CN104515901A - 射频功率探测装置及方法 - Google Patents

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本发明公开了一种射频功率探测装置及方法。该射频功率探测装置包括：检波模块，用于将射频信号转换成直流信号；模数转换模块，用于将检波模块转换成的直流信号转换成数字信号；通讯模块，用于将模数转换模块转换成的数字信号传输到上位机，以由上位机根据所述数字信号计算出射频信号功率。将射频信号转换成直流信号；将所述直流信号转换成数字信号；将所述数字信号输出到上位机，由上位机计算出射频信号功率。本发明的射频功率探测装置体积小，成本低。并且，通过上位机处理大量数据，提高了处理速度，便于扩展多模块测试，缩短了开发周期，进一步降低了成本。

Description

射频功率探测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种射频功率测量技术，具体地说，是一种射频功率探测装置及方法。
背景技术
在射频技术中，功率、频率、驻波是最基本的三个测量参数，其他参数都是通过这三个基本参数推导出的。其中，功率是用来表征射频信号的重要参数。首先，功率是确定能量传输的参数；其次，一个系统的输出功率是衡量系统的关键指标。对于大多数射频系统，功率这个参数贯穿于整个系统研发、生产。
测量功率最初由热敏传感器实现，利用电阻的热效应将微波功率转化为电信号，进而测出射频功率。伴随着数字仪表技术的发展产生了热电偶功率传感器，热电偶传感器利用两种材料的导体两端接合成回路时，在接合点有不同的温度时就会产生电信号的原理进行功率测量。目前主流传感器技术是二极管检波器。近年来，对数检波芯片和真有效值检测芯片，将功率转化为与之成比例的电压信号，使得可测量功率的动态范围和带宽加宽。采用该检测芯片的功率模块，体积小，功耗低。
在组建系统测试时，总线在测试系统中负责数据和指令的传输，随着总线技术的发展，极大地提升了系统整体测试的效率。总线标准先后出现了GPIB、VXI、PXI、LXI等，近年来，由于USB总线具有热插拔、即插即用、配置方便、连接简单、兼有直流供电，传输速度快、易于扩展，使其得到了广泛应用。USB总线标准由USB1.0、USB2.0到USB3.0，总线数据通信速率达到5Gb/s,每一个USB3.0端口能够获得高达4.5W的功率。由于USB特有的技术优势，采用其作为系统通讯搭建测试系统成为主流趋势。
目前用于测量射频功率的功率计通常价格比较昂贵，维修保养费用较高，体积较大，测试效率低下、不便于灵活搭建测试系统，不利于射频功率模块的广泛应用。随着生产工艺的不断进步，科学技术的不断发展，射频测量仪表向着小型化、自动化、低功耗、高效率、低成本方向发展，加快射频测量设备的广泛应用，降低采购成本，推动射频测试技术的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种体积小、功耗低、效率高、自动化程度高、成本低的射频功率探测装置及方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种射频功率探测装置，包括：
检波模块，用于将射频信号转换成直流信号；
模数转换模块，用于将检波模块转换成的直流信号转换成数字信号；
通讯模块，用于将模数转换模块转换成的数字信号传输到上位机，以由上位机根据所述数字信号计算出射频信号功率。
进一步地，还包括：
衰减模块，用于将输入的射频信号进行衰减，并将衰减后的射频信号输出到所述检波模块。
进一步地，还包括：
中央处理器模块，与所述模数转换模块及通讯模块连接，用于对模数转换模块转换成的数字信号进行处理，并控制所述通讯模块将处理后的数字信号发送到上位机。
进一步地，所述通讯模块包括通用接口总线USB电路和串口通讯电路，其中：
所述通用接口总线电路实现与上位机的连接；
所述串口通讯电路用于通用接口总线电路与中央处理器模块之间的通讯协议的转换。
进一步地，还包括电源模块，所述电源模块与所述USB电路连接，用于通过所述USB电路从上位机获取电能并提供给所述射频功率探测装置。
进一步地，还包括数据存储模块，用于与中央处理器模块通信实现数据的存储。
进一步地，所述上位机为PC机。
本发明还提供了一种射频功率探测方法，包括：
将射频信号转换成直流信号；
将所述直流信号转换成数字信号；
将所述数字信号输出到上位机，由上位机计算出射频信号功率。
进一步地，在将所述射频信号转换成直流信号前，还包括：
对所述射频信号进行衰减处理。
进一步地，所述上位机为PC机。
本发明的射频功率探测装置结构紧凑、功能齐全，本发明克服了现有技术中射频功率计体积大、不便于携带等缺点，将数据交给上位机处理，使得本发明的射频功率探测装置体积小，成本低。并且，通过上位机处理大量数据，提高了处理速度，便于扩展多模块测试，缩短了开发周期，进一步降低了成本。
附图说明
图1是本发明的射频功率探测装置的原理图。
图2是本发明中衰减模块的一电路实施例的电路图。
图3是本发明中检波模块的一电路实施例的电路图。
图4是本发明中模数转换模块的一电路实施例的电路图。
图5是本发明中通用接口总线电路的一实施例的电路图。
图6是本发明中串口通讯电路的一实施例的电路图。
图7是本发明中中央处理器模块的一电路实施例的电路图。
图8是本发明中电源模块的一电路实施例的电路图。
图9是本发明中数据存储模块的一电路实施例的电路图。
图10是本发明的射频功率探测模块的工程流程图的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的射频功率探测装置的一实施例，包括：
检波模块，用于将射频信号转换成直流信号；
模数转换模块，用于将检波模块转换成的直流信号转换成数字信号；
通讯模块，用于将模数转换模块转换成的数字信号传输到上位机，以由上位机根据所述数字信号计算出射频信号功率。
除此，该射频功率探测装置还可以包括：
衰减模块，用于将输入的射频信号进行衰减，并将衰减后的射频信号输出到所述检波模块。
本发明的射频功率探测装置还可包括中央处理器模块，与所述模数转换模块及通讯模块连接，用于对模数转换模块转换成的数字信号进行处理，并控制所述通讯模块将处理后的数字信号发送到上位机。
所述通讯模块包括通用接口总线USB电路和串口通讯电路，其中：
所述通用接口总线电路实现与上位机的连接；
所述串口通讯电路用于通用接口总线电路与中央处理器模块之间的通讯协议的转换。
另外，本发明的射频功率探测装置还包括电源模块，所述电源模块与所述USB电路连接，用于通过所述USB电路从上位机获取电能并提供给所述射频功率探测装置的各用电模块或电路。
本发明的射频功率探测装置还包括数据存储模块，用于与中央处理器模块通信实现数据的存储。
所述上位机优选为PC机，例如台式电脑、笔记本电脑等。
具体地，本发明中衰减模块的一电路实施例如图2所示。衰减模块电路主要是将输入的射频信号进行衰减，起到防止信号功率过大烧坏后面检波模块和扩大输入信号的动态范围的作用。
检波模块的一电路实施例如图3所示。该电路主要由AD8318检波芯片及外围电路实现将射频信号转换成直流信号，方便对射频信号进行分析处理。
模数转换模块的一电路实施例如图4所示。该电路主要由AD7887、ADR421构成A/D转换。ADR421提供稳定的参考电压，AD7887通过SPI通讯实现与中央处理器通讯，进而通过软件控制A/D采集方式及数据传输。
通用接口总线电路的一实施例如图5所示。通用接口总线(USB)电路实现与PC机之间通信，并且通过该电路实现PC机对射频功率探测模块供电。
串口通讯电路的一实施例如图6所示。串口通讯模块电路MAX3232及其外围电路实现通讯协议的转换及中央处理器与PC机之间的通讯。
中央处理器模块的一电路实施例如图7所示。中央处理器STM32F103电路作为主控制器主要使用了该芯片的最小系统和USB通信端口、SPI通信端口、USART通信端口以及主控芯片的PB端口高八位、PC端口低八位实现去和PC、A/D模块、串口模块、存储模块进行通信，通过软件程序对控制单元模块进行工作控制。
电源模块的一电路实施例如图8所示。电源模块通过USB接口从上位机获得电能，USB接口提供+5V电压，并且+5V经过DC/DC芯片(TPS7333)进行电压转换，用于给串口通讯模块、中央处理器模块以及数据存储模块供电，5V用于给检波模块、模数转换模块供电。
数据存储模块的一电路实施例如图9所示。数据存储模块电路主要通过与中央处理器通信实现数据的存储。
本发明的射频功率探测方法，包括：
将射频信号转换成直流信号；
将所述直流信号转换成数字信号；
将所述数字信号输出到上位机，由上位机计算出射频信号功率。
其中，在将所述射频信号转换成直流信号前，还包括：
对所述射频信号进行衰减处理。
本发明的射频功率探测模块STM32F103的工程流程如图10所示。
首先对射频功率探测模块STM32F103进行初始化，然后对USB设备、SPI、A/D、Flash(闪存)及USART进行初始化，在全部初始化成功后，进入主循环，进行数据解析和数据处理，并实现与上位机PC的数据交换。
本发明采用的实现基于USB总线、SPI总线及USART传输协议的射频功率探测模块。射频信号通过衰减模块衰减，然后对数检波电路主要通过AD8318芯片对衰减后射频信号进行检波，A/D转换芯片将转换后的数字信号通过SPI接口传递到中央处理器STM32F103，中央处理器通过USB接口实现与PC机的通讯，外加存储芯片实现数据等文件的存储。
本发明解决了射频信号功率测量及数据传输的问题采用USB直接供电，避免单独外接电源。提供一种基于对数检波芯片及USB总线、SPI总线及USART通讯实现射频信号功率的检测采集及传输，方便系统的搭建。
本发明基于USB、SPI、USART协议自动实现射频信号功率的采集及数据传输，特别应用于射频微波测试系统(包括确定发射源输出功率、功率放大器增益、无源器件的衰减损耗等功率的测量，以及在对射频微波技术的理论研究、产品的设计研制调试过程中所需要的针对某些信号的功率测量)。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种射频功率探测装置，其特征在于，包括：
检波模块，用于将射频信号转换成直流信号；
模数转换模块，用于将检波模块转换成的直流信号转换成数字信号；
通讯模块，用于将模数转换模块转换成的数字信号传输到上位机，以由上位机根据所述数字信号计算出射频信号功率。
2.根据权利要求1所述的射频功率探测装置，其特征在于，还包括：
衰减模块，用于将输入的射频信号进行衰减，并将衰减后的射频信号输出到所述检波模块。
3.根据权利要求1所述的射频功率探测装置，其特征在于，还包括：
中央处理器模块，与所述模数转换模块及通讯模块连接，用于对模数转换模块转换成的数字信号进行处理，并控制所述通讯模块将处理后的数字信号发送到上位机。
4.根据权利要求3所述的射频功率探测装置，其特征在于，所述通讯模块包括通用接口总线USB电路和串口通讯电路，其中：
所述通用接口总线电路实现与上位机的连接；
所述串口通讯电路用于通用接口总线电路与中央处理器模块之间的通讯协议的转换。
5.根据权利要求3所述的射频功率探测装置，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块与所述USB电路连接，用于通过所述USB电路从上位机获取电能并提供给所述射频功率探测装置。
6.根据权利要求3所述的射频功率探测装置，其特征在于，还包括数据存储模块，用于与中央处理器模块通信实现数据的存储。
7.根据权利要求1所述的射频功率探测装置，其特征在于，所述上位机为PC机。
8.一种射频功率探测方法，其特征在于，包括：
将射频信号转换成直流信号；
将所述直流信号转换成数字信号；
将所述数字信号输出到上位机，由上位机计算出射频信号功率。
9.根据权利要求8所述的射频功率探测方法，其特征在于，在将所述射频信号转换成直流信号前，还包括：
对所述射频信号进行衰减处理。
10.根据权利要求8所述的射频功率探测方法，其特征在于，所述上位机为PC机。
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