CN114895102A - 一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路 - Google Patents

一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，涉及射频通信领域，解决现有检测电路输入输出级不能同时检测，以及体积大，成本高，且校准复杂的技术问题，本申请文件采用的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，包括射频信号采集预处理模块1和功率检测模块之间进行信号传输，所述功率检测模块包括功率选段单元2，信号转换单元3，显示及控制单元4；本发明通过将信号功率调整到功率电压转换芯片和A/D转换芯片的线性区，调高检测的精准度，而且调整功率耦合模块的耦合度，减小耦合度时，可测量射频功率上下限整体下调，相反则上调。

Description

一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路
技术领域
本发明涉及射频通信领域，具体涉及一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路。
背景技术
功率检测在射频通信及雷达探测领域中有着非常广泛的应用。通过监测发射和接收端对射频信号功率值，可以提供功率告警、驻波告警等功能，确保硬件系统的正常运行，还可以辅助调控系统增益参数。
传统的功率检测电路原理为射频信号经过功率耦合器后，一部分信号进入功率检测电路，经过增益补偿单元，功率电压转换，将转换后的电压输入高速A/D转换器进行量化，量化后的信号由控制和分析处理单元查表计算，得到检测的功率值。这种方式检测信号功率范围受到功率电压转换芯片及A/D转换芯片的线性工作范围的限制，导致检测大动态范围的信号功率时误差较大。并且这种方式可以对系统的输入或者输出的射频信号分别设计功率检测电路进行单独功率检测，却无法对输入输出级同时检测，不仅体积大，成本高，且校准复杂。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路。
本发明采用的技术方案如下：
一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，包括射频信号采集预处理模块1和功率检测模块之间进行信号传输，所述功率检测模块包括功率选段单元2，信号转换单元3，显示及控制单元4；所述射频信号采集预处理模块1包括功率耦合101：用于分配输出至负载和输出至功率检测电路的射频信号功率，调整耦合度可以调整检测功率上下限；增益补偿单元102：用于对耦合出的待测信号做增益调节；幅度均衡103：采用谐振陷波结构对放大器不同频段平坦度做调节，减小变频系统中输入输出不同频段增益波动；控制及电源单元104：选择检测输入或者输出级功率，并对应检测支路增益补偿单元进行供电；开关选择105：选择射频系统输入或输出信号的测量。
本发明射频信号采集预处理模块采用对射频系统输入输出及先分路采集放大后合路检测的方式对同一射频系统进行输入输出级功率检测，通过分解耦合放大支路，方便针对输入输出级不同耦合量进行不同增益补偿。通过放大支路电源单元和开关选择采用同时控制方式，利用放大器断电后反向插损大的特性，大大增加输入和输出级隔离度，分支路可控供电也可以做到单支路检测低功耗。
进一步地，所述功率耦合101包括输出耦合和输入耦合，通过电阻R11、R12串联构成输入耦合，通过R21、R22串联构成输出耦合，采用电阻功分耦合便于调节输入输出不同的耦合量，减小对射频系统输入输出指标的影响，如噪声系数、输出功率等。
进一步地，所述增益补偿单元102的输入端设置有放大器U11，输出端设置有放大器U21，放大器采用支路独立控制供电方式，根据输入输出不同耦合量的大小调整增益补偿值。放大器采用支路独立可控制供电方式，不仅可以根据输入输出不同耦合量的大小设计增益补偿值，还可以利用其断电反向隔离度配合射频开关增加输入输出级隔离度，避免检测信号泄露至系统内部造成干扰。
进一步地，所述开关选择105通过射频开关U3构成，控制及电源单元104输出端口连接射频开关U3的控制引脚A,B，同时与电源单元，电源单元输出与放大器U11、U21供电端口相连。
进一步地，所述幅度均衡103的输入端和输出端，电容C11、电感L11、电阻R13和电阻R14串联形成输入端，电容C21、电感L21、电阻R23和电阻R24串联形成输出端。
进一步地，所述功率选段单元2包括第一射频开关201、射频放大202、射频直通203、均衡204和第二射频开关205，所述第一射频开关201的输出端分别与射频放大202和射频直通203连接，所述射频放大202通过均衡204与第二射频开关205连接，所述射频直通203与第二射频开关205连接。
进一步地，所述第一射频开关和第二射频开关选用SPDT开关中的HMC849LP4CE，所述射频放大选用PMA3-83LN+放大器。
进一步地，所述信号转换单元3包括功率电压转换模块301和A/D转换模块，所述功率电压转换模块301：用于将射频信号转换为直流电压信号；所述A/D转换模块302：将直流电压信号采样量化，输出数字信号。
进一步地，所述功率电压转换模块选用微波射频元器件ADL5902ACPZ-R7，所述A/D转换模块选用模数转换器AD7091BCPZ-RL。
进一步地，所述显示及控制单元4包括数据处理控制模块401和显示模块402，所述数据处理控制模块401：用于处理数据并控制功率选段；所述显示模块402：用于显示当前测试的射频功率值。
射频系统输入输出级信号通过射频信号采集预处理模块得到待测信号，待测信号进入功率选段单元，功率选段单元根据不同功率值选通不同电路，通过功率选段单元后进入功率电压转换模块，功率电压转换模块对射频信号进行功率电压转换及放大，送入下一级A/D转换模块对信号进行采样量化得到数字信号，量化后的数字信号输入到数据处理控制模块，数据处理控制模块对数据进行处理，针对处理后的结果控制功率选段单元，得到正确数据后输入至显示模块显示功率值。
本发明的有益效果如下：
1.本发明一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，宽动态范围功率检测模块通过闭环反馈调节，无需对电路做复杂的控制和校准，就可以扩大功率检测动态范围，解决了因线性工作范围限制导致的检测范围小的问题。
2.本发明一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，通过将信号功率调整到功率电压转换芯片和A/D转换芯片的线性区，调高检测的精准度，而且调整功率耦合模块的耦合度，减小耦合度时，可测量射频功率上下限整体下调，相反则上调。
3.本发明一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，本装置易于实现，校准后无需控制，灵活性高，实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：
图1高隔离输入输出功率检测原理框图；
图2宽动态范围功率检测模块；
图3射频信号采集预处理模块电路图；
图4控制模块控制功率选段流程图；
图5实施例4中的超外差变频系统状态实时监测框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面结合图1至图5，对本发明作详细说明。
实施例1
应用范围：本发明应用于射频系统，尤其变频系统下需要同时检测输入输出信号功率，且检测支路需对系统干扰小的情况。输入输出检测信号隔离度由放大器U11和U21断电后反向隔离度和射频开关U3通道隔离度共同决定。功率检测频率范围由各模块工作频率范围共同决定，功率的检测范围由功率电压转换模块、说明书A/D转换模块以及功率选段模块的增益共同决定，功率检测的上下限由射频信号采集预处理模块和功率选段模块的增益决定。
针对本实施案例，本发明在进行实际使用检测时，主要包括以下步骤：步骤1：通过104控制及电源单元选择检测输入或者输出级功率，此时对应检测支路增益补偿单元供电开启，开关选择对应支路。
步骤2：输入及输出射频信号经101功率耦合部分功率信号，同时又不干扰主信号的传输。衰减后的信号经102功率补偿后，进入103幅度均衡，对变频系统输入输出级不同频段增益波动进行调节，同时使待测信号达到功率电压转换的要求。
步骤3：预处理后的待测信号201射频开关进入202射频放大或203射频直通，经过205射频开关输出。
步骤4：待测信号进入301功率电压转换模块，功率信号转换为电压信号，电压信号进入302A/D转换模块后转换为数字信号，其中功率电压模块和A/D转换模块在处理后的待测信号功率范围内均表现为线性，这里设由硬件决定的线性范围上下限分别为B和A，随着待测信号功率增加，电压信号电压增大，数字信号的值增大。
步骤5：转换后的数字信号进入401数据处理控制模块。数字信号经过计算得到相应的功率值，如果计算得到的功率值大于B，数据处理控制模块将控制201和205射频开关选通射频直通路。如果计算得到的功率值小于A，数据处理模块将控制201和205射频开关选通射频放大电路。如果计算得到的功率值小于A，数据处理模块将控制201和205射频开关选通射频放大电路。如果计算得到的功率值处于A和B之间，数据处理模块将处理后的数据直接输出数据至402显示模块，显示模块会显示出相应的功率值。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进行优化，本电路的设计中，A/D转换模块转换电压范围应包含功率电压转换模块输出电压范围，若不能包含则取两者电压范围重合部分为线性区。为保证检测准确度，在测量功率前需要对电路进行定标，得到电路线性部分。这里采用两点法，在功率耦合一定功率选段为直通时，输入逐渐增大射频功率得到线性区的最大数据b及功率值B,逐渐减小射频输入功率得到最小值数据a及功率值A(为保证准确度应留有余量)，则由两点得到功率检测曲线，由此曲线测量得到的功率值需加上功率耦合单元衰减L1和射频开关衰减L2，减去功率补偿增益P1。
实施例3
本实施例在实施例1、2基础上进行优化，数据处理模块可根据功率值控制功率选段模块，对于低功率(小于A)时，功率选段切换到射频放大路，此路增益为P时,数据处理模块检测的功率数值减小P，电路功率检测范围将增大P。射频放大供电使能可随射频开关一同控制降低系统功耗。针对不同频率时，在直通情况应做校准得到线性区。在射频放大路做幅值均衡或反馈，保证使用频段内增益一致性。
实施例4
如图5所示，本实施例为在出现故障时需要逐一排查各个分系统工作是否正常采用，因为通过常规的超外差变频系统无法实时检测系统工作状态，而且在调试增益时需要外接频谱仪，维修复杂，故本实施例通过对待测信号预处理模块实现对射频输入，中频输出信号的耦合预处理，功率电压转换单元将采集到的射频功率信号转换为电压信号V1和V2，经过电压差值检测单元，得到经过放大后的差值VD。A/D转换单元将模拟差值信号转换为数字差值信号，数据处理单元实现归一化校准和系统增益计算。实现在不干扰系统正常运行的情况下，实现超外差变频系统工作状态检测，装置体积小。
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 (10)

1.一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，包括射频信号采集预处理模块(1)和功率检测模块之间进行信号传输，所述功率检测模块包括功率选段单元(2)，信号转换单元(3)，显示及控制单元(4)；
所述射频信号采集预处理模块(1)包括功率耦合101、增益补偿单元102、幅度均衡103、控制及电源单元104和开关选择105；
所述功率耦合101：用于分配输出至负载和输出至功率检测电路的射频信号功率，调整耦合度可以调整检测功率上下限；
所述增益补偿单元102：用于对耦合出的待测信号做增益调节；
所述幅度均衡103：采用谐振陷波结构对放大器不同频段平坦度做调节，减小变频系统中输入输出不同频段增益波动；
所述控制及电源单元104：选择检测输入或者输出级功率，并对应检测支路增益补偿单元进行供电；
所述开关选择105：选择射频系统输入或输出信号的测量。
2.根据权利要求1所述的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，所述功率耦合101包括输出耦合和输入耦合，通过电阻R11、R12串联构成输入耦合，通过R21、R22串联构成输出耦合，采用电阻功分耦合便于调节输入输出不同的耦合量，减小对射频系统输入输出指标的影响。
3.根据权利要求1所述的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，所述增益补偿单元102的输入端设置有放大器U11，输出端设置有放大器U21，放大器采用支路独立控制供电方式，根据输入输出不同耦合量的大小调整增益补偿值。
4.根据权利要求3所述的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，所述开关选择105通过射频开关U3构成，控制及电源单元104输出端口连接射频开关U3的控制引脚A,B，同时连接电源单元，电源单元输出与放大器U11、U21供电端口相连。
5.根据权利要求3所述的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，所述幅度均衡103的输入端和输出端，电容C11、电感L11、电阻R13和电阻R14串联形成输入端，电容C21、电感L21、电阻R23和电阻R24串联形成输出端。
6.根据权利要求1所述的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，所述功率选段单元(2)包括第一射频开关201、射频放大202、射频直通203、均衡204和第二射频开关205，所述第一射频开关201的输出端分别与射频放大202和射频直通203连接，所述射频放大202通过均衡204与第二射频开关205连接，所述射频直通203与第二射频开关205连接。
7.根据权利要求6所述的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，所述第一射频开关和第二射频开关选用SPDT开关中的HMC849LP4CE，所述射频放大选用PMA3-83LN+放大器。
8.根据权利要求1所述的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，所述信号转换单元(3)包括功率电压转换模块301和A/D转换模块，所述功率电压转换模块301：用于将射频信号转换为直流电压信号；所述A/D转换模块302：将直流电压信号采样量化，输出数字信号。
9.根据权利要求8所述的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，所述功率电压转换模块选用微波射频元器件ADL5902ACPZ-R7，所述A/D转换模块选用模数转换器AD7091BCPZ-RL。
10.根据权利要求1所述的一种高隔离度输入输出级大动态范围功率检测电路，其特征在于，所述显示及控制单元(4)包括数据处理控制模块401和显示模块402，所述数据处理控制模块401：用于处理数据并控制功率选段；所述显示模块402：用于显示当前测试的射频功率值。
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