CN109541294A - 一种射频功率探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种射频功率探测器，包括包络线探测器、积分器和输出缓冲单元，在包络线探测器包括第一三极管T1、第二电容C2、第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第一二极管D1、第二二极管D2和第一电阻R1，其中，第一电流源I1、第一二极管D1和第一电阻R1组成第一三极管T1的偏置电路。输出缓冲单元包括第二三极管T2和第四电流源I4，第二电流源I2、第三电流源I3和第二二极管D2组成第二三极管T2的偏置电路。本发明在包络线探测器中，通过调节第二电流源I2与第三电流源I3的电流差，来控制第二电容C2的充放电时间，可以很精确的实现对信号包络线的跟踪，再经过积分电路，从而实现高峰均比信号在大带宽内平均功率的检测。
Description
技术领域
本发明涉及射频功率测量领域，尤其涉及一种射频功率探测器。
背景技术
最常见的一种射频功率探测器是一个由二极管组成的半波整流器，如图1所示。二极管的阚值电压，通常在0.7V左右。当输入信号的幅值超过二极管阚值电压时，二级管导通，开始对电容C充电，电容C上电压最终达到信号的峰值。当输入信号幅值降到二极管阚值电压以下时，二极管关断。电容C通过并联的负载电阻RL放电。充电和放电时间由电容C和电阻RL的时间常数决定。根据输入信号的频率，选择合适的时间常数，电容上的电压可以反映出输入信号的功率大小。二极管功率探测器有一个明显的缺点，就是由于二级管只有在输入信号的幅值超过阚值电压时才能导通，所以对于幅值小于阚值电压的信号无法检测。
为了克服二极管功率探测器的弊端，人们采用三极管功率探测器，其结构如图2所示。通过三极管的偏置电路，可以设置三极管的基极电压，这就克服了二极管要求输入信号幅值必须大于阚值电压才能导通的弊端。三级管T1在功能上和二极管类似，当输入射频信号为正半周时，信号通过三极管开始对电容C充电，当输入信号为负半周时，电容C通过负载电阻RL放电。充电和放电时间由电容C和电阻RL的时间常数决定，根据输入信号的频率，选择合适的时间常数，电容上的电压可以反映出输入信号的功率大小。因此三极管功率探测器被广泛应用在射频信号功率检测场合。但是在检测无线网络(WLAN)信号时，这种三极管功率探测器有局限性。目前高速无线网络(WLAN)主要采用802.11g/n/ac协议，信号主要采用OFDM调制方式。这种调制方式下，信号的峰均比很高，通常会到达7dB甚至更高，而且随着高速网络的需求越来越大，信号的带宽也越来越宽，由20MHz、40MHz带宽变成了80MHz甚至是160MHz带宽，图2所示的三极管功率探测器已经无法准确检测到大带宽内高峰均比的信号。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有技术中存在的上述不足之处。
为实现上述目的，本发明提供一种射频功率探测器，包括包络线探测器、积分器和输出缓冲单元；包络线探测器包括第一三极管T1、第二电容C2、第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第一二极管D1、第二二极管D2和第一电阻R1，其中，第一电流源I1连接在电源正极和第一三极管T1的基极之间，第一二极管D1的正极接在第一三极管T1的基极，第一二极管D1的负极接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接被探测系统的负极，其中，第一电流源I1、第一二极管D1和第一电阻R1组成第一三极管T1的偏置电路，从而设置第一三极管T1基极的偏置电压，第一三极管T1的集电极接电源正极，第一三级管T1的发射极接第二电流源I2的正极，第二电流源I2的负极接被探测系统的负极，第一三极管T1的发射极和被探测系统的负极之间还设置有第二电容C2，第二电容C2和第二电流源I2并联，第三电流源I3的正极接电源正极，第三电流源I3的负极连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接第一三极管T1的发射极，其中，第三电流源I3的负极连接积分器的输入端；输出缓冲单元包括第二三极管T2和第四电流源I4，第二三级管T2的集电极连接电源正极，第二三极管T2的发射极连接第四电流源I4的正极，第四电流源I4的负极连接被探测系统的负极，其中，第二电流源I2、第三电流源I3和第二二极管D2组成第二三极管T2的偏置电路，用于设置第二三极管T2基极的偏置电压。
优选地，积分器包括第二电阻R2和第三电容C3，第二电阻R2的一端连接第二二极管D2的正极，第二电阻R2的另一端连接第二三极管T2的基极，第三电容C3的一端连接第二三极管T2的基极，第三电容C3的另一端连接被探测系统的负极。
优选地，前述射频功率探测器还包括第一电容C1，第一电容C1连接在包络线探测器之前，第一电容C1用于将输出信号中的直流电压和包络线探测器的直流偏置电路隔离。
本发明通过设置包络线探测器，在包络线探测器中，通过调节第二电流源I2与第三电流源I3的电流差，来控制第二电容C2的充放电时间，可以很精确的实现对信号包络线的跟踪，再经过积分电路，从而实现高峰均比信号在大带宽内平均功率的检测。
附图说明
图1为二极管功率探测器示意图；
图2为三极管功率探测器示意图；
图3为本发明实施例提供的一种射频功率探测器的电路结构图；
图4为本发明实施例提供的一种射频功率探测器的测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图3为本发明实施例提供的一种射频功率探测器的电路结构图。本发明提出的射频功率探测器包括包络线探测器1、积分器2和输出缓冲单元3。
包络线探测器1由第一三极管T1、第二电容C2、第一电流源I1、第二电流源I2和第三电流源I3，第一二极管D1、第二二极管D2和第一电阻R1组成。
第一电流源I1连接在电源VCC和第一三极管T1的基极之间，第一二极管D1和第一电阻R1串联连接，其中，第一二极管D1的正极连接第一三极管T1的基极，第一二极管D1的负极接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接被探测系统的负极。其中，第一电流源I1、第一二极管D1和第一电阻R1组成第一三极管T1的偏置电路，从而设置第一三极管T1基极的偏置电压。第一三极管T1的集电极连接电源VCC处，第一三级管T1的发射极连接I2的正极，第二电流源I2的负极连接被探测系统的负极。第二电流源I2设置第一三级管T1的静态工作电流。在第一三极管T1的发射极和被探测系统负极之间还设置有第二电容C2，第二电容C2和第二电流源I2并联。第二电容C2上的电压以Vc表示。第三电流源I3的正极连接电源VCC，第三电流源I3的负极连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接第一三极管T1的发射极。
在输入射频信号的正半周，信号通过第一三极管T1对第二电容C2进行充电，当输入信号进入负半周时，第二电容C2通过第二电流源I2放电，放电电流的大小为第二电流源I2和第三电流源I3的差，即I2-I3。即电流源I2和I3的差，决定了电容C2的充放电时间常数。I2和I3差越大，充放电时间越短，对输入信号包络线的跟踪就越快，但是电容第二C2上的电压Vc的纹波就越大。反之，I2和I3差越小，充放电时间就越慢，对输入信号包络线的跟踪就越慢，但第二电容C2上的电压Vc的纹波就越小。
积分器2包括第二电阻R2和第三电容C3组成。第二电阻R2的一端连接第二二极管D2的正极，第二电阻R2的另一端连接第二三极管T2的基极。第三电容C3的一端连接第二三极管T2的基极，第三电容C3的另一端连接被探测系统的负极。包络线探测器1的输出电压Vc，通过这个积分器2后，就可以得到相应的平均功率。需要指出的是，第二电阻R2和第三电容C3会产生一个极点，该极点的频率必须要低于包络线的最小频率，才能有效的检测出信号的平均功率。
输出缓冲单元3，由第二三极管T2和第四电流源I4组成。第二三级管T2的集电极连接电源VCC，第二三极管T2的发射极连接第四电流源I4的正极，第四电流源I4的负极连接被探测系统的负极。第四电流源I4为三极管T2提供静态工作电流。第二电流源I2、第三电流源I3和第二二极管D2组成第二三极管T2的偏置电路，设置第二三极管T2基极的偏置电压。输出缓冲单元3将经过积分器2的电压信号最终输出到负载，完成整个射频功率探测功能。需要指出的是，第一二极管D1和第二二极管D2除了分别给第一三极管T1和第二三极管T2提供偏置电压外，还有一个作用是为第一三极管T1和第二三极管T2提供温度补偿，消除第一三极管T1和第二三极管T2的因温度变化引起的漂移，提高该射频探测器在不同温度下的检测精度。
在一个示例中，在包络线探测器1前连接一个第一电容C1。输入射频信号进入包络线探测器1前，经过第一电容C1，第一电容C1接在三极管T1的基极。第一电容C1的作用是交流耦合，将输出信号中直流电压和包络线探测器1的直流偏置电路隔离开来，保证包络线探测器1不受输入信号直流电压的影响。
根据上述原理，采用砷化镓HBT工艺，实现的本发明提出的射频功率探测器，并采用IEEE802.11g 54-Mbit/s输入信号在2.44GHz进行了实际功率探测，测试结果如图4所示。从图4可以看出，本发明实施例提出的功率探测器，对于宽带高峰均比的射频信号有很好的功率探测功能。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种射频功率探测器，其特征在于，包括包络线探测器、积分器和输出缓冲单元；
所述包络线探测器包括第一三极管T1、第二电容C2、第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第一二极管D1、第二二极管D2和第一电阻R1，其中，第一电流源I1连接在电源正极和第一三极管T1的基极之间，第一二极管D1的正极接在第一三极管T1的基极，第一二极管D1的负极接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接被探测系统的负极，其中，第一电流源I1、第一二极管D1和第一电阻R1组成第一三极管T1的偏置电路，从而设置第一三极管T1基极的偏置电压，第一三极管T1的集电极接电源正极，第一三级管T1的发射极接第二电流源I2的正极，第二电流源I2的负极接被探测系统的负极，第一三极管T1的发射极和被探测系统的负极之间还设置有第二电容C2，第二电容C2和第二电流源I2并联，第三电流源I3的正极接电源正极，第三电流源I3的负极连接第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极连接第一三极管T1的发射极，其中，第三电流源I3的负极连接积分器的输入端；
所述输出缓冲单元包括第二三极管T2和第四电流源I4，所述第二三级管T2的集电极连接电源正极，所述第二三极管T2的发射极连接所述第四电流源I4的正极，所述第四电流源I4的负极连接被探测系统的负极，其中，第二电流源I2、第三电流源I3和第二二极管D2组成第二三极管T2的偏置电路，用于设置第二三极管T2基极的偏置电压。
2.根据权利要求1所述的射频功率探测器，其特征在于，所述积分器包括第二电阻R2和第三电容C3，所述第二电阻R2的一端连接所述第二二极管D2的正极，所述第二电阻R2的另一端连接所述第二三极管T2的基极，所述第三电容C3的一端连接所述第二三极管T2的基极，所述第三电容C3的另一端连接被探测系统的负极。
3.根据权利要求1所述的射频功率探测器，其特征在于，还包括第一电容C1，所述第一电容C1连接在所述包络线探测器之前，所述第一电容C1用于将输出信号中的直流电压和包络线探测器的直流偏置电路隔离。
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