CN101141805B - 射频信号产生及射频功率检测装置以及功率检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频信号产生及射频功率检测装置，包括：射频信号产生单元，用于产生具有所需频率和功率的射频信号；射频信号功率检测单元，用于接收由射频信号产生单元产生的射频信号或外部输入的射频信号，并进行功率检测；射频信号通路切换控制单元，用于控制输入/输出端口的通断以及射频信号产生单元和射频信号功率检测单元的切换；控制单元，用于通过接口单元接收命令，来控制射频信号产生单元以及射频信号功率检测单元；以及输入/输出端口，用于输出/输出射频信号。通过使用本发明，可以实现低成本、高灵活性的高精度功率检测，同时还可以实现自校准功能，以获得高精度的射频信号输出。

Description

射频信号产生及射频功率检测装置以及功率检测方法

技术领域

本发明涉及通信领域，并且特别地，涉及一种射频信号产生及射频功率检测装置、应用射频信号产生及射频功率检测装置进行功率检测的方法、以及应用射频信号产生及射频功率检测装置进行射频信号输出功率自校准的方法。 

背景技术

在射频设备的生产过程中，一般需要采用射频仪表对产品进行性能测试。例如，对于射频设备的发射单板和接收单板的单板增益、输出功率、接收灵敏度等指标进行测试时，就需要信号源、功率计(或者频谱仪)等射频仪表。 

射频仪表能够精确的测量输出功率、频率、相位等各项指标，并能够为被测单元提供精度较高的射频信号。但是射频仪表价格昂贵，体积庞大、维护费用也很高，在一些对测试精度要求不高的大批量生产测试中，对仪表的整体利用率也比较低，造成了资源的浪费。 

对射频单板批量生产来说，测试目的是过滤有故障的单板(例如：单板焊接有短路、开路、贴错芯片、芯片损坏等故障)，这些故障绝大多数都可导致单板的增益、输出功率等基本指标远离正常值。而按照目前所使用的方法，将昂贵的仪表用于检测类似这些单板故障是非常不划算的，存在高投入、低产出的弊端。 

然而，目前还没有提出可以在降低成本的前提下检测大批量射频单板质量的技术方案。 

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种射频信号产生及射频功率检测装置、应用射频信号产生及射频功率检测装置进行功率检测的方法、以及应用射频信号产生及射频功率检测装置进行射频信号输出功率自校准的方法。 

为了实现上述目的，根据本发明的一个实施例，提供了一种射频信号产生及射频功率检测装置。 

该装置包括：射频信号产生单元，用于产生具有所需频率和功率的射频信号；射频信号功率检测单元，用于接收由射频信号产生单元产生的射频信号或外部输入的射频信号，并进行功率检测；射频信号通路切换控制单元，用于控制输入/输出端口的通断以及射频信号产生单元和射频信号功率检测单元的切换；控制单元，用于通过接口单元接收命令，来控制射频信号产生单元以及射频信号功率检测单元，该控制单元包括数据存储模块，该数据存储模块用于功率查询表和频率补偿表数据的存储；以及输入/输出端口，用于输出/输出射频信号。 

其中，射频信号产生单元包括：频率合成模块，用于产生具有所需频率和功率的射频信号；以及射频放大及衰减模块，用于根据射频信号输出功率动态范围，对所产生的射频信号进行处理。 

其中，功率检测及模数转换模块，用于根据射频信号功率检测的动态范围，检测射频信号的功率，从而可以实现连续可调的宽频段射频信号输出。 

其中，射频信号产生单元包括：射频放大及衰减模块，用于设置射频信号功率检测的动态范围以及进行各个单元的阻抗匹配。 

并且，控制单元包括：处理模块，包括管理控制单元子模块、软件控制子模块、以及逻辑控制子模块，用于自校准控制射频信号产生的功率，检测射频信号功率，以及切换射频通路控制；通信接口模块，用于与外部PC或者其它测试平台进行通信。 

此外，输入/输出端口包括射频信号输出端口以及功率检测输入端口。 

根据本发明的另一实施例，提供了一种应用上述射频信号产生及射频功率检测装置进行功率检测的方法。 

该方法包括以下处理：根据输入射频信号功率检测单元的射频信号的频率以及功率，建立功率查询表和频率补偿表；根据输入的射频信号的频率，在频率补偿表中通过插值算法获取要补偿的数值；控制单元检测从功率检测单元输出的电压，并使用数值对电压进行频率补偿；以及在功率查询表中通过插值算法获取与射频信号相对应的输入功率。 

其中，功率查询表的建立包括以下处理：将功率检测输出端口与射频信号源相连，并且将控制平台与射频信号源相连；在功率检测模块允许的动态范围内，设定固定频率，由控制平台控制射频信号源按照设定的功率步进值从某一功率起始值开始步进，直到达到设定的最到功率值，并将功率起始值和功率步进值存储到存储单元的功率查询表中；以及每改变一次射频信号源的输出功率，控制单元读取功率检测模块所输出的电压值，并将电压值存储到存储单元的功率查询表中。 

并且，建立频率补偿表包括：固定某一功率，控制信号源按照设定的频率步进值从某一起始频率值开始步进，直到达到设定的最大频率值，并将频率起始值和频率步进值存储到存储单元的频率补偿表中；以及每改变一次射频信号源的输出频率，控制单元读取功率检测模块所输出的电压值，将电压值与功率查询表中相同功率所对应的电压值进行比较，并将差值存储到存储单元的频率补偿表中。 

其中，信号源为外部信号源或射频信号产生单元。 

根据本发明的另一实施例，提供了一种应用射频信号产生及射频功率检测装置进行射频信号输出功率自校准的方法。 

该方法包括以下处理：通过射频信号通路切换控制单元，断开射频功率检测单元与功率检测输入端口的连接，并将射频信号产生单元切换到射频信号功率检测单元；射频信号产生单元输出设定功率信号，由控制单元通过射频信号功率检测单元对射频信号的功率进行检测；以及将检测到的功率与设定功率信号的输出功率进行比较，并处理功率以使功率与输出功率的差值落入允许的误差范围内。 

此外，该方法还包括以下处理：控制单元通过射频信号通路切换控制单元，将射频信号切换到信号输出端口进行输出。 

并且，功率处理包括：如果功率小于输出功率，则由控制单元控制射频信号产生单元中的衰减模块减小衰减值；以及如果功率大于输出功率，则由控制单元控制射频信号产生单元中的衰减模块增大衰减值。 

通过本发明的上述技术方案，可以实现低成本、高灵活性的高精度功率检测，同时还可以实现自校准功能，以获得高精度的射频信号输出。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1是根据本发明设备实施例的射频信号产生及射频功率检测装置的框图； 

图2是根据本发明设备实施例的射频信号产生及射频功率检测装置的射频信号通路的电路连接示意图； 

图3是根据本发明设备实施例的对射频功率检测链路进行功率查询表和频率补偿表建立的电路连接示意图； 

图4是根据本发明方法实施例一的应用射频信号产生及射频功率检测装置进行功率检测的方法的流程图； 

图5是根据本发明方法实施例二的应用射频信号产生及射频功率检测装置进行射频信号输出功率自校准的方法的流程图；以及 

图6是根据本发明方法实施例二的射频信号输出功率自校准方法的应用实例的流程图。 

具体实施方式

设备实施例 

在本实施例中，提供了一种射频信号产生及射频功率检测装置100。 

如图1所示，根据本实施例的射频信号产生及射频功率检测装置100包括：射频信号产生单元102，用于产生具有所需频率和功率的射频信号；射频信号功率检测单元104，用于接收由射频信号产生单元产生的射频信号或外部输入的射频信号，并进行功率检测；射频信号通路切换控制单元106，优选地，包括射频开关、阻抗匹配衰减电路等，用于控制输入/输出端口的通断以及射频信号产生单元102和射频信号功率检测单元104的切换；控制单元108，用于通过接口单元接收命令，来控制射频信号产生单元102以及射频信号功率检测单元104；以及输入/输出端口110，用于输出/输出射频信号。 

其中，射频信号产生单元102包括：频率合成模块，用于产生具有所需频率和功率的射频信号；以及射频放大及衰减模块，用于根据射频信号输出功率动态范围，对所产生的射频信号进行处理。 

其中，优选地，射频信号产生单元102可以由多种频段的锁相环模块组成，其可以包括：射频放大及衰减模块，用于设置射频信号功率检测的动态范围以及进行各个单元的阻抗匹配；以及功率检测及模数转换模块，用于根据射频信号功率检测的动态范围，检测射频信号的功率，从而可以实现连续可调的宽频段射频信号输出。 

并且，控制单元108包括：处理模块，包括管理控制单元子模块、软件控制子模块、以及逻辑控制子模块，用于自校准控制射频信号产生的功率，检测射频信号功率，以及切换射频通路控制；通 信接口模块，用于与外部PC或者其它测试平台进行通信；以及数据存储模块，用于功率查询表和频率补偿表数据的存储。 

优选地，控制单元108可以采用RS232、SPI等串行接口或者CPCI总线等方式通过接口单元与个人计算机或者其它的测试平台进行通讯和命令交互。 

并且，控制单元108可以包括管理控制单元(MCU)模块、程序控制模块、逻辑控制模块、通讯接口模块以及数据存储模块，分别与射频信号产生单元、射频信号功率检测单元、以及射频通路切换控制单元连接，并且可以采用单片机小系统配合逻辑芯片来实现，用于控制射频信号产生的功率自校准、射频信号功率检测、射频信号通路控制切换，与个人计算机或者其它测试平台进行通讯以及完成射频功率检测单元功率和频率补偿算法。 

输入/输出端口110包括射频信号输出端口以及功率检测输入端口，输入、输出匹配电路和接口连接器，用于连接外部输入的射频信号以及提供输出射频信号接口 

优选地，输入/输出端口110包括射频信号输出端口以及功率检测输入端口。 

图2示出了本实施例的射频信号产生及射频功率检测装置的射频信号通路的电路连接图，并且，图中标示出了通路中各组成单元之间的信号流向。 

如图2所示，射频通路中包含频率合成模块201，阻抗匹配衰减网络202、208、209、210、214，放大器203、205、213，数控衰减器204、206、212，射频开关207、211，功率检测模块215等器件和电路。射频通路分为两个互为独立的部分：射频信号产生通 路和功率检测通路。两个通路之间的通断由射频开关207、211控制，用来实现射频信号输出前的功率自校准功能。 

射频信号产生通路中的频率合成模块201主要是产生所需要的射频信号，其频率值由控制单元通过频率合成模块201的配置接口进行设置。为了产生足够大的频率动态范围，优选地，可以采用带VCO的频率合成器ADF4360系列器件，通过选用该系列的相应器件，可以在一块印刷电路板板上实现连续可调的、宽输出频率范围的频率合成模块。当然，频率合成模块201也可以采用宽输出频率范围的VCO和锁相环电路，或者通过数字频率合成技术(DDS)和窄带锁相环混频后得到较宽的输出频率范围。 

射频信号产生通路中的阻抗匹配衰减网络202、208、209、210、214主要是实现射频通路中器件之间和输出接口的阻抗匹配以及满足输出功率动态范围的要求。在射频信号产生通路中采用了多个放大器203、205和多个数控衰减器204、206，是为了实现输出的射频信号具有较大的功率动态范围。 

可选地，射频信号功率检测通路中的功率检测模块215可采用比较成熟的专用功率检测芯片作为核心部件，另外，可以通过ADC电路将检测结果转为控制单元可以读取的数据。 

射频信号功率检测通路中的阻抗匹配衰减网络210、214主要是实现射频通路中器件之间和输出接口的阻抗匹配和满足输入功率动态范围的要求。在射频信号功率检测通路中采用了放大器213、和数控衰减器212，目的是为了能够检测具有较大的功率动态范围的射频输入信号。 

图3示出了本实施例对射频功率检测链路进行功率查询表和频率补偿表建立的电路连接示意图。 

由于射频信号功率检测通路中都包含了数控衰减器、放大器等具有非线性特性的器件，而且要检测的射频信号具有较宽的频段和较高的功率动态范围，因此在对不同频率、功率的输入射频信号检测时需要进行动态的查询和补偿。其查询和补偿过程如下： 

步骤一，在功率检测端口302通过射频线缆与信号源303的射频信号输出端口相连接，PC或者其它控制平台306与信号源303的网口或者GPIB口相连接。 

步骤二，在功率检测模块的允许的动态范围内，设定一固定频率，由PC或者其它控制平台306控制信号源303按照设定的功率步进值从某一功率起始值开始步进，直到达到设定的最大功率值。并将设定的起始值和步进值保存到EEPROM 305的功率查询表中。 

步骤三，每改变一次射频信号源303的输出功率，控制单元304读取功率检测模块输出的电压值，并将此电压值保存到EEPROM305的功率查询表中。 

步骤四，进行频率的补偿，固定某一功率，控制信号源303按照设定的频率步进值从某一起始频率值开始步进，直到达到设定的最大频率值。并将设定的频率起始值和步进值保存到EEPROM 305的频率补偿表中。 

步骤五，每改变一次信号源303的输出频率，控制单元304读取功率检测模块输出的电压值，并将此电压值与功率表中同一功率所对应的电压值进行比较，把两者之间的差值保存到EEPROM 305的频率补偿表中，及实现功率检测链路的功率查询表和频率补偿表的写表过程。 

在进行射频信号功率检测时，首先根据输入信号的频率在频率补偿表中通过插值算法获取需要补偿的数值。控制单元检测功率检 测模块输出的电压值，进行频率补偿以后，在功率查询表中通过插值算法计算得到输入射频信号相应的输入功率。 

方法实施例一 

在本实施例中，提供了一种应用上述射频信号产生及射频功率检测装置进行功率检测的方法。 

如图4所示，根据本实施例的功率检测方法包括以下步骤：步骤S402，根据输入射频信号功率检测单元的射频信号的频率以及功率，建立功率查询表和频率补偿表；步骤S404，根据输入的射频信号的频率，在频率补偿表中通过插值算法获取要补偿的数值；步骤S406，控制单元检测从功率检测单元输出的电压，并使用数值对电压进行频率补偿；以及步骤S408，在功率查询表中通过插值算法获取与射频信号相对应的输入功率。 

其中，步骤S402中功率查询表的建立包括以下处理：将功率检测输出端口与射频信号源相连，并且将控制平台与射频信号源相连；在功率检测模块允许的动态范围内，设定固定频率，由控制平台控制射频信号源按照设定的功率步进值从某一功率起始值开始步进，直到达到设定的最到功率值，并将功率起始值和功率步进值存储到存储单元的功率查询表中；以及每改变一次射频信号源的输出功率，控制单元读取功率检测模块所输出的电压值，并将电压值存储到存储单元的功率查询表中。 

并且，在步骤S402中频率补偿表的建立包括：固定某一功率，控制信号源按照设定的频率步进值从某一起始频率值开始步进，直到达到设定的最大频率值，并将频率起始值和频率步进值存储到存储单元的频率补偿表中；以及每改变一次射频信号源的输出频率，控制单元读取功率检测模块所输出的电压值，将电压值与功率查询 表中相同功率所对应的电压值进行比较，并将差值存储到存储单元的频率补偿表中。 

其中，信号源为外部信号源或射频信号产生单元。 

方法实施例二 

在本实施例中，提供了一种应用射频信号产生及射频功率检测装置进行射频信号输出功率自校准的方法。 

如图5所示，该方法包括以下步骤：步骤S502，通过射频信号通路切换控制单元，断开射频功率检测单元与功率检测输入端口的连接，并将射频信号产生单元切换到射频信号功率检测单元；步骤S504，射频信号产生单元输出设定功率信号，由控制单元通过射频信号功率检测单元对射频信号的功率进行检测；以及步骤S506，将检测到的功率与设定功率信号的输出功率进行比较，并处理功率以使功率与输出功率的差值落入允许的误差范围内。 

此外，该方法还包括以下处理：控制单元通过射频信号通路切换控制单元，将射频信号切换到信号输出端口进行输出。 

并且，功率处理包括：如果功率小于输出功率，则由控制单元控制射频信号产生单元中的衰减模块减小衰减值；以及如果功率大于输出功率，则由控制单元控制射频信号产生单元中的衰减模块增大衰减值。 

图6示出了在实际中应用上述射频信号输出功率自校准方法的流程图。由于射频信号产生单元输出的射频信号具有较宽的频段和较高的功率动态范围，为了消除射频信号功率检测通路中包含的数控衰减器、放大器等器件的非线性对射频信号的影响，在射频信号输出前，需要通过本装置的功率检测链路进行自校准过程。 

如图6所示，该方法包括以下步骤： 

步骤一，首先通过射频切换控制单元，断开射频功率检测单元与功率检测输入端口的连接，把射频信号产生链路切换到射频信号功率检测链路； 

步骤二，控制射频信号产生单元输出某一设定功率信号，由控制单元通过射频信号功率检测单元对输出的射频信号功率进行检测； 

步骤三，将检测到的射频信号功率与设定的输出功率进行比较。如果小于设定的信号输出功率，则由控制单元控制射频信号产单元中的数控衰减器减小衰减值，如果大于设定的信号输出功率，则由控制单元控制射频信号产单元中的数控衰减器增大衰减值； 

步骤四，判断射频信号功率检测单元检测到的信号功率与设定的信号输出功率是否在允许的误差范围内； 

步骤五，由控制单元通过射频切换控制模块，把射频信号切换到信号输出端口进行输出，同时把功率检测链路切换到射频信号输入端口，执行外部输出信号的功率检测功能。 

综上所述，借助本发明技术方案，可以实现低成本、高灵活性的高精度功率检测，同时还可以实现自校准功能，以获得高精度的射频信号输出。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (13)

1.一种射频信号产生及射频功率检测装置，其特征在于，包括：

射频信号产生单元，用于产生具有所需频率和功率的射频信号；

射频信号功率检测单元，用于接收由所述射频信号产生单元产生的所述射频信号或外部输入的射频信号，并进行功率检测；

射频信号通路切换控制单元，用于控制输入/输出端口的通断以及所述射频信号产生单元和所述射频信号功率检测单元的切换；

控制单元，用于通过接口单元接收命令，来控制所述射频信号产生单元以及所述射频信号功率检测单元；所述控制单元包括：数据存储模块和处理模块，其中，所述数据存储模块用于功率查询表和频率补偿表数据的存储；处理模块，包括管理控制单元子模块、软件控制子模块、以及逻辑控制子模块，用于自校准控制射频信号产生的功率，检测射频信号功率，以及切换射频通路控制；以及

所述输入/输出端口，用于输入/输出所述射频信号。

2.根据权利要求1所述的射频信号产生及射频功率检测装置，其特征在于，所述射频信号产生单元包括：

频率合成模块，用于产生具有所需频率和功率的所述射频信号；以及

射频放大及衰减模块，用于根据射频信号输出功率动态范围，对所产生的所述射频信号进行处理。 

3.根据权利要求2所述的射频信号产生及射频功率检测装置，其特征在于，所述射频信号产生单元包括：

功率检测及模数转换模块，用于根据所述射频信号功率检测的动态范围，检测所述射频信号的功率，从而可以实现连续可调的宽频段射频信号输出。

4.根据权利要求2所述的射频信号产生及射频功率检测装置，其特征在于，所述射频放大及衰减模块用于进行各个单元的阻抗匹配。

5.根据权利要求3所述的射频信号产生及射频功率检测装置，其特征在于，所述控制单元还包括：

通信接口模块，用于与外部PC或者其它测试平台进行通信。

6.根据权利要求5所述的射频信号产生及射频功率检测装置，其特征在于，所述输入/输出端口包括射频信号输出端口以及功率检测输入端口。

7.一种应用根据权利要求1所述的射频信号产生及射频功率检测装置进行功率检测的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据输入所述射频信号功率检测单元的所述射频信号的频率以及功率，建立功率查询表和频率补偿表；

根据输入的所述射频信号的频率，在所述频率补偿表中通过插值算法获取要补偿的数值；

控制单元检测从所述功率检测单元输出的电压，并使用所述数值对所述电压进行频率补偿；以及

在所述功率查询表中通过所述插值算法获取与所述射频信号相对应的输入功率。 

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述建立功率查询表包括：

将功率检测输出端口与射频信号源相连，并且将控制平台与所述射频信号源相连；

在功率检测模块允许的动态范围内，设定固定频率，由所述控制平台控制所述射频信号源按照设定的功率步进值从某一功率起始值开始步进，直到达到设定的最到功率值，并将所述功率起始值和功率步进值存储到存储单元的所述功率查询表中；以及

每改变一次所述射频信号源的输出功率，所述控制单元读取所述功率检测模块所输出的电压值，并将所述电压值存储到所述存储单元的功率查询表中。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述建立频率补偿表包括：

固定某一功率，所述控制信号源按照设定的频率步进值从某一起始频率值开始步进，直到达到设定的最大频率值，并将所述频率起始值和所述频率步进值存储到所述存储单元的所述频率补偿表中；以及

每改变一次所述射频信号源的输出频率，所述控制单元读取所述功率检测模块所输出的电压值，将所述电压值与所述功率查询表中相同功率所对应的电压值进行比较，并将差值存储到所述存储单元的所述频率补偿表中。

10.根据权利要求7、8或9中任一项所述的方法，其特征在于，所述信号源为外部信号源或射频信号产生单元。 

11.一种应用根据权利要求1所述的射频信号产生及射频功率检测装置进行射频信号输出功率自校准的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过射频信号通路切换控制单元，断开射频功率检测单元与功率检测输入端口的连接，并将射频信号产生单元切换到所述射频信号功率检测单元；

所述射频信号产生单元输出设定功率信号，由所述控制单元通过射频信号功率检测单元对射频信号的功率进行检测；以及

将检测到的所述功率与所述设定功率信号的输出功率进行比较，并处理所述功率以使所述功率与所述输出功率的差值落入允许的误差范围内。

12.根据权利要求11所述的自校准方法，其特征在于，还包括：所述控制单元通过射频信号通路切换控制单元，将所述射频信号切换到信号输出端口进行输出。

13.根据权利要求11或12所述的自校准方法，其特征在于，处理所述功率包括：

如果所述功率小于所述输出功率，则由所述控制单元控制所述射频信号产生单元中的衰减模块减小衰减值；以及

如果所述功率大于所述输出功率，则由所述控制单元控制所述射频信号产生单元中的所述衰减模块增大所述衰减值。 

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