基于對(duì)數(shù)檢測(cè)法的射頻功率測(cè)量電路設(shè)計(jì)

摘要：隨著3G通信技術(shù)的發(fā)展，在進(jìn)行通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，射頻功率的測(cè)量具有重要意義。從動(dòng)態(tài)范圍、頻帶寬度和線性度三方面分析了對(duì)數(shù)放大器檢測(cè)法測(cè)量射頻功率原理，論述了對(duì)數(shù)放大器檢測(cè)法測(cè)量射頻的優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上，采用ADI公司的AD8318芯片和PIC16F874單片機(jī)設(shè)計(jì)了基于時(shí)數(shù)檢測(cè)法的射頻功率測(cè)量電路。電路測(cè)試結(jié)果表明：該方法具有寬頻帶、高精度、動(dòng)態(tài)范圍大和溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：對(duì)數(shù)放大器；AD8318；PIC16F874；射頻功率測(cè)量

近年來，隨著3G技術(shù)的快速發(fā)展，在進(jìn)行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，射頻功率的控制和測(cè)量十分重要。本文以美國ADI公司的AD8318單片射頻功率測(cè)量芯片為核心，設(shè)計(jì)了基于對(duì)數(shù)放大器檢測(cè)方法的射頻功率測(cè)量電路，該方法具有動(dòng)態(tài)范圍大，頻率范圍廣，精度高和溫度穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

1 測(cè)量原理
射頻功率測(cè)量方法有多種多樣，其中對(duì)數(shù)放大器檢測(cè)法是射頻測(cè)量的主要方向之一，下面從對(duì)數(shù)放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研究對(duì)數(shù)放大檢測(cè)器如何檢測(cè)射頻信號(hào)。
射頻信號(hào)檢測(cè)的實(shí)質(zhì)是如何實(shí)現(xiàn)將功率信號(hào)無失真地轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，而這個(gè)轉(zhuǎn)換工作則由對(duì)數(shù)放大檢測(cè)器來完成，因此，對(duì)數(shù)放大檢測(cè)器是射頻測(cè)量的關(guān)鍵。它的核心是對(duì)數(shù)放大器，對(duì)數(shù)放大器之間采用直接耦合方式，分成N級(jí)，每級(jí)由對(duì)數(shù)放大器和檢波器組成。每級(jí)的輸出送到求和器，由求和輸出經(jīng)低通濾波器后得到一個(gè)電壓信號(hào)。N一般取值為5～9級(jí)，級(jí)數(shù)越多，單級(jí)增益越小，則輸出特性曲線越趨向于線性，這里以5級(jí)為例進(jìn)行分析，具體電路如圖1所示。

該對(duì)數(shù)放大檢測(cè)器的傳遞函數(shù)為：
U0=Ks(Pin-b) (1)
式中：b為截距；Ks為對(duì)數(shù)檢測(cè)器的斜率，是一個(gè)常數(shù)；Pin是輸入信號(hào)的功率。在一定的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，可通過Matlab仿真軟件得到對(duì)數(shù)放大器的特性曲線，如圖2所示。

從圖2可知，線性動(dòng)態(tài)范圍約為-3～67 dBm，在此范圍內(nèi)，輸出電壓與輸入功率之間呈線性關(guān)系。圖2的橫坐標(biāo)是輸入信號(hào)的功率，縱坐標(biāo)為輸出電壓和誤差值。在坐標(biāo)系上作圖可知，該特性曲線的斜率約為18 mV／dB，截距約為93 dBm，已知輸入信號(hào)的情況下，可根據(jù)式(1)得到輸出電壓的大小。
若輸入信號(hào)為-30 dBm時(shí)：
U0=18×[-30-(-93)]=1．134V (2)
若斜率改變，則截距也會(huì)發(fā)生變化，在同樣的輸入的情況下，輸出大小不同。
上述情況僅適用于900 MHz～8 GHz的正弦波輸入信號(hào)，而通信系統(tǒng)中，還有其他的波形，如果測(cè)量其他的波形的功率，則可根據(jù)不同波形的修正C值來進(jìn)行修正，因波形不同修正值也不相同，表1為不同的信號(hào)波形的修正值。

非正弦波形的輸出電壓計(jì)算公式：
U0=Ks(Pin-b)+C (3)