CN114019336A - 一种检波晶体管温度修正装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个实施例公开了一种检波晶体管温度修正装置和方法,所述装置包括:射频同轴线、电感线圈、主检波晶体管和次级检波电路,其中,所述射频同轴线用于馈入射频微波信号;所述电感线圈用于耦合所述射频微波信号进入主检波晶体管;所述主检波晶体管用于将所述耦合后的射频微波信号转换为第一直流电压信号输出;所述次级检波电路用于输出与第一直流电压信号幅值相同,方向相反的直流电压信号,与第一直流电压信号进行抵消,所述装置整体电路达到平衡状态。本发明所述装置和方法,使得功率敏感器测试数据不会随温度变化有较大的变化,提高测试的准确度和温度适应性,具有较强的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及检波晶体管温度修正领域。更具体地,涉及一种检波晶体管温度修正装置和方法。
背景技术
检波晶体管是一种将射频信号转变为直流电压的半导体器件,在功率探头、示波器检波探头、脉冲检波探头中常选用肖特基整流二极管或快速恢复二极管。检波晶体管的作用是检波,将射频或微波信号转换成直流或包络信号,因此,它一般位于传输线或传输腔体附近。因为如果距离过远,信号衰减就大,因此,无论是测量小功率还是测量中大功率,检波晶体管都在功率敏感器的最前端,以往电路中检波晶体管都是单个存在的,即使存在多个晶体管,其目的主要为:1、实现信号的双向导通;2、提高测试的动态范围。这种电路在实验室环境中定标、在相同温度下使用是没问题的,但在室外使用,便会出现测试数据偏差较大的情况。
我国幅员辽阔,从南到北,环境温度有较大的差别,特别是军事应用中,设备往往在室外或车载使用,对仪器的耐温性有更高的要求。如何保证测试设备在不同环境中的一致性,是急需要考虑的问题。
根据检波晶体管的温度特征曲线,我们知道检波晶体管对温度非常敏感,因此,如果不加处理,功率敏感器测量会非常不准。
目前,解决的方法有两种,一种是控温,一种是测温修正。控温的原理很简单,对中功率敏感器加半导体制冷片,使其温度恒定不变,但控温增加了设备体积、重量、功耗,并且控温精度不高,控温不均匀。
较为通用的解决方案是测温修正,加入温度传感器,利用采集得到的温度值修正测试数据。这种方式的好处是测试精度较高,但缺点也显而易见,定标工作量大,定标数据无法遍历整个温度范围,其次,温度传感器具有老化周期,超出一定周期时间,温度传感器需要重新定标,这使得产品的可靠性大大降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检波晶体管动态温度修正装置和方法,有效解决现有技术问题,提高测试的准确度和温度适应性,具有较强的推广应用前景。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
第一方面,本发明提供一种检波晶体管温度修正装置,包括:射频同轴线、电感线圈、主检波晶体管和次级检波电路,其中,
所述射频同轴线用于馈入射频微波信号;
所述电感线圈用于耦合所述射频微波信号进入主检波晶体管;
所述主检波晶体管用于将所述耦合后的射频微波信号转换为第一直流电压信号输出;
所述次级检波电路用于输出与第一直流电压信号幅值相同,方向相反的直流电压信号,与第一直流电压信号进行抵消,所述装置整体电路达到平衡状态。
在一个具体示例中,所述次级检波电路包括次检波晶体管、参考信号产生器和积分器,其中,
所述参考信号产生器用于向次检波晶体管提供一个与第一直流电压信号方向相反的参考信号;
所述次检波晶体管与主检波晶体管同品牌、同型号、同批次,具有相同的温度特征曲线,且与主检波晶体管相对,用于将所述参考信号转换为第二直流电压信号,方向与第一直流电压信号方向相反;
所述积分器用于调节所述参考信号产生器,使其输出的参考信号幅度改变,直至所述第二直流电压信号与所述第一直流电压信号幅值相同。
在一个具体示例中,当所述第二直流电压信号与第一直流电压信号幅值不同时,两个信号之间产生电压差,所述积分器对所述电压差进行放大积累,反馈作用在所述参考信号产生器,使其输出的参考信号幅度改变,直至所述电压差为零。
在一个具体示例中,所述电压差为零后,所述装置整体电路达到平衡状态,当耦合的射频微波信号变大/变小时,破坏了原有的平衡状态,电压差不再为零,此时,积分器再次放大积累所述电压差,调节所述参考信号产生器,使得次检波晶体管输出的第二直流电压信号也变大/变小,直至电压差重新为零,这时,所述积分器输出控制参考信号产生器的信号大小与所述电感线圈耦合的射频微波信号功率成正比,通过测量所述积分器的直流输出电压,间接得到所述射频微波信号的大小。
第二方面,本发明提供一种检波晶体管温度修正方法,包括以下步骤:
在射频同轴线馈入射频微波信号,电感线圈处耦合部分所述射频微波信号进入主检波晶体管,主检波晶体管将耦合的射频微波信号转换为第一直流电压信号;
与此同时,由所述积分器和参考信号产生器组成的可调幅度信号源输出参考信号,次检波晶体管将所述参考信号转换为第二直流电压信号,方向与第一直流电压信号方向相反;
当所述第一直流电压信号与所述第二直流电压信号幅值不同时,两者之间产生电压差,电压差被所述积分器放大积累,反馈作用在参考信号产生器上,使参考信号幅度发生改变,直至电压差为零,第一直流电压信号与第二直流电压信号幅值相同,方向相反进而互相抵消,使得所述装置整体电路达到平衡状态。
在一个具体示例中,所述次检波晶体管与主检波晶体管同品牌、同型号、同批次,具有相同的温度特征曲线。
在一个具体示例中,所述电压差为零后,所述装置整体电路达到平衡状态,当耦合的射频微波信号变大/变小时,破坏了原有的平衡状态,电压差不再为零,此时,积分器再次放大积累所述电压差,调节所述参考信号产生器,使得次检波晶体管输出的直流电压信号也变大/变小,直至电压差重新为零,这时,所述积分器输出控制参考信号产生器的信号大小与所述电感线圈耦合的射频微波信号功率成正比,通过测量所述积分器的直流输出电压,间接得到所述射频微波信号的大小。
本发明的有益效果如下:
本发明一种检波晶体管温度修正装置和方法,适用于检波敏感器的设计,包括检波二极管式功率探头、脉冲检波探头及示波器探头,该方法能较好抑制环境温度改变造成测试数据发生偏差,具有优秀的环境适应性,在军用测试仪器中具有较好的应用前景,加入的检波晶体管、积分器和信号发生器均为芯片级,成本不高,也不会增加体积,相较于温度修正的方法,大幅减少了测试工作量,是一种简单易行的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明一个实施例一种检波晶体管温度修正装置的示意图。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在中大功率计中,为了弥补检波晶体管温漂引入的测量不确定度,本发明通过在检波探头中加装次级检波电路,利用同型号、同品牌、同批次的两个检波晶体管来抵消期间温度改变造成的影响;
当主/次检波晶体管输出的直流电压幅值相同时,两者由于方向相反而互相抵消,此时,电路达到平衡;当主/次检波器输出的直流电压幅值不相同时,两信号之间的直流差值被积分器放大、积累,并反馈给参考正弦波发生器使其输出的信号增大(减小),直至主/次检波器输出的直流电压幅值相同,电路达到新的平衡。
主/次检波晶体管输出互相抵消,达到平衡,它们具有相同的温度特征曲线;积分器和信号发生器起到可调幅度信号源的作用。当主检波晶体管接收到的输入信号变大,破坏了原有平衡,直流差值被积分器放大并积累,使信号发生器输出大信号,于是次检波晶体管输出的直流信号也增大,直至重新达到动态平衡,这样积分器的输出信号就间接反映了输入信号的变化。
正常情况下,当平衡后,只要接口处的输入信号不发生变化,积分器的输出信号就不会发生变化。而当检波敏感器内部温度发生变化后,两个彼此靠近的主/次检波晶体管的温度曲线同时改变,输出电压变化值相同,平衡状态不变,显示的数值就不会发生变化。因此,功率敏感器的测试数据不会随温度的变化有较大的变化,达到温度修正的目的。
本发明第一实施例提供了一种检波晶体管温度修正装置,如图1所示,包括:射频同轴线、电感线圈、主检波晶体管和次级检波电路,其中,
所述射频同轴线用于馈入射频微波信号;所述电感线圈用于耦合所述射频微波信号进入主检波器;所述主检波晶体管用于将所述耦合后的射频微波信号转换为第一直流电压信号V1输出;所述次级检波电路用于输出与第一直流电压信号幅值相同,方向相反的直流电压信号,使得装置整体电路达到平衡。
在一个具体实施例中,所述次级检波电路包括次检波晶体管、参考信号产生器和积分器,其中,
所述参考信号产生器用于向次检波晶体管提供一个与第一直流电压信号方向相反的参考信号;
所述次级检波晶体管与主检波晶体管同品牌、同型号、同批次,且与主检波晶体管相对,彼此靠近,使其受到相同的热环境影响,用于将所述参考信号转换为第二直流电压信号,方向与第一直流电压信号方向相反;
所述积分器用于调节所述参考信号产生器,使其输出的参考信号幅度改变,直至所述第二直流电压信号与所述第一直流电压信号幅值相同。
在一个具体实施例中,在电感线圈处一部分射频微波信号被耦合进入主检波晶体管,主检波晶体管将这部分耦合的射频微波信号转换为第一直流电压信号V1输出;与此同时,由积分器和参考信号产生器组成的可调幅度信号源输出参考信号,次检波晶体管将参考信号转换为第二直流电压信号V2;V1和V2电流方向相反。
在一个具体实施例中,当所述第二直流电压信号V2与第一直流电压信号V1幅值不同时,产生电压差,所述积分器对所述电压差进行放大积累,反馈作用在所述参考信号产生器上,使其输出的参考信号幅度改变,直至所述电压差为零。
在一个具体实施例中,所述电压差为零后,所述装置整体电路达到平衡状态,当耦合的射频微波信号变大/变小时,破坏了原有的平衡状态,电压差不再为零,此时,积分器再次放大积累所述电压差,调节所述参考信号产生器,使得次检波晶体管输出的第二直流电压信号也变大/变小,直至电压差重新为零,这时,所述积分器输出控制参考信号产生器的信号大小与所述电感线圈耦合的射频微波信号功率成正比,通过测量所述积分器的直流输出电压,间接得到所述射频微波信号的大小。
在一个具体实施例中,设电感线圈的耦合系数为A,主检波晶体管的转换系数为k1,次检波晶体管的转换系数为k2,积分器的输出电压为V,参考信号产生器初始输出信号功率P0,压控转换系数B:
主检波晶体管的输出电压V主=Ak1P入
次检波晶体管的输出电压V次=BVk2P0
由于,电路终会达到平衡,即V主=V次
可得:Ak1P入=BVk2P0
当输入的射频微波信号P入不变,耦合系数A、压控转换系数B、参考信号产生器初始输出信号功率P0均为常量,因此,积分器的输出电压V=Ak1P入/Bk2P0,其值只跟k1/k2比值有关,而我们知道同型号、同品牌、同批次主/次检波晶体管的温度特性曲线相同,而主/次检波晶体管位置彼此靠近,可以认为两者周围温度相等,故两者k1/k2比值不随温度变化而改变,因此,功率敏感器内部温度改变不会引起积分器输出电压的变化,故说明主/次检波晶体管受温度的影响彼此抵消。
本发明第二实施例提供一种检波晶体管温度修正的方法,包括以下步骤:
在射频同轴线馈入射频微波信号,电感线圈处耦合部分所述射频微波信号进入主检波晶体管,主检波晶体管将耦合的射频微波信号转换为第一直流电压信号;
与此同时,由所述积分器和参考信号产生器组成的可调幅度信号源输出参考信号,次检波晶体管将所述参考信号转换为第二直流电压信号,方向与第一直流电压信号方向相反;
当所述第一直流电压信号与所述第二直流电压信号幅值不同时,两者之间产生电压差,电压差被所述积分器放大积累,反馈作用在参考信号产生器上,使参考信号幅度发生改变,直至电压差为零,第一直流电压信号与第二直流电压信号幅值相同,方向相反进而互相抵消,使得所述装置达到平衡状态。
在一个具体实施例中,所述次检波晶体管与主检波晶体管同品牌、同型号、同批次,具有相同的温度特征曲线。
在一个具体实施例中,所述电压差为零后,所述装置整体电路达到平衡状态,当耦合的射频微波信号变大/变小时,破坏了原有的平衡状态,电压差不再为零,此时,积分器再次放大积累所述电压差,调节所述参考信号产生器,使得次检波晶体管输出的直流电压信号也变大/变小,直至电压差重新为零,这时,所述积分器输出控制参考信号产生器的信号大小与所述电感线圈耦合的射频微波信号功率成正比,通过测量所述积分器的直流输出电压,间接得到所述射频微波信号的大小。
本发明加入的检波晶体管、积分器和信号发生器均为芯片级,成本不高,也不会增加体积,相较于温度修正的方法,大幅减少了测试工作量。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定,对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无法对所有的实施方式予以穷举,凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种检波晶体管温度修正装置,其特征在于,包括:射频同轴线、电感线圈、主检波晶体管和次级检波电路,其中,
所述射频同轴线用于馈入射频微波信号;
所述电感线圈用于耦合所述射频微波信号进入主检波晶体管;
所述主检波晶体管用于将所述耦合后的射频微波信号转换为第一直流电压信号输出;
所述次级检波电路用于输出与第一直流电压信号幅值相同,方向相反的直流电压信号,与第一直流电压信号进行抵消,所述装置整体电路达到平衡状态。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述次级检波电路包括次检波晶体管、参考信号产生器和积分器,其中,
所述参考信号产生器用于向次检波晶体管提供一个与第一直流电压信号方向相反的参考信号;
所述次检波晶体管与主检波晶体管同品牌、同型号、同批次,具有相同的温度特征曲线,且与主检波晶体管相对,用于将所述参考信号转换为第二直流电压信号,方向与第一直流电压信号方向相反;
所述积分器用于调节所述参考信号产生器,使其输出的参考信号幅度改变,直至所述第二直流电压信号与所述第一直流电压信号幅值相同。
3.根据权利要求2所述的装置,其特征在于,当所述第二直流电压信号与第一直流电压信号幅值不同时,两个信号之间产生电压差,所述积分器对所述电压差进行放大积累,反馈作用在所述参考信号产生器,使其输出的参考信号幅度改变,直至所述电压差为零。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述电压差为零后,所述装置整体电路达到平衡状态,当耦合的射频微波信号变大/变小时,破坏了原有的平衡状态,电压差不再为零,此时,积分器再次放大积累所述电压差,调节所述参考信号产生器,使得次检波晶体管输出的第二直流电压信号也变大/变小,直至电压差重新为零,这时,所述积分器输出控制参考信号产生器的信号大小与所述电感线圈耦合的射频微波信号功率成正比,通过测量所述积分器的直流输出电压,间接得到所述射频微波信号的大小。
5.一种检波晶体管温度修正方法,其特征在于,包括以下步骤:
在射频同轴线馈入射频微波信号,电感线圈处耦合部分所述射频微波信号进入主检波晶体管,主检波晶体管将耦合的射频微波信号转换为第一直流电压信号;
与此同时,由所述积分器和参考信号产生器组成的可调幅度信号源输出参考信号,次检波晶体管将所述参考信号转换为第二直流电压信号,方向与第一直流电压信号方向相反;
当所述第一直流电压信号与所述第二直流电压信号幅值不同时,两者之间产生电压差,电压差被所述积分器放大积累,反馈作用在参考信号产生器上,使参考信号幅度发生改变,直至电压差为零,第一直流电压信号与第二直流电压信号幅值相同,方向相反进而互相抵消,使得所述装置整体电路达到平衡状态。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述次检波晶体管与主检波晶体管同品牌、同型号、同批次,具有相同的温度特征曲线。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述电压差为零后,所述装置整体电路达到平衡状态,当耦合的射频微波信号变大/变小时,破坏了原有的平衡状态,电压差不再为零,此时,积分器再次放大积累所述电压差,调节所述参考信号产生器,使得次检波晶体管输出的直流电压信号也变大/变小,直至电压差重新为零,这时,所述积分器输出控制参考信号产生器的信号大小与所述电感线圈耦合的射频微波信号功率成正比,通过测量所述积分器的直流输出电压,间接得到所述射频微波信号的大小。
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