TW562934B - Method and apparatus for determining the instantaneous power of a sinusoidal signal - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 叫934 A7 ^^------_____ 五、發明說明（01) 發明名稱·用以決定正弦信號瞬時功率之方法及裝置 發明領域 本發明-般係關於偵測功帛，且特別是關於偵測一 弦仏號振幅的平方，此結果是正比於正弦信號的瞬時功 率0 發明背景 在許多包含正弦信號的應用中，通常最好是能夠測 I正弦信號的瞬時功率。然而，這一點在脈衝或調變應用 上很困難，例如在通信或電漿生成的領域裡。 用以測量正弦信號的功率或振幅的習知方法係著重 於將仏號整流’且過濾出合成信號的的殘留AC分量。然 而，這種方法會引發出許多問題。通常，濾波器使用電容 等的典功元件來將不想要的信號過濾掉。但是，通常電容 的、上升時間〃會比欲測量的信號脈衝寬度來得更長。於 是’這樣的濾波器並不理想，因為使用這些濾波器的系統 並不能正確地測量出具有短脈衝寬度包線的正弦信號之振 幅或瞬時功率。因此，由於電容所需充電的時間，所以濾 波器施加一最小脈衝寬度或最大調變頻率在正弦信號上。 因此’需要產生出能克服這些問題的裝置。 發明概述 本發明是一種方法與裝置，用以決定一輸入信號的 振幅或瞬時功率的平方。 根據第一實施例，用於測量引入信號振幅平方的裝 置包含一分裂機構，用以將引入信號分裂成一第一部份及 __ 4 本紙張尺度適用中_家標準（CNS)A4規格⑵〇 χ撕公餐） t--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 562934 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（02 ) 一第二部份，其中第一部份與第二部份相位相差9〇度， 此裝置上包含將第一部份予以平方的一第一平方機構^ 第一部伤予以平方的第二機構，及一加法機構，用以將第 一部份的平方與第二部份的平方相加，藉此產生一輸出= 號，可以正比於引入信號的振幅平方。 根據本發明的另一個實施例，用於測量正弦信號振 幅平方的方法，包含以下步驟··將正弦信號分裂成一第— 部份及一第二部份，其中第一部份與第二部份相位差Μ 度，將第一部份予以平方，將第二部份予以平方，將第一 部份的平方加上第二部份的平方，藉此產生一輸出信號， 可以正比於引入信號的振幅平方。 圖示簡易說明 參考以下圖形，將會對本發明具有更完全的了解。 其中： 圖1是本發明一實施例的方塊圖； 圖2疋本發明一實施例的方塊圖； 圖3是本發明一實施例的概略圖； 圖4是本發明方法的流程圖。 較佳實施例之詳細說明 根據本發明’設有一種方法及裝置，用以決定正弦 信唬的瞬時功率。一般說來，本發明的裝置可以決定正弦 信號的瞬時功率而不需要濾波。這是根據三角形特性s丨η2χ + cos χ - 1而達成的。藉由首先將引入信號分裂成兩個 信號’致使所產生的信號會在相位上彼此相差9〇度，接 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公爱] '""""' ' ------------Μ--------訂--------- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 562934 A7 --------^L· ___ 五、發明說明（〇3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 著將此分裂的信號予以平方，且將此平方分裂過的信號相 加起來，便有效地除去原始信號的AC分量，而留下原始 信號振幅平方的DC表示法，而沒有任何殘留κ :量 始信號的振幅平方是直接正比於原始信號的瞬時功率。 現在詳細參考圖形，圖1概略顯示本發明一較佳實 施例之系統結構。圖丨中所示的裝置丨〇〇 _般包含產生正 弦信號的一信號產生器機構11〇、一分裂器機構12〇，用 以將引入信號分裂成相位相差9〇度的兩部份、平方機構 130， 140，用以將每個分裂信號予以平方，及平方機構 150 ’用以將兩個已平方的信號加在一起。 現在參考圖2，更加清楚地顯示本發明的裝置。可 以從任何會產生正弦信號的裝置上作為輸入，例如，輸入 L號可以由方向偶合器或其他能產生測量信號的感測器 而產生輸入信號。要知道的是任何信號都可以代表正弦的 總和，因此，本發明的應用不應該只侷限在單一頻率的正 弦信號上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 進一步說明，在一較佳實施例中，分裂器機構1 2〇 是一正交分裂器220。正交分裂器22〇是一種熟知的電路 元件’它可以將信號分裂成兩個單獨的信號，且各具有相 同的振幅，而這兩個單獨的信號之間具有9〇度的相位差。 在本質上，正交分裂器220將引入信號分裂成一餘弦及輸 入信號的正弦及正弦變化，因為sin(x+冗/2) = c〇s (χ)。 輸入210被偶合至正交分裂器220，此輸入一般是 射頻（RF)彳§號’為具有高頻率分量的正弦形狀信號。rf 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 562934 A7 B7 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 五、發明說明（〇4 仏诜鈸可以2msin 0的形式產生，其中2m是正弦信號 的振正交分裂器220的輸出為兩個信號，& mcos θ第刀裂信號是msin0，而第二分裂信號為mcos Θ， 係第一分裂信號的9〇度相位平移變化。這兩個信號均分 =獨立傳达到平万機構23〇，24〇上。從平方機構的輸出 刀別為msin0及m2c〇s2卜當這兩個信號在加法電路25〇 相力寺口成的輸出信號就變成2m2 (sin2 0 +cos2 Θ )。因 為:角开y特性sln20+eQs2㈣，所以輸人信號就成為Μ 的吊數DC輸出位準。因此，輸出信號就會與輸入信號的 功率成正比。 平方電路230, 240分別接收正弦及餘弦信號，且將 個別信號的振幅予以平方。平方電路230, 240可以是-四象限電壓輸出類比乘法器’例如麻塞諸塞州，— 止彙中顏比裝置公司’所生產的模組罐35。要知道的是 也可以使用其他的平方電路。 加法電路250將兩個信號加在—起，且輸出一信號， 輯出信號是原始信號的振幅（功率）平方的％表示法， 、有^何殘田的AC分量。加法電路可以許多種不同的 H可以將這些信號線路綁起來或使用其他 複雜的南隔離法來產生加法電路。 -現在參閱圖3,本發明的電路係以一說明性實施例 來正乂刀裂态220包含兩個電阻器電容器對，呈 現並聯配置。第-分裂信號是從電阻器310衍生的，第二 分裂信號是從電容器314衍生的。分裂信號被傳送到具有 本紙張尺度翻標準（CN^A4規格⑵G χ 297 -------1 —裝--------訂—----— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 562934 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（05 ) 平方電路的輸入埠上，例如類比裝置公司所產的aD835單 元。AD835單元240的輸入埠包含本發明的輸出DC信號。 有關於AD835單元的操作將在以下詳細說明。 以下將詳細說明® 3的裝置之操作。輸入信號是由 輸入信號產生器210所產生的，此輸入信號一般是正弦信 號且具有2m的振幅。正交分裂器是以方塊22◦顯示，正 交分裂器最好能包括一電阻器31〇，與一電容器312 _聯 偶合。電阻電容對31 0，31 2係與一匹配的電阻電容對3 J4, 316平仃配置。以一個實施例來說，其中具有i3· 56Mk 頻率的輸入信號，正交分裂器在電阻器31〇, 316具有5l i 歐姆的電阻值。匹配電容器312及314各為230微微法拉， 從正交分裂器220的輸出信號是兩個信號，欲被輸入到兩 個不同的平方電路230, 240。第一分裂信號是msin0 , 而第一分裂k唬是mcos Θ，由於此正交分裂器會產生損 耗’反映在所產生的分裂信號之振幅上。 平方私路最好是類比裝置公司出產的AD835單元23〇, 240。AD835單元是具有整合加法器的平方電路。Α])835單 元具有兩個輸入埠xi及yi，用以執行一乘法函數。設有 一額外的輸入埠2,用以將一額外的輸入加到〜及^埠 的乘積。輸出埠w提供ζ +(Χι · yi)的邏輯函數，所以， 第一 AD835單兀230的輸出埠表現msin0 的邏輯 函數。 第一 AD835單兀230的輸出埠w被偶合到第二AD835 單兀240的輸出槔z，因此，第二AD835單元24〇的輸出 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱^------ I ^ --------訂--------- f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 562934 A7 __ 五、發明說明（〇6 ) 璋w表現m2sin2 0 + (mc〇s 0 · mc〇s 的邏輯函數。第二 AD835單元240的輸出埠因此成為2m2。 參考圖4，說明本發明用以測量正弦信號的瞬時功 率之方法。此信號首先在步驟410中被分裂成具有相等振 幅的兩個信號，其中一個信號與另一個信號相位差了 9〇 度。其次，在步驟420中，每個信號都被平方。最後，在 步驟430巾，將這些平方過的信號加起來。平方過的信號 之AC分量是未平方信號的頻率之兩倍，且因此在相位差 是也會是兩倍（180度）。平方處理提供一叱分量給已經 平万過的信號。當這些信號被加在一起時，則會消去平方 過的信號之AC分量，因為彼此相位相差18〇度。因此，dc 分量（這是平方的結果且並未出現在原始信號中）會到達輸 出。 上述發明具有許多優點。首先，輸出直接就是2m2, 所以輸入信號的功率可以直接從本發明電路的輸出信號直 f衍生而出。其次，不需要低通遽波器，所以即使在輸入 t唬上的任意快速調變函數也可以恢復以便於測量功率。 雖然已經藉由許多實施例說明了本發明，但本發明 並未被侷限於上述的實施例而已。因此，對於熟知此項技 術者來說’在不背離本發明的範園與精神之前提下，可以 產t出許多變化與修改。因此，本發明的範圍是以申請專 利範圍極其等效置換所界定的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵G x 297 ^--------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 562934 A7 B7 五、發明說明（〇7 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 個數 文中代號 原文名稱 中文名稱 1 100 apparatus 裝置 2 110 signal generator means 信號產生器機構 3 120 splitter means 分裂器機構 4 130 squaring means 平方機構 5 140 squaring means 平方機構 6 150 adding means 加法機構 7 210 input 輸入 8 220 quadrature splitter 正交分裂器 9 230 squaring means 平方機構 10 240 squaring means 平方機構 1.1 240 AD835 unit AD835單元 12 250 summing circuit 加法電路 13 310 resistor 電阻器 14 312 capacitor 電容器 15 314 capacitor 電容器 16 314 capacitor 電容器 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---- i. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐）

Claims (1)

1. 562934 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (01) 申請專利範圍 1. 一種測量引入信號振幅平方的裝置，包含： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一分裂機構’用以將該引入信號分裂成一第一部份及 一第二部份，其中該第一部份與該第二部份相位相差 90度； 一第一平方機構，用以將該第一部份予以平方； 一第二平方機構，用以將該第二部份予以平方； 及 一加法機構，用以將第一部份的平方與第二部份的平 方加起來； 藉此可產生一輸出信號，正比於該引入信號的振幅平 方。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該分裂機構是一 正交分裂器。 3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該引入信號是在 一電漿產生器中產生的。 4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該引入信號是藉 由一方向偶合器產生的。 5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該引入信號是一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 正弦信號。 6·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該引入信號是正 弦信號的總和。 7·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該輸出信號是一 DC信號。 8.如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一平方機構 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 562934 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (02) 是一 AD835單元。 9. 如申請專利範圍第8項之裝置，其中該第二平方機構 是一 AD835單元。 10. 如申請專利範圍第9項之裝置，其中該加法機構是 整合在其中一個該AD835單元中的。 11. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該加法機構是 一加法操作放大器。 12. —種測量正弦信號振幅平方的方法，包含以下步驟： 將該正弦信號分裂成一第一部份及一第二部份，其中 該第一部份與該第二部份相位差90度； ‘ 將該第一部份予以平方； 將該第二部份予以平方；且 將該第一部份的平方與該第二部份的平方相加， 藉此產生一輸出信號，可以正比於該正弦信號的振 平方。 13. 如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該分裂步驟是 藉由一正交分裂器完成的。 1 4.如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該正弦信號是 在一電漿產生器内產生的。 15.如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該正弦信號是 藉由一方向偶合器產生的。 1 6.如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該第一平方步 驟是藉由一 AD835單元完成的。 17.如申請專利範圍第1 6項之方法，其中該第二平方步 _12_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   562934 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (03) 驟是藉由一 AD835單元完成的。 18·如申請專利範圍第1 7項之方法，其中該加法步驟是 藉由一 AD835單元完成的。 19·如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該加法步驟是 藉由一加法操作放大器完成的。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）