不影响转换精度；由于两个平方器可以互相进行温度补偿，因此环境温度不会对输出电压的稳定性造成影响；较宽频带的平方器的使用，使得测量信号的频带也比较宽，其可以输入微波频率的信号。因此，本次设计采用第三种方法真有效值检测功率法。四、整体方案设计被测RF信号由SMA输入模块，使信号可以尽量完整不衰减的输入进来，然后将信号输入AD8362模块组成的检波器，将输入信号的真有效值功率转换为与之对应的电压值，AD8362采用的双端输入，因此选用了一片射频耦合变压器来完成信号单端变双端，完成阻抗匹配。由检波电路输出的电压信号通过电压跟随器，再输入到AD采集电路，将信号与后级的AD采集电路进行隔离,本次设计采用AD芯片是TI公司的12位串行AD转换，STM32通过转换关系的计算将电压值转换计算为功率值，并在LCD上显示。电路中加入过流保护电路。