CN103869169A - 基于基准值校验技术的功放驻波比检测方法 - Google Patents
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Abstract
基于基准值校验技术的功放驻波比检测方法，涉及功放输出端驻波比检测技术，是一种基于数字校验技术的驻波比检测方法，其检测电路主要由环形器、功率检波器和集成AD的单片机组成。在本发明的功放系统中有一个校准过程，它在保证了驻波比检测准确度的情况下，简化硬件电路，减少元器件，降低系统成本。
Description
技术领域
本发明涉及功放输出端驻波比检测技术系统，特别涉及一种基准值校验技术的功放驻波比检测方法。
背景技术
驻波比全称为电压驻波比，又名VSWR或SWR，为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写。
在无线通信中，天线与馈线的阻抗不匹配或天线与发射机的阻抗不匹配，高频能量就会产生反射折回，并与前进的部分干扰汇合发生驻波。为了表征和测量天线系统中的驻波特性，也就是天线中正向波与反射波的情况，人们建立了“驻波比”这一概念。
在有功率放大器的通信设备中，功放输出端与天线相连，当功放输出阻抗与天线阻抗匹配不佳时，驻波比将加大。此时天线反射功率变大，而有效的辐射功率降低，情况严重的将会破坏功率放大器。为保障功放系统的正常工作，有效的驻波比检测技术及为必要。
现有功放系统中的驻波比检测多通过双向耦合器检测前向输出功率和后向反射功率来计算功放输出端的驻波比。这种驻波比检测方法需要两个对数检波管，并且需要两路A/D转换器对检波管检测的信号进行A/D转换，再进行计算方可得到功放输出端驻波比。这种驻波检测方法，所需电子器件较多，客观上也增加了系统成本，并且降低了系统的可靠性。
发明内容
针对现有驻波检测方法较为繁琐，电路复杂，所需元器件较多的不足，本发明提出一种基于数字校验技术的驻波比检测方法，可在保证驻波比检测准确度的情况下，简化硬件电路，减少元器件，降低系统成本。
本发明所提供的检测电路，主要由环形器、功率检波器和集成ADC的单片机组成。
环形器是一种多端口器件，电磁波在环形器的传输中只能沿单方向环行，反方向是隔离的。其原理是磁场偏置铁氧体材料各向异性特性。利用了电磁波在有外加直流磁场的旋磁铁氧体材料中传输时极化平面发生旋转的法拉第旋转效应，经过适当设计，使正向传输时电磁波极化平面和接地电阻性插板垂直，因而衰减很小，反向传输时电磁波极化平面和接地性电阻插板平行，几乎完全被吸收。
本发明采用三端口环形器，利用环形器的单向传输特性，环形器三个端口分别连接功率放大器、天线馈线和功率检波器。在天线接口处匹配良好的情况下，功率检波器检测到的功率小；天线接口处匹配不好，因环形器的单向传输特性，在天线口的反射波传输至功率检波器端口，则功率检波器检测到的功率变大。
功率检波器将检测到的功率大小转换成直流电平，其输出接集成ADC 单片机的ADC输入端口。为了利用A/D采样的功率电平值计算天线馈线端口驻波比的大小，本发明的功放系统中有一个校准过程，其步骤如下：
1) 启动上位机校准软件，功放系统进入校准状态；
2) 功放系统输出端口通过50欧姆衰减器后接至频谱仪；
3) 调整功放输出功率值，预定输出功率；
4) 频谱仪显示功放输出功率是否为预定的输出功率，否则回到步骤3；
5) 当频谱仪读到的功率为预定输出功率时，操作上位机存储此时集成ADC的单片机采集到的功率检波器输出电平值,该值为PVSWR =1.0，天线馈线端口驻波比为1；
6) 功放系统输出端口串联50欧姆的功率电阻，然后接50欧姆衰减器再接至频谱仪。此时功放系统天线端口所接负载为100欧姆，由驻波比关系式得该端口驻波比为2；
7) 经串联50欧姆功率电阻后，频谱仪读到的功率值减小约3.5dB；如果差异过大，则检查连接线或功放是否有异常；
8) 如频谱仪读数正常，则操作上位机存储此时单片机采集到的功率检波器输出电平值，该值为PVSWR =2.0，天线馈线端口驻波比为2，校准过程结束，功放系统可进入实际工作状态。
在校准模式检测两种情况下的功率检波器输出电平，一组为天线馈线端口驻波比为1，另一组为天线馈线端口驻波比为2。天线馈线端口驻波比为1时，功率检波器端口检测到的射频功率极小，是环形器耦合至该端口的射频信号；天线馈线端口驻波比为2时，天线馈线端口反射至功率检波器端口的射频信号功率为功率放大器输出功率的11.12%。实际的功放系统中，功率输出的大小与绝对值不可避免的存在偏差，通过上述的校准过程，可得到实际输出某特定功率时两组天线馈线端口驻波比的数据，将这两组数据设置为计算其他驻波比的基准值。
根据能量守恒定律： 
P功放 为功率放大器实际输出功率
P天线 为天线获得的功率大小
P功率检波器 为反射至功率检波器端口处的功率大小
功率传输与驻波比的关系式：
反射功率与驻波比关系式： 
由以上关系式得天线端口驻波比为2时，对应的功放实际输出功率的大小：
PVSWR=2.0是天线馈线端口驻波比为2时功率检波器所检测到的功率大小。单片机根据采样到PVSWR=2.0的值便可计算P0的值。
由反射功率与驻波比关系式，得反射功率与驻波比关系表：
当天线端口驻波比大于2时，功放进入保护状态。
单片机程序根据已校准的PVSWR=2.0和P0，建立上表中的驻波比与反射功率的对照关系表，便可得出天线馈线端口任何负载下的驻波比。
功放系统在工作状态下的驻波比检测过程如下：
1) 根据基准值PVSWR=2.0计算PVSWR=1.1到PVSWR =1.9的值，并存入数组P[n]，其中n的值取1到9；
2) 功放系统进入工作状态，Pnew实时记录当前的功率检波器输出的电平；
3) 单片机中ADC采集到的功率检波器输出电平值Pnew与PVSWR=1.0、PVSWR=2.0进行对比，Pnew小于PVSWR=1.0-K或Pnew大于PVSWR=2.0+K时，功放进入保护状态。K为数字域中缓冲值，此处设置为10；
4) 将Pnew与数组P[n]的值进行对比，最接近的数所对应的驻波比便为当前天线馈线端口的驻波比。
PVSWR=n 表示天线馈线端口的驻波比等于n时，单片机中ADC采集到的功率检波器输出电平值。
经测试，本发明的检测方法简便可靠；所需元器件数量少，比现有的检测方法少一个功率检波器和一个模数转换器，检测到的驻波比准确率高。
附图说明
图1：功放系统架构图
图2：功率检波器输入功率与输出电压对应关系图
图3：基准值校准流程图
图4：功放系统驻波比检测流程图
具体实施方式
结合附图，对本发明做进一步详述实施例。
图1为功放系统架构图，功率放大器（4）输出接三端口环形器（1），环形器（1）另外两端接天线（5）和功率检波器（2），环形器的传输方向如图1中所示。因环形器的单向传输特性，在天线端口阻抗失配时，反射信号传输至功率检波器端口。
功率检波器（2）采用ADI公司的AD8362，其输出电压与输入功率的对应关系如图2所示。
AD8362是美国ADI公司生产的真有效值功率检测器，它采用双平方电路比较转换技术和激光修整技术，因而测量线性度较高，其测量结果基本上与信号波形无关。
功率检波器AD8362将输入功率转换成直流电平输出，在本发明实施例中其输入功率为-35dBm 至 -5dBm之间，由图2可知其输出电平约在1.25V至2.75V之间。AD8362的输出电平接至集成ADC的单片机（3）的ADC输入端口。
本发明实施例采用的单片机是MICROCHIP公司的PIC16F914，其内部集成一个10位ADC。在校准过程中PIC16F914将采集到的PVSWR =1.0和PVSWR =2.0作为基准值。PIC16F914通过串口跟电脑连接，在功放校准时上位机校准软件与PIC16F914通信，完成校准过程。基准值校准流程如图3所示，完成以下过程：
1) 启动上位机校准软件，功放系统进入校准状态；
2) 功放系统输出端口接50欧姆衰减器后接至频谱仪，当频谱仪读到的功率为预定输出功率时，操作上位机存储此时PIC16F914采集到的AD8362输出电平值，该值为PVSWR =1.0；
3) 功放系统输出端口串联50欧姆的功率电阻，然后接50欧姆衰减器再接至频谱仪。此时功放系统天线端口所接负载为100欧姆，由驻波比关系式得该端口驻波比为2。经串联50欧姆功率电阻后，频谱仪读到的功率值减小3.52dB；如果差异过大，则检查连接线或功放是否有异常。如频谱仪读数正常，则操作上位机存储此时PIC16F914采集到的AD8362输出电平值，该值为PVSWR =2.0；
4) 以上操作完成之后，校准过程结束，功放系统可进入实际工作状态。
功放系统在工作状态下的驻波比检测过程如图4所示。其步骤如下：
1） 根据基准值PVSWR =2.0计算PVSWR =1.1到PVSWR=1.9的值，并存入数组P[n]，其中n的值取1到9；
2） PIC16F914中ADC采集到的功率检波器输出电平值Pnew与PVSWR=1.0、PVSWR=2.0进行对比，Pnew小于PVSWR=1.0-K或Pnew大于PVSWR=2.0+K时，功放进入保护状态。K为数字域中缓冲值，此处设置为10；
3） 将Pnew与数组P[n]的值进行对比，最接近的数所对应的驻波比便为当前天线馈线端口的驻波比。
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 (4)
1.基于基准值校验技术的功放驻波比检测方法，其功放系统中有一个校准过程，其步骤如下：
1) 启动上位机校准软件，功放系统进入校准状态；
2) 功放系统输出端口通过50欧姆衰减器后接至频谱仪；
3) 调整功放输出功率值，预定输出功率；
4) 频谱仪显示功放输出功率是否为预定的输出功率，否则回到步骤3；
5) 当频谱仪读到的功率为预定输出功率时，操作上位机存储，此时集成ADC的单片机（3）采集到的功率检波器输出电平值作为基准值，天线馈线端口驻波比为1；
6) 功放系统输出端口串联50欧姆的功率电阻，然后接50欧姆衰减器再接至频谱仪，此时功放系统天线端口所接负载为100欧姆，由驻波比关系式得该端口驻波比为2；
7) 经串联50欧姆功率电阻后，频谱仪读到的功率值减小约3.5dB；如果差异过大，则检查连接线或功放是否有异常；
8) 如频谱仪读数正常，则操作上位机存储此时集成ADC的单片机（3）采集到的功率检波器（2）输出电平值，该值为PVSWR=2.0，校准过程结束，功放系统可进入实际工作状态。
2.如权利要求1所述的基于基准值校验技术的功放驻波比检测方法，其功放系统在工作状态下的驻波比检测过程如下：
1) 根据基准值PVSWR =2.0计算PVSWR =1.1到PVSWR =1.9的值，并存入数组P[n]，其中n的值取1到9；
2) 功放系统进入工作状态，Pnew实时记录当前的功率检波器输出的电平；
3) 集成ADC的单片机（3）中ADC采集到的功率检波器（2）输出电平值Pnew与PVSWR =1.0、PVSWR =2.0进行对比，Pnew小于PVSWR =1.0-K或Pnew大于PVSWR =2.0+K时功放进入保护状态，K为数字域中缓冲值；
4) 将Pnew与数组P[n]的值进行对比，最接近的数所对应的驻波比便为当前天线馈线端口的驻波比。
3.如权利要求1所述的基于基准值校验技术的功放驻波比检测方法，其检测电路主要由环形器（1）、功率检波器（2）和集成ADC的单片机（3）组成。
4.如权利要求2所述的K,设置为10。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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