CN114374368A - 毫米波对数检波视频放大器及具有该放大器的检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及检波技术领域，尤其涉及对数检波视频放大器及具有该放大器的检测装置，包括检波部件以及与所述检波部件串接的用于调试作业的功能部件，所述功能部件内包括串接的若干自控电路组件，本发明通过自控电路组件，将射频信号的小功率范围和大功率范围进行自动拼接，确保两个功率范围的无缝衔接，其动态范围扩展为70dB，极大地降低了动态范围调试工作量，且降低了功耗。
Description
技术领域
本发明涉及检波技术领域，尤其涉及对数检波视频放大器及具有该放大器的检测装置。
背景技术
第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。根据3GPP协议标准，对5G频谱定义的频率范围分为FR1(450MHz—6GHz)和FR2(24GHz—52GHz)两个区域。其中，FR是指Frequency Range(频率范围)，FR1也叫Sub6G，意思是低于6GHz；FR2这段频谱的电磁波波长大部分都是毫米级别的，因此也叫毫米波。
毫米波对数检波视频放大器作为一种宽带对数检波视频放大器，其主要功能是功率检波或者脉冲检测应用，其具有压缩一个大动态的输入动态范围到小动态的输出动态范围的能力，能准确将微波射频信号转换为视频信号，现有的毫米波对数检波视频放大器设计中，通过对数运算放大器来实现对数放大的作用，单级对数运算放大器的动态范围比较小，如果要实现70dB以上的动态范围时，需要使用两级对数运算放大器进行合成，由于两级对数运算放大器对应的动态范围不一样，需要有经验的调试人员将动态范围拼接起来。其缺点是体积大，成本高，功耗大，调试量大，不利于批量生产。
同时，由于受毫米波对数检波视频放大器本身性能影响，其检波出来的噪声基线经过长时间工作后会发生偏移，偏移后会导致幅度检测精度下降。针对噪声基线偏移的补偿手段众多，当前比较先进的补偿技术为数字补偿技术，其特点是可以实时校准，检测人员根据噪声基线偏移量调节补偿值，通过烧写程序控制噪声基线偏移。2016年7月14日，美国FCC分配24GHz以上5G频谱，是世界上第一个为5G网络分配可用频谱的国家。也就是FR2，主要是毫米波，授权频段为27.5～28.35GHz，37～38.6GHz，38.6GHz～40GHz。
由此可见，目前的毫米波频段的电磁环境非常复杂，在校准噪声基线时，如果外界的干扰信号稍有干扰，就会影响校准的准确性。这就要求检测人员必须经过严格的校准培训，且具有丰富的校准经验，能通过当时现场的不同噪声基线特征来判断外界是否有干扰，在信号输入端手动加上负载以隔离外界干扰。其缺点是受人的主观因素影响较大，校准效率较低，误判率较高，可靠性得不到有效保证。
发明内容
本发明的目的在于提供毫米波对数检波视频放大器及具有该放大器的检测装置，解决现有技术中的检波器体积大，设计成本较高且校准效率低的问题。
本发明的目的通过以下述技术方案来实现，毫米波对数检波视频放大器，其特征在于，包括检波部件以及与所述检波部件串接的用于调试作业的功能部件，所述功能部件内包括串接的若干自控电路组件。
需要说明的是，设置检波部件与功能部件可以保证检波器的高效校正效率，进而降低在复杂环境中的误判率。
所述检波部件内包括若干检波电路，所述检波电路内包括从左至右依次连接的前端处理组件以及后端调试组件，其中所述前端处理组件被配置用于接收外界信号，所述后端调试组件被配置用于接收所述前端组件的输出信号。
需要说明的是，设置检波电路可以对信号进行预先处理解调，保证信号的后期处理，提高整体的调试效率，区别于现有技术较为复杂的调试。
所述前端处理组件包括输入端、第一隔直电容、第二隔直电容以及PIN二极管；所述后端调试组件包括功分器、放大器、第一隧道二极管以及第二隧道二极管。
需要说明的是，设置上述组件以及组件内包括的内容可以保证信号的处理处于稳定且有条理的进行，进而最终提搞校正效率。
所述自控电路组件内包括动态自拼接电路以及与所述动态自拼接电路串接的噪声基线自校准电路，其中所述动态自拼接电路与所述噪声基线自校准电路对外界信号进行次序处理。
需要说明的是，设置自控组件，通过动态自拼接电路，将射频信号的小功率范围和大功率范围进行自动拼接，确保两个功率范围的无缝衔接，其动态范围扩展为70dB，极大地降低了动态范围调试工作量。
所述动态自拼接电路包括依次串接的第一射随器、第二射随器、分路器、比较器、第一模拟开关、第二模拟开关、对数运算放大器、运放以及合成器。
需要说明的是，设置动态自拼接电路，可以将电路中的信号进行高效稳定的传输，降低信号传输过程中的功耗。
所述噪声基线自校准电路包括依次串接的分路器、输出端、单片机、数字模拟转换器以及馈电电感。
需要说明的是，设置噪声基线自校准电路可以保证对系统的基线噪声进行自校准，降低了基线噪声的调试量。
检测装置，其特征在于，包括微型检测本体，设置在所述检测本体内的根据权利要求1的毫米波对数检波视频放大器，所述微型检测本体外周设置有用于连接外界设备的传输组件。
需要说明的是，微型检测装置是申请人进行特殊结构设计的，其可以提高兼容性，方便后续优化升级使用。
所述传输组件包括检波输出端、供电端以及射频输入端。
需要说明的是，传输组件可以很好的将外界的信号进行传输，提高接收的效果。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.本发明通过自控电路组件，将射频信号的小功率范围和大功率范围进行自动拼接，确保两个功率范围的无缝衔接，其动态范围扩展为70dB，极大地降低了动态范围调试工作量，且降低了功耗；
2.本发明通过单级对数运算放大器实现了大动态范围的逻辑运算，降低了电路成本，实现了电路小型化设计；
3.本发明通过单片机给PIN二极管发出反馈电压，有效排除外界信号对校准的影响后，对系统的基线噪声进行自校准，降低了基线噪声的调试量。
附图说明
图1是本发明中射频信号处于小功率范围时电路工作原理图；
图2是本发明中射频信号处于大功率范围时电路工作原理图；
图3是本发明中噪声基线自校准工作原理图；
图4是本发明中结构示意图。
图例说明：1-输入端；2-第一隔直电容；3-第二隔直电容；4-PIN二极管；5-功分器；6-放大器；7-第一隧道二极管；8-第二隧道二极管；9-第一射随器、10-第二射随器；11-分路器；12-比较器；13-第一模拟开关；14-第二模拟开关；15-对数运算放大器；16-运放；17-合成器；18-分路器；19-输出端；20-单片机；21-数字模拟转换器；22-馈电电感。
具体实施方式
请一并参考说明附图1-说明附图4，本实施例提供了毫米波对数检波视频放大器及具有该放大器的检测装置，该毫米波对数检波视频放大器及具有该放大器的检测装置主要用于解决现有技术在检波器体积大，设计成本较高且校准效率低的问题，该检波放大器已经处于实际使用阶段。
本发明的具体的实施方式为：包括检波部件以及与检波部件串接的用于调试作业的功能部件，功能部件内包括串接的若干自控电路组件，检波部件内包括若干检波电路，检波电路内包括从左至右依次连接的前端处理组件以及后端调试组件，其中前端处理组件被配置用于接收外界信号，后端调试组件被配置用于接收前端组件的输出信号，前端处理组件包括输入端1、第一隔直电容2、第二隔直电容3以及PIN二极管4；后端调试组件包括功分器5、放大器6、第一隧道二极管7以及第二隧道二极管8，自控电路组件内包括动态自拼接电路以及与动态自拼接电路串接的噪声基线自校准电路，其中动态自拼接电路与噪声基线自校准电路对外界信号进行次序处理，动态自拼接电路包括依次串接的第一射随器9、第二射随器10、分路器11、比较器12、第一模拟开关13、第二模拟开关14、对数运算放大器15、运放16以及合成器17，噪声基线自校准电路包括依次串接的分路器18、输出端19、单片机20、数字模拟转换器21以及馈电电感22。
检测装置，包括微型检测本体，设置在微型检测本体内的根据权利要求1的毫米波对数检波视频放大器，微型检测本体外周设置有用于连接外界设备的传输组件，其中传输组件包括检波输出端、供电端以及射频输入端。
具体为：
根据说明附图1所示，本发明的毫米检波视频对数放大器，它由检波电路，动态自动拼接电路、噪声基线自校准电路构成，其主要技术指标工作频率：18～40GHz；正切灵敏度≤-70dBm；动态范围-70dBm～0dBm；对数斜率：60±3mV/dB；对数线性度：≤±3；频率平坦度:≤±2.5dB；脉冲上升沿:≤25nS；脉冲下降沿:≤150nS；其中本实施例中的较佳为长57mm×宽50mm×高16mm，其可以参考说明附图4，设定上述尺寸可以提高兼容性，方便后续优化升级使用，当然也可以根据实际情况进行设计更改，现有技术中通常采用的体积一般范围为：长70mm-73mm×宽77mm-80mm×高43mm-46mm；功耗：≤3W；重量：≤100g。
进一步，通过输入端将外界的射频信号接收进来，通过第一隔直电容、第二隔直电容以及PIN二极管，此时后级的单片机无反馈电压，PIN二极管为直通态，其插损可以忽略不计。接着射频信号进入功分器分为两路：支路A和支路B，支路A中射频信号经过放大器进入隧道二极管，放大器增益为20dB，1dB压缩点是10dBm。另一路支路B中射频信号直接进入隧道二极管进行检波。两路检波信号进入后级的动态自拼接电路。
支路A中检波信号进入射随器10进行信号隔离，接着进入分路器11后分为两路信号：一路检波信号进入比较器12，检波信号经过比较器的运算，输出控制信号ENA和ENB分别给两级模拟开关，参考说明附图1，射频信号处于小功率范围-70dBm～-35dBm时，控制信号ENA使模拟开关13切换至IA-OA2通道，控制信号ENB使模拟开关14切换至IB1-OB通道，此时支路A中的检波信号经过两级模拟开关进入对数运算放大器15进行逻辑运算，接着进入合成器17后输出给后级的噪声基线自校准电路，与此同时，支路B中的检波信号不会进入合成器。
参考说明附图2，射频信号处于大功率范围-35dBm～0dBm时，控制信号ENA使模拟开关13切换至IA-OA1通道，控制信号ENB使模拟开关14切换至IB2-OB通道。此时支路A中的检波信号经过射随器10和模拟开关13后进入运放16，通过运放进行信号放大后进入合成器17。与此同时，支路B中的检波信号经过射随器9和模拟开关14进入对数运算放大器15进行逻辑运算，然后进入合成器17。支路A和支路B的检波信号通过合成器进行信号合成后，进入后端的噪声基线自校准电路。按照如上所述的增益配置，-70～-35dBm和-35～0dBm两段信号可以实现无缝衔接，拼接成-70～0dBm的一整段信号。
更进一步，当上述信号进入分路器18后分为两路，一路直接进入输出端19，另一路进入单片机20进行运算，参考说明附图3，系统需要噪声基线自校准时，外部给单片机20发出指令进行噪声基线自校准，单片机20首先输出反馈电压，通过馈电电感22给前级的PIN二极管4，此时导通的PIN二极管4等效于一小电阻，损耗很大，外部射频信号被较大地衰减，电路处于隔离状态，外界信号对电路的影响很小，进而此时分路器18给出的信号为系统自身的噪声基线，接着单片机开始进行采样，单片机20根据采样信号的大小给出相应的补偿信号，补偿信号进入数字模拟转换器21转换为模拟信号，接着进入前级的合成器17进行噪声基线校准，自动将噪声基线校准至指定的范围内。系统需要正常工作时，外部未在单片机20上施加信号，单片机没有反馈信号传输到PIN二极管上4，此时PIN二极管未导通，电路处于直通状态，可以正常接收外界信号。同时单片机停止采样，单片机仅保持输出之前的补偿信号，该补偿信号不随分路器给出信号的变化而变化。
通过以上对本发明内容的详细说明，本领域的研发人员能够以更小的体积、更低的成本、更小的功耗、更简易的调试手段实现一种基于单级对数运算放大器的噪声基线自校准大动态毫米波对数检波视频放大器，提升了生产效率的同时，保证了系统射频指标的稳定性和可靠性，同时需要说明的是，本发明已经较好的区别了现有技术在针对检波处理校正效率低时采用的处理方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.毫米波对数检波视频放大器，其特征在于，包括检波部件以及与所述检波部件串接的用于调试作业的功能部件，所述功能部件内包括串接的若干自控电路组件。
2.根据权利要求1所述的毫米波对数检波视频放大器，其特征在于，所述检波部件内包括若干检波电路，所述检波电路内包括从左至右依次连接的前端处理组件以及后端调试组件，其中所述前端处理组件被配置用于接收外界信号，所述后端调试组件被配置用于接收所述前端组件的输出信号。
3.根据权利要求2所述的毫米波对数检波视频放大器，其特征在于，所述前端处理组件包括输入端(1)、第一隔直电容(2)、第二隔直电容(3)以及PIN二极管(4)；所述后端调试组件包括功分器(5)、放大器(6)、第一隧道二极管(7)以及第二隧道二极管(8)。
4.根据权利要求1所述的毫米波对数检波视频放大器，其特征在于，所述自控电路组件内包括动态自拼接电路以及与所述动态自拼接电路串接的噪声基线自校准电路，其中所述动态自拼接电路与所述噪声基线自校准电路对外界信号进行次序处理。
5.根据权利要求4所述的毫米波对数检波视频放大器，其特征在于，所述动态自拼接电路包括依次串接的第一射随器(9)、第二射随器(10)、分路器(11)、比较器(12)、第一模拟开关(13)、第二模拟开关(14)、对数运算放大器(15)、运放(16)以及合成器(17)。
6.根据权利要求4所述的毫米波对数检波视频放大器，其特征在于，所述噪声基线自校准电路包括依次串接的分路器(18)、输出端(19)、单片机(20)、数字模拟转换器(21)以及馈电电感(22)。
7.检测装置，其特征在于，包括微型检测本体，设置在所述微型检测本体内的根据权利要求1的毫米波对数检波视频放大器，所述微型检测本体外周设置有用于连接外界设备的传输组件。
8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述传输组件包括检波输出端、供电端以及射频输入端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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