ES2268326T3

ES2268326T3 - Medicion de potencia de radiofrecuencia.

Info

Publication number: ES2268326T3
Application number: ES03704797T
Authority: ES
Inventors: Ian Michael Rose; Nigel Kenneth Webb; Christopher John Ward
Original assignee: Racal Instruments Wireless Solutions Ltd
Current assignee: Aeroflex Burnham Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2007-03-16
Anticipated expiration: 2023-02-18
Also published as: ATE333653T1; EP1476763A1; GB0204012D0; US20050174101A1; KR20040105724A; DE60306897D1; WO2003071292A1; DE60306897T2; KR100746390B1; GB2385673B; EP1476763B1; US7049805B2; JP2005517963A; GB2385673A; AU2003207325A1

Abstract

Un sistema de medición de potencia de RF que compren- de, un primer detector (11) para convertir la potencia de RF a medir en una primera señal de medición, una fuente de referencia de potencia de RF (14) estando caracterizado dicho sistema por un segundo de- tector (15) acoplado térmicamente a dicho primer detector (17), para convertir la potencia de RF generada por dicha fuente de referencia en una segunda señal (12) de medición y medios (13, 18) de proceso para aplicar numéricamente un factor de corrección predeterminado a dichas primera y segunda señales de medición obtenidas a la misma temperatu- ra para obtener un valor de dicha potencia de RF a medir.

Description

Medición de potencia de radiofrecuencia.

Esta invención está relacionada con la medición de potencia de radiofrecuencia (RF).

La figura 1 de los dibujos que se acompañan es un diagrama de bloques que ilustra una técnica conocida para medir la potencia de RF.

La potencia desconocida de RF a medir es aplicada a un detector 1, el cual convierte la potencia de RF en una cantidad más fácilmente medible, tal como una tensión o una temperatura (que puede ser convertida, a su vez, en una tensión). La tensión que representa la potencia de RF es digitalizada por un digitalizador 2. Para proporcionar una lectura de la potencia de RF al usuario del equipo, se hace normalmente una escalación de la salida del digitalizador por medio de una función de corrección numérica en el bloque 3 de corrección numérica, que tiene en cuenta la función de transferencia del detector, y cualquier otra compensación fija que daría lugar a errores, en otro caso, a potencias de RF bajas.

En una realización práctica de la técnica descrita, el bloque detector es típicamente un diodo seguido de un condensador. La función de transferencia de este bloque, expresada como tensión de salida dividida por la potencia de RF de entrada, es una función de la frecuencia, temperatura, nivel y características del lote del diodo. Para evitar que el usuario del equipo tenga que tener en cuenta estos factores cada vez que se hace una medición, el detector y el digitalizador son caracterizados en la fabricación inicial utilizando potencias de entrada de RF conocidas, y los resultados son retenidos en el bloque 8 de números almacenados. Cuando el usuario hace una medición de potencia de RF desconocida, se utilizan los números almacenados en el bloque 3 de corrección numérica para hacer una escalación de la salida del digitalizador 2, y entregar por tanto una medición corregida.

El proceso de caracterización en la fabricación inicial utilizando potencias de RF de entrada conocidas, es denominado calibración. La figura 2 de los dibujos que se acompañan es un diagrama de bloques que muestra una técnica de calibración conocida. Por razones de simplicidad, se supondrá que se utiliza el detector en una región en la que la salida de tensión es proporcional a la potencia de entrada, y que no existen errores de compensación.

Se aplica una potencia de calibración de RF conocida RF_{potenciacal} producida en la fuente 9 de potencia, al detector 1 con una serie de frecuencias conocidas Fn que cubran la gama de interés. En cada frecuencia, la salida del digitalizador entrega un valor N_{1Fn}, que puede ser utilizado conjuntamente con la potencia de calibración de RF conocida para entregar la función de transferencia T_{1Fn} del detector 1 y del digitalizador 2 en cada frecuencia Fn:

T_{1Fn} = \frac{N_{1Fn}}{RF_{potenciacal}}

Esta serie de números T_{1Fn} es retenida en el bloque 8 de números almacenados.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, cuando el usuario hace una medición de una potencia de RF desconocida, siempre que la frecuencia sea conocida, puede utilizarse en número almacenado apropiado en el bloque 3 de corrección numérica, para hacer una escalación de la salida del digitalizador 2 y, por tanto, entregar una lectura de la potencia de RF desconocida.

Esta técnica tiene en cuenta la variabilidad de la función de transferencia con la frecuencia y con las características del lote del diodo. Sin embargo, no tiene en cuenta la variabilidad de la función de transferencia con la temperatura. Si se hace una medición de una potencia de RF desconocida a una temperatura diferente de la temperatura en el momento de calibración, se obtienen como resultado errores significativos.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema de medición de la potencia de RF que al menos alivie el problema anterior.

El documento US 5 373 237 muestra un sistema de medición de potencia de RF.

De acuerdo con la presente invención, la variabilidad en la lectura de la potencia de RF con la temperatura se reduce significativamente proporcionando un segundo detector excitado por una fuente de potencia de RF constante. En efecto, las variaciones de la característica del primer detector con la temperatura pueden ser compensadas observando las variaciones de la característica del segundo detector.

De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un sistema de medición de la potencia de RF que comprende un primer detector para convertir la potencia de RF a medir en una primera señal de medición, una fuente de referencia de potencia de RF, un segundo detector, acoplado térmicamente a dicho primer detector, para convertir la potencia de RF generada por dicha fuente de referencia en una segunda señal de medición, y medios de proceso para aplicar numéricamente un factor de corrección predeterminado a dichas primera y segunda señales de medición obtenidas a la misma temperatura, para obtener un valor de dicha potencia de RF a medir.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método de medición de potencia de RF que comprende los pasos de utilizar un primer detector para convertir la potencia de RF a medir en una primera señal de medición, utilizar un segundo detector, acoplado térmicamente a dicho primer detector, para convertir la potencia de RF generada por una fuente de referencia en una segunda señal de medición, y procesar dicha primera y segunda señales de medición obtenidas a la misma temperatura, aplicando numéricamente un factor de corrección predeterminado a dichas primera y segunda señales de medición, para obtener un valor de dicha potencia de RF a
medir.

Se describirá ahora un modo de realización de la invención a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La figura 3 es un diagrama de bloques que muestra un sistema de medición de potencia de RF de acuerdo con la invención.

La figura 4 ilustra un procedimiento de calibración utilizado antes de medir una potencia de RF desconocida.

Haciendo referencia a la figura 3, se alimenta un primer detector 11 con la potencia desconocida de RF a medir. Con un interruptor 16 en la posición A, un digitalizador 12 entrega una salida numérica N_{11med} correspondiente a la salida de tensión del detector 11, que es escalada después en un bloque 13 de corrección numérica para dar el resultado. Esta parte del sistema es similar al sistema conocido de medición de potencia de RF ilustrado en la figura
1.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 3, una referencia 14 de potencia de RF es un oscilador con un nivel de salida bien definido y con un contenido bajo de armónicos. Esta puede ser suministrada, por ejemplo, por medio de un oscilador seguido de un circuito divisor para entregar un ciclo de trabajo del 50%, que a su vez conecta y desconecta una corriente bien definida en una resistencia de carga fija. Los armónicos de la onda cuadrada resultante de salida pueden ser eliminados por medio de un filtro de paso de banda centrado sobre la frecuencia de salida del oscilador. Con una selección de componentes y una elección de la frecuencia de funcionamiento adecuadas, el nivel de salida puede hacerse casi independiente de la temperatura. En la práctica, la frecuencia de funcionamiento se elige normalmente en un valor bajo y fijo de la frecuencia, para obtener la mejor estabilidad.

La salida de la referencia 14 de potencia de RF es conectada a un segundo detector 15, cuyas características están bien adaptadas a las del primer detector 11. Para asegurar que las características de los detectores 11 y 15 permanecen bien adaptadas en una gama de temperaturas, se acoplan térmicamente el uno con el otro, por ejemplo estando acoplados térmicamente, cada uno de ellos a una pieza común de metal 17. Si la temperatura del detector 11 aumenta, la temperatura del detector 15 aumenta también en la misma cantidad. Además, ambos detectores se toman del mismo lote de fabricación.

Con el interruptor 16 en la posición B, el digitalizador puede medir la salida del detector 15 en lugar de la del detector 11, dando una correspondiente salida numérica N_{15med}.

La figura 4 muestra el procedimiento de calibración, que se realiza a una temperatura fija normalmente durante la fabricación. Se conecta una potencia conocida 19 de calibración de RF al detector 11, con una serie de frecuencias conocidas Fn que cubren la gama de interés. Se sitúa el interruptor 16 en la posición A, y a cada una de las frecuencias la salida del digitalizador 12 entrega un valor N_{11Fncal}, que puede ser utilizado junto con la potencia de calibración de RF conocida para dar la función T_{11Fn} de transferencia del detector 11 y del digitalizador 12 a la frecuencia
Fn:

\vskip1.000000\baselineskip

Ec.1T_{11Fn} = \frac{N_{11Fncal}}{RF_{potenciacal}}

\vskip1.000000\baselineskip

La serie de números T_{11Fn} es retenida en un bloque 18 de números almacenados.

Manteniendo las mismas condiciones de temperatura, se sitúa después el interruptor 16 en la posición B. Se mide la referencia 14 de potencia de RF a través del detector 15, entregando una salida desde el digitalizador 12 que es grabada como N_{15cal}. Como la referencia es de una frecuencia fija, solamente necesita retenerse un valor de N_{15} en el bloque 18 de números almacenados.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 3, se describe el procedimiento para medir una potencia desconocida. La potencia de RF desconocida a medir se conecta al detector 11, con el interruptor 16 situado en la posición A. La lectura del digitalizador 12 es grabada como N_{11med}. Se sitúa después el interruptor 16 en la posición B, y la referencia 14 de potencia de RF se mide a través del detector 15, dando una salida desde el digitalizador 12 que es grabada como N_{15med}.

\newpage

El valor de la potencia de RF desconocida puede ser calculado utilizando la función T_{11Fn} de transferencia previamente almacenada. Sin embargo, la función de transferencia del detector varía con la temperatura, de manera que la función de transferencia a la temperatura de la medición será modificada a partir de la función de transferencia en la calibración por un factor F_{temp} de temperatura:

Ec.2\text{Potencia de RF desconocida} = \frac{N_{11med}}{T_{11Fn}F_{temp}}

Si los dos detectores 11 y 15 están bien adaptados, la función de transferencia del detector 15 habrá cambiado de la misma manera que la función de transferencia del detector 11. El factor F_{temp} puede ser obtenido tomando la relación de las lecturas medidas y de calibración del detector 15.

Ec.3F_{temp} = \frac{N_{15med}}{N_{15cal}}

Sustituyendo la ecuación 3 en la ecuación 2, la potencia de RF desconocida viene dada por la expresión:

Ecuación de corrección\text{Potencia de RF desconocida} = \frac{N_{11med}N_{15cal}}{T_{11Fn}F_{15med}}

Por medio de la ecuación de corrección anterior, el bloque numérico 13 calcula la potencia de RF desconocida utilizando los valores medidos N_{11med} y N_{15med} junto con T_{11Fn} y N_{15cal} a partir del bloque 18 de números almacenados. Aunque la calibración ha sido realizada solamente a una temperatura, la medición puede ser realizada a otras temperaturas con solamente una pequeña pérdida de precisión.

En una realización alternativa, puede omitirse el interruptor 16, y el detector 15 puede excitar un digitalizador independiente.

Claims

1. Un sistema de medición de potencia de RF que comprende,

un primer detector (11) para convertir la potencia de RF a medir en una primera señal de medición,

una fuente de referencia de potencia de RF (14)

estando caracterizado dicho sistema por un segundo detector (15) acoplado térmicamente a dicho primer detector (17), para convertir la potencia de RF generada por dicha fuente de referencia en una segunda señal (12) de medición y

medios (13, 18) de proceso para aplicar numéricamente un factor de corrección predeterminado a dichas primera y segunda señales de medición obtenidas a la misma temperatura para obtener un valor de dicha potencia de RF a medir.

2. Un sistema de medición de potencia de RF como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicho factor de corrección predeterminado está relacionado con una función de transferencia predeterminada de dicho primer detector y es almacenado en una memoria (18) de dichos medios de proceso.

3. Un sistema de medición de potencia de RF, como se reivindica en la reivindicación 2, en el que dicho factor de corrección predeterminado es proporcional a una relación de dichas primera y segunda señales de medición, obtenidas por un proceso de calibración utilizando una fuente de calibración de RF en lugar de la potencia de RF a medir.

4. Un sistema de medición de potencia de RF, como se reivindica en la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que dichos medios de proceso incluyen un digitalizador (12) y dicho factor de corrección predeterminado está relacionado con dicha función de transferencia predeterminada de dicho primer detector (11) y dicho digitalizador (12).

5. Un sistema de medición de potencia de RF, como se reivindica en la reivindicación 4, en el que dichos medios de proceso incluyen medios (16) de conmutación para conectar selectivamente dicho digitalizador (12) con la salida de dicho primer detector (11) y dicho segundo detector (15).

6. Un método de medición de potencia de RF que comprende los pasos de:

utilizar un primer detector (11) para convertir la potencia de RF a medir en una primera señal de medición,

utilizar un segundo detector (15) acoplado térmicamente a dicho primer detector (17) para convertir la potencia de RF generada por una fuente de referencia en una segunda señal (12) de medición,

y procesar dichas primera y segunda señales de medición obtenidas a la misma temperatura aplicando numéricamente un factor de corrección predeterminado a dichas primera y segunda señales de medición para obtener un valor de dicha potencia de RF a medir.

7. Un método como se reivindica en la reivindicación 6, en el que dicho factor de corrección predeterminado está relacionado con una función de transferencia predeterminada de dicho primer detector (11) y es pre-almacenado en una memoria (18).

8. Un método como se reivindica en la reivindicación 7, en el que dicho factor de corrección predeterminado es proporcional a una relación de dichas primera y segunda señales de medición obtenidas por un proceso de calibración, utilizando una fuente de calibración de RF en lugar de la potencia de RF a medir.