小型化寬帶功率檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、微波功率測(cè)量在微波通信、雷達(dá)、環(huán)境遙感和醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域有重要的學(xué)術(shù)和商用價(jià)值，現(xiàn)代微波功率測(cè)量技術(shù)正朝著小型化、模塊化和寬頻帶等方向發(fā)展。本文分析了當(dāng)今國(guó)內(nèi)外微波功率測(cè)量技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合寬帶微波大功率相關(guān)項(xiàng)目的需求制定了小型化寬帶功率檢測(cè)模塊的總體指標(biāo)和實(shí)施方案。主要由微波功率耦合器、開(kāi)關(guān)濾波器組、微波功率檢波以及顯示與保護(hù)電路四部分組成。
　　采用通過(guò)式測(cè)量法，在ADS09和IE3D中設(shè)計(jì)了帶狀線定向耦合器，使功率測(cè)量系統(tǒng)可

2、嵌入待測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。耦合器使用頻段為6GHz~18GHz，耦合度為20±0.7dB，方向性優(yōu)于16dB，插損小于0.3dB，駐波比小于1.2，尺寸較小。由于工程應(yīng)用中，微波信號(hào)常夾雜著諧波，本系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)濾波器組實(shí)現(xiàn)基波與諧波的分開(kāi)測(cè)量，這是本測(cè)量系統(tǒng)的創(chuàng)新之處。微波開(kāi)關(guān)選用了高性能的Agilent N1810UL機(jī)電同軸開(kāi)關(guān)，頻率高達(dá)26.5GHz，插損小于0.7dB，單刀雙擲。濾波器組由6GHz~10GHz、10GHz~18

3、GHz兩通道懸置帶狀線帶通濾波組成，擁有懸置帶線高Q值、低損耗的特性。兩帶通濾波器的插損小于0.5dB，反射大于15dB，帶外抑制大于40dB（偏300MHz），性能相近。微波功率檢測(cè)系統(tǒng)的核心部分是微波功率檢波模塊，也是本文的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。采用二極管前端寬帶匹配，后端低通濾波的電路模型，設(shè)計(jì)了基于SMS7630-061的肖特基二極管檢波器。使用S參數(shù)仿真出其反射和插損，諧波平衡仿真得出輸入功率-輸出電壓曲線，加工裝配好的檢波器在6GHz~

4、18GHz頻段內(nèi)，功率量程為-35dBm至10dBm。
　　顯示與保護(hù)電路模塊作為后端信號(hào)處理部分，需要將檢波模塊的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)算術(shù)均值濾波、查表和分段線性插值等算法處理后得出相應(yīng)的功率值。本系統(tǒng)ADC模塊采用24位的ADS1220，采樣精度高；核心控制器是ARM系列的STM32F103VCT6，集成功能豐富；輸入輸出通過(guò)USART和LCD觸屏實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)合下的人機(jī)交互。此外，當(dāng)比較器檢測(cè)到功率超過(guò)一定閾值時(shí)，將控

5、制MOSFET開(kāi)關(guān)電路，切斷信號(hào)或是電源以保護(hù)微波系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。最后分析了測(cè)量系統(tǒng)中存在的失配誤差和溫度誤差，并提出了相應(yīng)的誤差修正方法。
　　最終完成了小型化寬帶功率檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)尺寸較小（約為250mm*75mm*55mm），連接形式靈活，成本低，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)6GHz~18GHz寬帶微波信號(hào)的功率（平均功率），實(shí)現(xiàn)基波功率和諧波功率的分開(kāi)測(cè)量；功率量程為-15dBm~30dBm，測(cè)量誤差小于等于±0.4dB；具