CN103592480A - 一种基于usb接口的微波功率探头温度补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于微波功率探头技术领域，涉及一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置，包括计算机、信号发生器、USB集线器、多个功率计主机以及功率探头，其中，计算机具有GPIB卡，通过GPIB电缆与信号发生器连接，计算机通过集线USB电缆与USB集线器连接，USB集线器通过多条USB电缆分别与多个功率计主机连接，各功率计主机通过一根独立的12芯电缆与一功率探头连接。本发明可实现多种型号/多功率探头的同时温度补偿，且可靠性、成功率高，线路连接简单，操作容易。

Description

一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置

技术领域

本发明涉及温度补偿技术，尤其涉及一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置，属于微波功率探头相关技术领域。

背景技术

二极管检波式的微波功率探头在现有技术中广泛应用，其具有动态范围大、测量速度快的优点，但是二极管检波器受环境影响大，在不同温度下测得的功率值误差比较大，为了保证功率探头在各种温度下的测量准确度，需要对功率探头进行精确的温度补偿。早期的微波功率计多具有GPIB接口，因此对微波探头的温度补偿是基于GPIB接口的。其技术方案是在计算机中安装GPIB卡，由GPIB电缆将计算机、功率计主机连在一起，通过GPIB命令程控多台功率计对功率探头进行温度补偿。但这种温度补偿装置及方法存在如下缺陷：1，GPIB电缆比较粗重，连接不方便，从而导致补偿装置连接繁杂，可靠性差；2，由于补偿系统通过GPIB电缆串联程控，假如中间某一根电缆松动，则后面的功率计主机与计算机都无法通信，导致温度补偿成功率低，仅50％～60％；3，不能同时对多个/多型号微波功率探头进行补偿，补偿效率较低。

因此，能否设计一种新型的微波功率探头温度补偿装置以克服上述缺陷，成为本领域技术人员有待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明旨在提供一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置及方法，能够通过USB集线器实现计算机与功率计主机等部件的连接，自动完成多探头的高效、可靠、高成功率的温度补偿，且整个装置线路连接简单，操作容易。

本发明是这样实现的，该基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置包括：计算机、信号发生器、USB集线器、多个功率计主机以及功率探头，其中，计算机具有GPIB卡，通过GPIB电缆与信号发生器连接，计算机通过集线USB电缆与USB集线器连接，USB集线器通过多条USB电缆分别与多个功率计主机连接，各功率计主机通过一根独立的12芯电缆与一功率探头连接。

在一些技术方案中，该装置还包括一可控温度箱，多个功率探头置于可控温度箱内，且可控温度箱与计算机通过串口电缆连接。

在一些技术方案中，该装置还包括多路开关，其公共端通过开关SMA软电缆连接到信号发生器，各开关端分别通过一根独立的SMA软电缆与一功率探头连接。

在一些技术方案中，信号发生器输出50MHz连续波信号。

在一些技术方案中，各功率探头具有一存储器EEPROM，存储该功率探头采集的一组输入功率、检波ADC和温度ADC的样点信息。

本发明还公开了一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿方法，包括如下步骤：

1)计算机通过串口电缆设定可控温度箱的温度并保持一段时间，保证可控温度箱内的功率探头的温度处于稳定状态；

2)计算机通过USB集线器和第一USB电缆，对第一功率计主机进行程控，首先对第一功率探头进行补偿；

3)设置信号发生器的频率为50MHz，功率为+15dBm，并通过USB电缆程控多路开关的第一路开关导通，计算机程控第一功率计主机，对第一功率探头进行温度补偿，读取当前温度下的温度ADC值和+15dBm输入功率下的功率ADC值；

4)重复步骤3)，依次设置信号发生器N2功率输出为+12dBm、+9dBm…，以3dB为步进，直至-27dBm，依次读出每个功率点下的第一功率计主机测得的功率ADC值和-2℃对应的温度ADC值；

5)采用与步骤2)～4)相似的方式，依次程控其它各路功率计主机，通过USB电缆程控多路开关，依次导通第二至第n路开关，对第二至第n功率探头在-2℃进行温度补偿，并记录下每一个功率探头在-2℃下的温度ADC值和不同功率点下的功率ADC值；

6)重复步骤1)～5)，通过串口电缆依次设定可控温度箱的温度并在每个温度点设定后保持一段时间后，开始对功率探头进行温度补偿，并将所有温度点下、所有功率点下的温度ADC、功率ADC记录下来，等所有温度点补偿完毕后，通过IIC总线，将采集的温度ADC、功率ADC样点写入到相应的功率探头的EEPROM中；

7)功率测量时，功率计主机从对应功率探头的EEPROM中读出样点，并将该组样点通过切比雪夫拟合算法，生成一组以温度ADC、检波ADC为参数的关于输入功率P的数据补偿曲线或表格；

8)功率计主机根据当前的温度ADC、检波ADC值，在数据补偿曲线或表格中查找当前输入功率对应的补偿数据，并将该补偿数据应用到功率测量当中进行补偿，得到当前环境温度下的准确功率测量值。

在一些技术方案中，步骤1)中的设定温度为-2℃，保持时间为40分钟。

在一些技术方案中，步骤6)中的设定温度为7℃、15℃、23℃、32℃、41℃、50℃，保持时间为30分钟。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.整个补偿装置连接简单，可靠性高；

2.操作简单，整个补偿过程无需人为干预，自动完成所有探头的温度补偿；

3.补偿效率高，在8小时之内可完成12只探头的温度补偿；

4.计算机通过USB集线器与功率计主机采用并联方式，即使其中某一台功率计主机连接有问题，也不影响其他功率探头的温度补偿，因此温度补偿成功率高，可达95％以上。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明的一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置的结构示意图。

符号说明

N1  计算机

N2  信号发生器

N3  USB集线器

N4  多路开关

N5  功率计主机，其中：N5(1)为第一功率计主机

                      N5(2)为第二功率计主机

                      …

                      N5(n)为第n功率计主机

N6  功率探头，其中：N6(1)为第一功率探头

                    N6(2)为第二功率探头

                   …

                    N6(n)为第n功率探头

N7  可控温度箱

L1  GPIB电缆

L2  集线USB电缆(即用于集线的USB电缆)

L3  开关USB电缆(即用于开关的USB电缆)

L4  串口电缆

L5  开关SMA软电缆(即用于开关的SMA软电缆)

L6  SMA软电缆，其中：L6(1)为第一SMA软电缆

                     L6(2)为第二SMA软电缆

                     …

                     L6(n)为第n SMA软电缆

L7  USB电缆，其中：L7(1)为第一USB电缆

                   L7(2)为第二USB电缆

                   …

                   L7(n)为第n USB电缆

L8  12芯电缆，其中：L8(1)为第一12芯电缆

                    L8(2)为第二12芯电缆

                    …

                    L8(n)为第n12芯电缆

具体实施方式

如图1所示为本发明一具体实施方式，该基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置主要包括计算机N1、信号发生器N2、USB集线器N3、多个功率计主机N5以及功率探头N6，计算机N1具有GPIB卡，通过GPIB电缆L1与信号发生器N2连接，通过GPIB命令程控信号发生器N2，控制信号发生器N2的输出功率和频率；计算机N1通过集线USB电缆L2与USB集线器N3连接，USB集线器N3通过多条USB电缆L7分别与多个功率计主机N5连接，各功率计主机N5通过一根独立的12芯电缆L8与对应功率探头N6连接，计算机N1通过USB集线器N3程控多台功率计主机N5，通过功率计主机N5实现对功率探头的温度补偿。

整个补偿装置可完全由计算机N1程控控制，在装置连接正常的基础上，整个补偿过程中不需人为操作。

在一较佳实施方式中，该温度补偿装置还包括一可控温度箱N7，多个功率探头N6可置于可控温度箱N7内，且可控温度箱N7与计算机N1通过串口电缆L4连接，计算机N1通过串口电缆L4程控可控温度箱N7，设置温度箱的温度。

在一较佳实施方式中，该温度补偿装置还包括多路开关N4，其公共端通过开关SMA软电缆L5连接到信号发生器N2，各开关端分别通过一根独立的SMA软电缆L6与对应功率探头N6连接。信号发生器N2输出连续波信号(例如是50MHz)，经过开关SMA软电缆L5送至多路开关N4，多路开关N4由计算机N1通过开关USB电缆L3控制，在温度补偿时选通其中一路输出，多路开关N4的输出通过SMA软电缆L6与可控温度箱N7内的功率探头N6连接。

由于二极管检波器受温度影响比较大，在输入信号功率恒定情况下，经过二极管检波后，在不同的温度下，检波输出电压变化比较大。对微波功率探头的温度补偿本质是建立输入信号功率P、检波电压V和环境温度T的一组对应关系。探头内部有温度传感器，温度传感器输出电压与温度呈线性关系。温度传感器输出电压和检波电压最终由ADC转换器量化为数字信号，因此对微波功率探头的温度补偿实际上是建立输入信号功率P、检波ADC(模拟数字转换器)和温度ADC的对应关系。

在一较佳实施方式中，每个功率探头N6具有存储器EEPROM，基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置的作用是为每一个功率探头N6采集一组输入功率P、检波ADC和温度ADC的样点，并将采集的样点写入功率探头N6的EEPROM中。当进行功率测量时，功率计主机N5从对应功率探头N6的EEPROM中读出该组样点，并将该组样点通过切比雪夫拟合算法，生成一组以温度ADC、检波ADC为参数的关于输入功率P的数据补偿曲线或表格；在实际测量时，功率计主机N5根据当前的温度ADC、检波ADC值，在数据补偿曲线或表格中查找当前输入功率对应的补偿数据，并将该补偿数据应用到功率测量当中进行补偿，得到当前环境温度下的准确功率测量值。

下面举例简述本发明的方案的应用及补偿方法：

为了保证计算机N1通过USB接口能够准确访问多个设备，需要为每一台功率计主机N5设置一个序列号，并且每一台序列号都不相同；为了实现计算机N1对多台设备的程控补偿操作，采用软件补偿平台，并针对探头的温度补偿进行预设置，具体设置如下：

1.设定温度样点和平衡时间：-2℃——40分钟、7℃——30分钟、15℃——30分钟、23℃——30分钟、32℃——30分钟、41℃——30分钟、50℃——30分钟；

2，设定微波信号频率：50MHz；

3.设定功率样点：在-27dBm～+15dBm之间，以3dB为步进进行采样。

当硬件连接正确、功率计序列号设置正确、软件设置正确以后，通过软件补偿平台开始温度补偿。该基于USB接口的微波功率探头温度补偿方法具体包括如下步骤：

1)计算机N1通过串口电缆L4设定可控温度箱N7的温度并保持一段时间(该设定温度例如为-2℃，保持时间例如为40分钟)，保证可控温度箱N7内的功率探头N7的温度处于稳定状态；

2)计算机N1通过USB集线器N3和第一USB电缆L7(1)，对第一功率计主机N5(1)进行程控，首先对第一功率探头N6(1)进行补偿；

3)设置信号发生器N2的频率为50MHz，功率为+15dBm，并通过开关USB电缆L3程控多路开关N4的第一路开关1#导通，计算机N1程控第一功率计主机N5(1)，对第一功率探头N6(1)进行温度补偿，读取当前温度下的温度ADC值和+15dBm输入功率下的功率ADC值；

4)重复步骤3)，依次设置信号发生器N2功率输出为+12dBm、+9dBm…，以3dB为步进，直至-27dBm，依次读出每个功率点下的第一功率计主机N5(1)测得的功率ADC值和-2℃对应的温度ADC值；

5)采用与步骤2)～4)相似的方式，依次程控其它各路功率计主机N5(2)…N5(n)，通过USB电缆开关L3程控多路开关N4，依次导通第2～n路开关2#～n#，对探头N6(2)…n6(n)在-2℃进行温度补偿，并记录下每一个功率探头N6在-2℃下的温度ADC值和不同功率点下的功率ADC值；

6)重复步骤1)～5)，通过串口电缆L4依次设定可控温度箱N7的温度(例如7℃、15℃、23℃、32℃、41℃、50℃)并在每个温度点设定后保持一段时间(例如30分钟)后，开始对功率探头N6进行温度补偿，并将所有温度点下、所有功率点下的温度ADC、功率ADC记录下来，等所有温度点补偿完毕后，通过IIC总线，将采集的温度ADC、功率ADC样点写入到相应的功率探头N6的EEPROM中。

7)功率测量时，功率计主机N5从对应功率探头N6的EEPROM中读出该组样点，并将该组样点通过切比雪夫拟合算法，生成一组以温度ADC、检波ADC为参数的关于输入功率P的数据补偿曲线或表格(曲线拟合以及多参数表格属于公知技术，在此不再赘述)；

8)功率计主机N5根据当前的温度ADC、检波ADC值，在数据补偿曲线或表格中查找当前输入功率对应的补偿数据，并将该补偿数据应用到功率测量当中进行补偿，得到当前环境温度下的准确功率测量值。

根据实验，该温度补偿装置同时补偿12只功率探头时效率最高(根据需求，该补偿装置一次可补偿1～14只探头)，可在8小时内完成12只功率探头的温度补偿，并且补偿成功率比较高，达到95％以上。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置，其特征在于，包括：计算机(N1)、信号发生器(N2)、USB集线器(N3)、多个功率计主机(N5)以及功率探头(N6)，其中，所述计算机(N1)具有GPIB卡，通过GPIB电缆(L1)与所述信号发生器(N2)连接，所述计算机(N1)通过集线USB电缆(L2)与所述USB集线器(N3)连接，所述USB集线器(N3)通过多条USB电缆(L7)分别与多个所述功率计主机(N5)连接，各功率计主机(N5)通过一根独立的12芯电缆(L8)与一功率探头(N6)连接。

2.如权利要求1所述的一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置，其特征在于，还包括一可控温度箱(N7)，多个所述功率探头(N6)可置于所述可控温度箱(N7)内，且所述可控温度箱(N7)与所述计算机(N1)通过串口电缆(L4)连接。

3.如权利要求2所述的一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置，其特征在于，还包括多路开关(N4)，其公共端通过开关SMA软电缆(L5)连接到所述信号发生器(N2)，各开关端分别通过一根独立的SMA软电缆(L6)与一功率探头(N6)连接。

4.如权利要求2所述的一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置，其特征在于，所述信号发生器(N2)输出50MHz连续波信号。

5.如权利要求2所述的一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿装置，其特征在于，各个所述功率探头(N6)具有一存储器EEPROM，存储该功率探头采集的一组输入功率、检波ADC和温度ADC的样点信息。

6.一种基于USB接口的微波功率探头温度补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)计算机通过串口电缆设定可控温度箱的温度并保持一段时间，保证可控温度箱内的功率探头的温度处于稳定状态；

2)计算机通过USB集线器和第一USB电缆，对第一功率计主机进行程控，首先对第一功率探头进行补偿；

3)设置信号发生器的频率为50MHz，功率为+15dBm，并通过USB电缆程控多路开关的第一路开关导通，计算机程控第一功率计主机，对第一功率探头进行温度补偿，读取当前温度下的温度ADC值和+15dBm输入功率下的功率ADC值；

4)重复步骤3)，依次设置信号发生器N2功率输出为+12dBm、+9dBm…，以3dB为步进，直至-27dBm，依次读出每个功率点下的第一功率计主机测得的功率ADC值和-2℃对应的温度ADC值；

5)采用与步骤2)～4)相似的方式，依次程控其它各路功率计主机，通过USB电缆程控多路开关，依次导通第二至第n路开关，对第二至第n功率探头在-2℃进行温度补偿，并记录下每一个功率探头在-2℃下的温度ADC值和不同功率点下的功率ADC值；

6)重复步骤1)～5)，通过串口电缆依次设定可控温度箱的温度并在每个温度点设定后保持一段时间后，开始对功率探头进行温度补偿，并将所有温度点下、所有功率点下的温度ADC、功率ADC记录下来，等所有温度点补偿完毕后，通过IIC总线，将采集的温度ADC、功率ADC样点写入到相应的功率探头的EEPROM中；

7)功率测量时，功率计主机从对应功率探头的EEPROM中读出样点，并将该组样点通过切比雪夫拟合算法，生成一组以温度ADC、检波ADC为参数的关于输入功率P的数据补偿曲线或表格；

8)功率计主机根据当前的温度ADC、检波ADC值，在数据补偿曲线或表格中查找当前输入功率对应的补偿数据，并将该补偿数据应用到功率测量当中进行补偿，得到当前环境温度下的准确功率测量值。

7.如权利要求6所述的一种实现谱分析仪扩频功能的方法，其特征在于，所述步骤1)中的设定温度为-2℃，保持时间为40分钟。

8.如权利要求6所述的一种实现谱分析仪扩频功能的方法，其特征在于，所述步骤6)中的设定温度为7℃、15℃、23℃、32℃、41℃、50℃，保持时间为30分钟。