小型化寬帶功率檢測模塊設計與實現(xiàn).pdf

1、微波功率測量在微波通信、雷達、環(huán)境遙感和醫(yī)學研究等領域有重要的學術和商用價值，現(xiàn)代微波功率測量技術正朝著小型化、模塊化和寬頻帶等方向發(fā)展。本文分析了當今國內外微波功率測量技術的發(fā)展狀況，結合寬帶微波大功率相關項目的需求制定了小型化寬帶功率檢測模塊的總體指標和實施方案。主要由微波功率耦合器、開關濾波器組、微波功率檢波以及顯示與保護電路四部分組成。
　　采用通過式測量法，在ADS09和IE3D中設計了帶狀線定向耦合器，使功率測量系統(tǒng)可

2、嵌入待測系統(tǒng)中進行實時監(jiān)測。耦合器使用頻段為6GHz~18GHz，耦合度為20±0.7dB，方向性優(yōu)于16dB，插損小于0.3dB，駐波比小于1.2，尺寸較小。由于工程應用中，微波信號常夾雜著諧波，本系統(tǒng)采用開關濾波器組實現(xiàn)基波與諧波的分開測量，這是本測量系統(tǒng)的創(chuàng)新之處。微波開關選用了高性能的Agilent N1810UL機電同軸開關，頻率高達26.5GHz，插損小于0.7dB，單刀雙擲。濾波器組由6GHz~10GHz、10GHz~18

3、GHz兩通道懸置帶狀線帶通濾波組成，擁有懸置帶線高Q值、低損耗的特性。兩帶通濾波器的插損小于0.5dB，反射大于15dB，帶外抑制大于40dB（偏300MHz），性能相近。微波功率檢測系統(tǒng)的核心部分是微波功率檢波模塊，也是本文的設計重點。采用二極管前端寬帶匹配，后端低通濾波的電路模型，設計了基于SMS7630-061的肖特基二極管檢波器。使用S參數(shù)仿真出其反射和插損，諧波平衡仿真得出輸入功率-輸出電壓曲線，加工裝配好的檢波器在6GHz~

4、18GHz頻段內，功率量程為-35dBm至10dBm。
　　顯示與保護電路模塊作為后端信號處理部分，需要將檢波模塊的模擬信號轉換為數(shù)字信號，然后經算術均值濾波、查表和分段線性插值等算法處理后得出相應的功率值。本系統(tǒng)ADC模塊采用24位的ADS1220，采樣精度高；核心控制器是ARM系列的STM32F103VCT6，集成功能豐富；輸入輸出通過USART和LCD觸屏實現(xiàn)不同場合下的人機交互。此外，當比較器檢測到功率超過一定閾值時，將控

5、制MOSFET開關電路，切斷信號或是電源以保護微波系統(tǒng)中的關鍵部件。最后分析了測量系統(tǒng)中存在的失配誤差和溫度誤差，并提出了相應的誤差修正方法。
　　最終完成了小型化寬帶功率檢測模塊的設計。該系統(tǒng)尺寸較?。s為250mm*75mm*55mm），連接形式靈活，成本低，能實時準確地檢測6GHz~18GHz寬帶微波信號的功率（平均功率），實現(xiàn)基波功率和諧波功率的分開測量；功率量程為-15dBm~30dBm，測量誤差小于等于±0.4dB；具