CN109655663A - 一种具有多增益检波放大模式的s波段功率检测电路 - Google Patents

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谢敏
于萌
雷国忠
周海进
康颖
李兵
张娟
任纹岐
李峰
李卓
薛广然
郗蕴天
张昕
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Abstract

本发明涉及一种具有多增益检波放大模式的S波段功率检测电路，主要应用于雷达收发组件、发射机设计中微波功率的采集、放大、转换、检测使用的场景。传统的功率检测电路中使用低势垒肖特基二极管对微波信号进行检波、整形，将检波输出电平输入到信息处理控制电路，检波输出电平决定了最终的检测指示结果。在检测到的功率差别较小时，检波输出电平值变化范围较小，此时对检波后的信号进行不同增益模式的放大处理就显得尤为重要。本发明中，我们在传统功率检测电路设计的基础上，通过增加多个增益模式的运算放大器对检波后的信号进行放大，以保证检波输出检测电平足够大，可实现准确测量。

Description

一种具有多增益检波放大模式的S波段功率检测电路
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体是提出了一种具有多增益检波放大模式的S波段功率检测电路，可应用于雷达收发组件、发射机设计中微波的功率检测。
背景技术
在雷达技术领域，雷达的分辨率和探测能力至关重要，微波电子技术是雷达技术领域中的关键技术，在通信接收机、发射机，雷达，导航设备中起着不可替代的作用。功率检测电路作为微波电子技术的重要部分，实现了微波功率的采集、转换、检测等功能，有助于确保系统高效、安全的运行。传统的功率检测电路采用微带耦合、检波、整形集成化设计，经常由于带内阻抗不匹配导致在频带内检波输出电平的线性度差、波动大，从而引起控制电路对实际功率做出错误判断，造成功率指示不准确和虚报故障等一系列问题。本发明设计的检波电路灵敏度高，能较为准确的检测功率，解决虚报故障的问题，针对小功率信号可设置不同增益模式，对微波信号进行采集转换成输出电平，对输出电平进行检测处理并得到检测结果，最终可提高收发组件工作的安全性和稳定性。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有多增益检波放大模式的S波段功率检测电路，以LTC5564功率检波器为基础解决功率小范围变化时检测输出电平值变化较小的问题，确保通过选择不同增益模式使得功率在小范围变化时，检测输出灵敏度高，电平变化足够大、指示足够精确，避免功率微小变化时无法进行准确判断识别。
技术方案
一种具有多增益检波放大模式的S波段功率检测电路，包括SMA-KFD转接头、50欧姆微带线、温补衰减器A1、RF功率检波器A2和比较器A3；需要检测的功率输入信号由SMA-KFD端输入，然后通过50Ω微带线到A1，温补衰减器A1对输入信号进行全范围温度补偿和固定衰减，A1输出连接A2的输入端RFin；在A1和A2之间设有隔直电容C4，所述的A2的匹配电路：+5V电压经过电容C1和C2的储能滤波后给Vccrf端口供电，保证A2对射频信号的接收；电阻R1、R2形成的分压电路给Vref端口供电，电容C3对该电压进行滤波，通过调节R1阻值来实现Vref端口比较基准电压的调节；电阻R3、R4形成的分压电路给LEN端口供电，通过设置R3、R4阻值来实现输出信号的锁存功能；电阻R5、R6和电容C5形成分压滤波回路在Voutadj端口对放大输出进行偏置设置；电阻R7、R8、R9和R10形成的分压回路对增益控制端G0和G1进行设置，通过调节四个电阻阻值可实现得到四个放大增益模式，对检波电压进行放大；+5V电压通过电容C6、C7储能滤波后对Vcca和Vccp端口，保证A2内部的放大功能所需要的模拟电压和大电流电压；+5V电压通过电容C10、C11储能滤波对A3进行供电，电阻R12、R13和电容C9形成的分压滤波回路用来设置A3第一级比较基准电压V0，电阻R11和电容C8保证Vout检波电压避免输出空载和进行滤波，Vout连接A3的第一级的正端；电阻R14一端接+5V对第一级比较输出电压进行上拉，二极管V1、电阻R16、R17和电容C12形成积分回路，对脉冲输出电压进行积分送入A3第二级进行比较，电阻R15和R18形成分压回路对A3第二级提供比较基准电压，最后比较输出经过电阻R19的上拉形成最终比较输出；当+5V正常供电时，微波信号由SMA-KFD进入A1、A2，经过对A2匹配电路中电阻R1、R2、R3、R4、R7、R8、R9、R10的调节，在A2的Vout输出端可以得到检测电平值，对该检测输出电平进行比较、积分再比较后得到最终检测结果。
电路各个元器件参数如下表所示：
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
1KΩ 2KΩ 10KΩ 2KΩ 10KΩ 680Ω 10kΩ 2kΩ
R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16
10kΩ 2kΩ 68Ω 2kΩ 1kΩ 2kΩ 2kΩ 1kΩ
R17 R18 R19 C1 C2 C3 C4 C5
470kΩ 200Ω 2kΩ 10pF 1000pF 100pF 47pF 100pF
C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 A1
10pF 1000pF 100pF 0.1μF 0.1μF 10μF 0.1μF MTVA0500N05
A2 A3 V1
LTC5564IUD LM2903 1N4148
有益效果
本发明提出的一种具有多增益检波放大模式的S波段功率检测电路，与现有的成熟技术相比优点在于：在确保原有功率检测性能不受影响的情况下，以LTC5564功率检波器为基础，增加了多增益放大模式，使得输入功率信号在小范围变化时可以得到变化范围更大的检波输出电平，在能够完成传统输出功率有无判别之上提高检波电平输出的准确性。
附图说明
图1为本发明中具有多增益检波放大模式的S波段功率检测电路原理图
图2为本发明中LEN输出锁存示意图
图3为本发明中不同增益模式下的RFIN和VOUT关系
图4为本发明中功率检测电路实物图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本方案给出了多增益放大模式S波段功率检测电路的设计方法和在满足相应设计指标下的工作过程。
1)根据功率检测的测量频段，对不同型号的功率检波器件进行筛选和选择，选择在S波段性能良好且具有不同增益模式的功率检波器，并以此为基础进行对检波输出信号进行进一步分析处理。
2)为实现全温度范围内的功率准确检测，选择温补衰减器对检测输入功率进行温度补偿和功率衰减，为功率检波器提供稳定的检测输入。
3)在进行模块输入信号的采集传输时，要保证输入信号的阻抗匹配，防止信号反射引起的驻波。由于传输电缆特性阻抗为50Ω，因此使用50Ω微带线进行信号传输，保证输入信号的良好匹配。
4)不同的输入功率在检波后会形成不同大小的检波输出电平，在输入功率变化较小时需要更准确的判断检波输出电平的变化，此时选择对检波输出电平进行不同增益模式的放大，来实现更准确和直观的检测电平输出。
5)比较基准电平和锁存功能的使用，设置比较基准电平决定了在比较之后检波信号能否实现最终输出，基准电平过高时比较后的信号可能无法输出，基准电平过低时可能会比较输出其他杂波功率带来的信号，锁存功能实现了对检波输出电平和基准电平比较后脉冲电平的维持缓存状态。
6)脉冲功率输入在非锁存条件下，检波输出的脉冲电平无法持续上报功率检测结果，这就需要对输出的脉冲检测结果进行积分，才能得到一个持续高电平的检测输出结果。
本发明中需要检测的功率输入信号由SMA-KFD端输入(如图1所示)，为减小驻波增加匹配，功率信号进入电路后通过50Ω微带线进行传输，保证了信号传输的完整性。连接器提供+5V供电和提供检波输出接口。输入功率信号首先经过A1，对其进行全范围温度补偿和固定衰减，保证输入给A2的RFin端信号全温度范围状态稳定。电容C4在射频通路上起到隔直作用。在A2的匹配电路中，+5V电压经过电容C1和C2的储能滤波后给Vccrf端口供电，保证A2器件对射频信号的接收；电阻R1、R2形成的分压电路给Vref端口供电，电容C3对该电压进行滤波，通过调节R1阻值来实现Vref端口比较基准电压的调节；电阻R3、R4形成的分压电路给LEN端口供电，通过设置R3、R4阻值来实现输出信号的锁存功能；电阻R5、R6和电容C5形成分压滤波回路在Voutadj端口对放大输出进行偏置设置；电阻R7、R8、R9和R10形成的分压回路对增益控制端G0和G1进行设置，通过调节四个电阻阻值可实现得到四个放大增益模式，对检波电压进行放大；+5V电压通过电容C6、C7储能滤波后对Vcca和Vccp端口，保证A2内部的放大功能所需要的模拟电压和大电流电压。+5V电压通过电容C10、C11储能滤波对A3进行供电，电阻R12、R13和电容C9形成的分压滤波回路用来设置A3第一级比较基准电压V0，电阻R11和电容C8保证Vout检波电压避免输出空载和进行滤波。电阻R14一端接+5V对第一级比较输出电压进行上拉，二极管V1、电阻R16、R17和电容C12形成积分回路，对脉冲输出电压进行积分送入A3第二级进行比较，电阻R15和R18形成分压回路对A3第二级提供比较基准电压，最后比较输出经过电阻R19的上拉形成最终比较输出。可以看出，当+5V正常供电时，微波信号由SMA-KFD进入A1、A2，经过对A2匹配电路中电阻R1、R2、R3、R4、R7、R8、R9、R10的调节，在A2的Vout输出端可以得到检测电平值，对该检测输出电平进行比较、积分再比较后得到最终检测结果。
本发明中所设计的功率检测模块应用于3.0GHz～3.5GHz频率，-5dBm～10dBm输入功率范围内输入信号有无的判定和高精度检测电平的测量。对检波器输出VOUT进行测量记录，分析RFIN与VOUT之间的对应关系。VOUT在不同增益模式静态电压VOUT0不同(如图表2所示)，根据不同增益模式设置基准电压V0，当VOUT＞V0＞VOUT0时，最终比较输出为“高”，即检测到有输入功率；当VOUT≤V0时，最终比较输出为“低”，即检测到无输入功率。在3.0GHz～3.5GHz频率范围内，输入功率-5dBm～10dBm区间，信号源提供不同频率下输入功率RFIN与LTC5564检测输出电平VOUT在不同增益模式的测量值(如图3所示)。VOUT在不同增益模式、频率以及输入功率下的高精度反馈，测量精度可达到0.001V。最终实物如图4所示。
表1四档增益控制表
表2增益控制档与VOUT0关系
增益控制 V<sub>OUT0</sub>(V)
GAIN0 0.439
GAIN2 0.589
GAIN4 0.914
GAIN8 1.583
表3电路元器件参数
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
1KΩ 2KΩ 10KΩ 2KΩ 10KΩ 680Ω 10kΩ 2kΩ
R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16
10kΩ 2kΩ 68Ω 2kΩ 1kΩ 2kΩ 2kΩ 1kΩ
R17 R18 R19 C1 C2 C3 C4 C5
470kΩ 200Ω 2kΩ 10pF 1000pF 100pF 47pF 100pF
C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 A1
10pF 1000pF 100pF 0.1μF 0.1μF 10μF 0.1μF MTVA0500N05
A2 A3 V1
LTC5564IUD LM2903 1N4148

Claims (2)

1.一种具有多增益检波放大模式的S波段功率检测电路，其特征在于包括SMA-KFD转接头、50欧姆微带线、温补衰减器A1、RF功率检波器A2和比较器A3；需要检测的功率输入信号由SMA-KFD端输入，然后通过50Ω微带线到A1，温补衰减器A1对输入信号进行全范围温度补偿和固定衰减，A1输出连接A2的输入端RFin；在A1和A2之间设有隔直电容C4，所述的A2的匹配电路：+5V电压经过电容C1和C2的储能滤波后给Vccrf端口供电，保证A2对射频信号的接收；电阻R1、R2形成的分压电路给Vref端口供电，电容C3对该电压进行滤波，通过调节R1阻值来实现Vref端口比较基准电压的调节；电阻R3、R4形成的分压电路给LEN端口供电，通过设置R3、R4阻值来实现输出信号的锁存功能；电阻R5、R6和电容C5形成分压滤波回路在Voutadj端口对放大输出进行偏置设置；电阻R7、R8、R9和R10形成的分压回路对增益控制端G0和G1进行设置，通过调节四个电阻阻值可实现得到四个放大增益模式，对检波电压进行放大；+5V电压通过电容C6、C7储能滤波后对Vcca和Vccp端口，保证A2内部的放大功能所需要的模拟电压和大电流电压；+5V电压通过电容C10、C11储能滤波对A3进行供电，电阻R12、R13和电容C9形成的分压滤波回路用来设置A3第一级比较基准电压V0，电阻R11和电容C8保证Vout检波电压避免输出空载和进行滤波，Vout连接A3的第一级的正端；电阻R14一端接+5V对第一级比较输出电压进行上拉，二极管V1、电阻R16、R17和电容C12形成积分回路，对脉冲输出电压进行积分送入A3第二级进行比较，电阻R15和R18形成分压回路对A3第二级提供比较基准电压，最后比较输出经过电阻R19的上拉形成最终比较输出；当+5V正常供电时，微波信号由SMA-KFD进入A1、A2，经过对A2匹配电路中电阻R1、R2、R3、R4、R7、R8、R9、R10的调节，在A2的Vout输出端可以得到检测电平值，对该检测输出电平进行比较、积分再比较后得到最终检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种具有多增益检波放大模式的S波段功率检测电路，其特征在于电路各个元器件参数如下表所示：
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 1KΩ 2KΩ 10KΩ 2KΩ 10KΩ 680Ω 10kΩ 2kΩ R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 10kΩ 2kΩ 68Ω 2kΩ 1kΩ 2kΩ 2kΩ 1kΩ R17 R18 R19 C1 C2 C3 C4 C5 470kΩ 200Ω 2kΩ 10pF 1000pF 100pF 47pF 100pF C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 A1 10pF 1000pF 100pF 0.1μF 0.1μF 10μF 0.1μF MTVA0500N05 A2 A3 V1 LTC5564IUD LM2903 1N4148
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