專利名稱：一種寬頻帶射頻功率檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域和數(shù)字電視廣播領(lǐng)域，特別涉及UHF寬頻帶數(shù)字電視發(fā)射機(jī) 系統(tǒng)中大功率射頻信號檢測領(lǐng)域的一種頻帶射頻功率檢測裝置。
背景技術(shù)：
對于移動通信領(lǐng)域和數(shù)字電視廣播通信領(lǐng)域，都需要對射頻信號進(jìn)行測量，特別是大功 率發(fā)射設(shè)備，因此幾乎所有的射頻發(fā)射機(jī)都含有測量發(fā)射功率的電路。而每個發(fā)射機(jī)對于同 一系統(tǒng)或不同系統(tǒng)來說都是一個干擾信號源，射頻性能的好壞直接影響系統(tǒng)的通信質(zhì)量。因 此，良好的功率檢測對于確保產(chǎn)品的質(zhì)量和提高系統(tǒng)性能來說十分重要。同時發(fā)射機(jī)設(shè)備在 系統(tǒng)成本中所占的比例非常大，有時可以達(dá)到2/3。如此昂貴的設(shè)備需要有效的保護(hù)，而精 確的功率測量則是實(shí)現(xiàn)保護(hù)的關(guān)鍵。
對于功率檢測技術(shù)，大多數(shù)都是針對窄帶的移動通信領(lǐng)域。例如GSM通信系統(tǒng)，基站 下行頻率為935 960MHz，相對帶寬約為2.6%; WCDMA通信系統(tǒng)基站下行頻率為2110 2170MHz，相對帶寬約為2.8% 。而對于UHF頻段的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)，頻率從470 860MHz， 相對帶寬約58.6%。在如此寬的全頻帶范圍內(nèi)都需要很高精度的功率測量，窄帶的功率檢測 技術(shù)己經(jīng)不能滿足要求。目前對于寬帶功率檢測技術(shù)中，公開號為CN1529523A把射頻信號 通過下變頻單元處理后變頻到中頻，再對中頻信號輸入告訴A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)行量化、分析、計(jì) 算、查表得到相應(yīng)頻率的發(fā)射功率。還有一種解決方法就是把寬頻帶分成很窄的子頻帶進(jìn)行 單獨(dú)檢測定標(biāo)。
現(xiàn)有寬頻帶射頻信號功率檢測技術(shù)雖然擴(kuò)展了頻率范圍，但有一個很大的缺點(diǎn)是檢測時 必須知道射頻信號的頻率。知道射頻信號的頻率后才能處理、定標(biāo)。存在處理復(fù)雜、精度不 高、調(diào)試難度大、成本高等缺點(diǎn)。數(shù)字電視廣播技術(shù)的快速發(fā)展急需一種在頻段范圍470 860MHz內(nèi)簡單有效、高精度、不需要預(yù)先知道射頻信號頻率就能檢測出功率的裝置和定標(biāo) 算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出一種寬頻帶射頻功率檢測裝置，此裝置和
算法不需要預(yù)先知道射頻信號頻率，方便快捷檢測寬頻帶射頻信號功率，提高功率檢測精度。 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為
本發(fā)明所述的這種寬頻帶射頻功率檢測裝置，包括如下部分增益頻率補(bǔ)償單元、功率 電壓轉(zhuǎn)換單元、分析處理單元；取樣的射頻信號經(jīng)過增益頻率補(bǔ)償單元進(jìn)行增益補(bǔ)償后，送 到功率電壓轉(zhuǎn)換單元，最后進(jìn)入分析處理單元。所述的增益頻率補(bǔ)償單元既補(bǔ)償取樣器在寬 頻帶中各個頻點(diǎn)的響應(yīng)差異，又補(bǔ)償功率轉(zhuǎn)換單元在寬頻帶中各個頻點(diǎn)把射頻信號的功率轉(zhuǎn) 換成電壓信號時轉(zhuǎn)換效率的不同；所述的功率電壓轉(zhuǎn)換單元把射頻信號的功率轉(zhuǎn)換成電壓信 號和電壓信號的濾波平均處理；所述的分析處理單元對濾波平均處理后的電壓信號進(jìn)行 10bit A/D采樣量化得到電壓采樣AD值F^，最后根據(jù)定標(biāo)算法公式對采樣電壓進(jìn)行分析處
理得到射頻信號的功率
本發(fā)明所述的功率檢測定標(biāo)算法公式，
20*
"*巳d/ . — b
i3 — ^4咖W
+"""i^5""
其中J,5,i^^《wrf是定標(biāo)算法中的關(guān)鍵參數(shù)。
本發(fā)明所述的增益頻率補(bǔ)償單元，包括電阻R1、 R2、 R3、 R4，電容C1，電感L1;所述的 電阻R1 —個腳接節(jié)點(diǎn)1，另一個腳接地(GND);所述的電阻R2 —個腳接節(jié)點(diǎn)1，另一個腳 接節(jié)點(diǎn)2;所述的電阻R3 —個腳接節(jié)點(diǎn)2， 一個腳接節(jié)點(diǎn)3;所述的電阻R4 —個腳接節(jié)點(diǎn)3， 一個腳接地(G冊)；所述的電容Cl 一個腳接節(jié)點(diǎn)2， 一個腳接節(jié)點(diǎn)3;所述的電感Ll 一個 腳接節(jié)點(diǎn)3， 一個腳接節(jié)點(diǎn)4;節(jié)點(diǎn)1是所述增益頻率補(bǔ)償單元的輸入端；節(jié)點(diǎn)4是所述增 益頻率補(bǔ)償單元的輸出端。增益頻率補(bǔ)償單元會根據(jù)射頻信號的頻率自動改變其增益。
本發(fā)明有益的效果是通過一個開環(huán)增益頻率補(bǔ)償單元，它的增益在不同頻率是不同的，
有效地解決了電路器件因頻率不同而引入的檢測誤差。同時增益頻率補(bǔ)償單元還可以調(diào)節(jié)射 頻信號進(jìn)入功率電壓轉(zhuǎn)換單元之前的功率大小，使功率電壓轉(zhuǎn)換單元工作在精度最高的電平
范圍內(nèi)，有利于提高檢測精度。木裝置檢測射頻信號功率在470 860MHz寬頻帶范圍內(nèi)不需 要知道射頻信號的頻率就可以精準(zhǔn)地檢測出射頻信號功率，而檢測誤差控制在士0.2dB之內(nèi)。 本裝置實(shí)現(xiàn)簡單、器件少成本低、非常實(shí)用。


附圖1是本發(fā)明裝置的總體結(jié)構(gòu)圖； 附圖2是增益頻率補(bǔ)償單元原理附圖3是功率電壓轉(zhuǎn)換單元；
附圖4是定標(biāo)算法示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述
本發(fā)明所述裝置和定標(biāo)算法針對的UHF470 860MHz寬頻帶射頻信號，特別是DVB-T數(shù)
字電視信號，在這頻率范圍內(nèi)只需要一種定標(biāo)算法，不需要預(yù)先知道射頻信號的頻率。對射 頻信號功率的檢測范圍主要由真值功率檢測器的工作范圍和增益頻率補(bǔ)償來確定的。
本發(fā)明構(gòu)造了一種簡單易行、高精度、寬頻帶，特別適合數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中用到的射 頻功率檢測裝置，主要包括三部分(如圖l所示)增益頻率補(bǔ)償單元、功率電壓轉(zhuǎn)換單元、 分析處理單元。
增益頻率補(bǔ)償單元(圖2)主要實(shí)現(xiàn)對射頻信號進(jìn)行功率大小調(diào)整，信號功率大小調(diào)整
時主要考慮功率電壓轉(zhuǎn)換單元的線性工作范圍，和功率電壓轉(zhuǎn)換單元的頻率響應(yīng)。對丁-所
有頻率，當(dāng)信號功率過大，可通過增益頻率補(bǔ)償單元把射頻信號的功率值調(diào)低；當(dāng)信號功率
過低時，可通過增益頻率補(bǔ)償單元把射頻信號的功率值調(diào)高。對于不同頻率相同功率的射頻
信號，要選定中心頻率為參考值，當(dāng)射頻信號的頻率小于中心頻率時，功率電壓轉(zhuǎn)換單元把
射頻信號的功率轉(zhuǎn)換成的電壓信號相對于中心頻率來說會偏大，增益頻率補(bǔ)償單元的頻率響 應(yīng)會把小于中心頻率的射頻信號功率值調(diào)低；當(dāng)射頻信號大于中心頻率時，功率電壓轉(zhuǎn)換單
元把射頻信號的功率轉(zhuǎn)換成的電壓信號相對于中心頻率來說會偏小，增益頻率補(bǔ)償單元的頻 率響應(yīng)會把大于中心頻率的射頻信號功率值調(diào)高。
功率電壓轉(zhuǎn)換單元(圖3)主要實(shí)現(xiàn)對射頻信號功率值轉(zhuǎn)換成可以采樣測量的直流電壓 信號，并對電壓信號進(jìn)行濾波平均處理，降低A/D采樣時產(chǎn)生的誤差，提高檢測精度。
分析處理單元主要實(shí)現(xiàn)對電壓信號進(jìn)行A/D采樣量化變成微控制器可處理的數(shù)字信號， 然后根據(jù)給定的定標(biāo)算法公式進(jìn)行處理，得到射頻信號的功率值(dBm)。
取樣的射頻信號經(jīng)過增益頻率補(bǔ)償單元進(jìn)行增益補(bǔ)償，既補(bǔ)償取樣器在寬頻帶中各個頻 點(diǎn)的響應(yīng)差異，又補(bǔ)償功率轉(zhuǎn)換單元在寬頻帶中各個頻點(diǎn)把射頻信號的功率轉(zhuǎn)換成電壓信號 時轉(zhuǎn)換效率的不同；然后送到功率電壓轉(zhuǎn)換單元，在470 860MHz范圍內(nèi)，補(bǔ)償后的不同頻 率相同功率的射頻信號轉(zhuǎn)換成的電壓信號值是一樣的；最后進(jìn)入分析處理單元對濾波處理后 的電壓信號進(jìn)行10bit A/D采樣量化得到電壓采樣AD值F^，最后根據(jù)定標(biāo)算法公式
<formula>formula see original document page 7</formula>
-+戶-=組對采樣電壓進(jìn)行分析處理得到射頻
信號的功率(dBm)。下面將分別闡述個單元如何實(shí)現(xiàn)。 l.增益頻率補(bǔ)償單元 此單元的具體原理圖如圖2所示。
此單元的輸入是采樣后的射頻信號；單元功能實(shí)現(xiàn)射頻信號功率值的調(diào)整和功率值的 頻率補(bǔ)償；此單元的輸出是經(jīng)過功率值調(diào)整和功率值的頻率補(bǔ)償后的射頻信號。
功率頻率補(bǔ)償單元包括5顆電阻R1、 R2、 R3、 R4，電容C1，電感L1;電阻Rl—個腳接 節(jié)點(diǎn)l，另一個腳接地(GND);電阻R2—個腳接節(jié)點(diǎn)1，另一個腳接節(jié)點(diǎn)2;電阻R3—個腳 接節(jié)點(diǎn)2， 一個腳接節(jié)點(diǎn)3;電阻R4—個腳接節(jié)點(diǎn)3， 一個腳接地(GND);電容C1一個腳接 節(jié)點(diǎn)2， 一個腳接節(jié)點(diǎn)3;電感Ll 一個腳接節(jié)點(diǎn)3， 一個腳接節(jié)點(diǎn)4;節(jié)點(diǎn)1是增益頻率補(bǔ) 償單元的輸入端；節(jié)點(diǎn)4是增益頻率補(bǔ)償單元的輸出端。
在確定這些器件值之前，首先要確定取樣后的射頻信號功率，確定增益功率補(bǔ)償單元在 470 860MHz寬頻段內(nèi)的中心頻點(diǎn)(如650MHz)增益大小，使中心頻點(diǎn)(650MHz)的射頻信 號的功率在功率電壓轉(zhuǎn)換單元的最佳工作點(diǎn)；然后在寬頻帶內(nèi)選取幾個頻點(diǎn)，如470MHz、 500MHz、 550MHz、 600MHz、 650MHz、 700MHz、 750MHz、 800腿z、 850MHz、 860MHz，在相同射 頻信號功率的前提下，以中心頻點(diǎn)650MHz為參考，得出各個頻點(diǎn)的增益響應(yīng)；最后得出各
個頻點(diǎn)所需要的增益曲線，通過仿真增益頻率補(bǔ)償單元中各個元器件的具體值，使增益頻率 補(bǔ)償單元的頻率響應(yīng)曲線和測量得出的曲線吻合。這樣，取樣的射頻信號通過增益頻率補(bǔ)償
后，不同的頻點(diǎn)補(bǔ)償?shù)牧渴遣灰粯拥模a(bǔ)償后再經(jīng)過功率電壓轉(zhuǎn)換單元后在頻段470 860MHz內(nèi)轉(zhuǎn)換出來的電壓值是一樣的。增益頻率補(bǔ)償單元對射頻信號的功率大小在頻率方面進(jìn)行預(yù)校正。
2. 功率電壓轉(zhuǎn)換單元
此單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
此單元把射頻信號功率轉(zhuǎn)換成可以測量的直流電壓信號，然后進(jìn)行濾波平均處理。 圖中的功率真值功率檢測器可以為ADL5501。
圖中的電阻R5和電容C2組成直流濾波器，能對轉(zhuǎn)換后的直流電壓信號平均處理，減少 突發(fā)事件，提高檢測精度。
3. 處理單元
處理單元是帶有A/D轉(zhuǎn)換模塊、存儲模塊、ARM內(nèi)核的微控制器。 微控制器可以為LPC2103。
4. 定標(biāo)算法
其中4A尸—^Z/wW是定標(biāo)算法中的參數(shù)，現(xiàn)舉例闡述如何實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。
在中心頻點(diǎn)650MHz處測量10各不同功率值，記錄下實(shí)際功率值和檢測的AD值。這10 個實(shí)際的功率值可以擬合出一條曲線。檢測的AD值通過算法公式可以算出檢測的功率大小， 這10個值也可以擬合出一條曲線；實(shí)際功率值和檢測功率值之間的誤差也可以擬合出一條 曲線。綜合調(diào)整4AP —A^W三個參數(shù)的值，使實(shí)際功率值曲線和檢測功率值曲線一樣， 誤差曲線在土O. ldB之內(nèi)。這樣乂￡,尸_^4^對三個參數(shù)的值就確定了。
在本裝置中，增益頻率補(bǔ)償單元和定標(biāo)算法特別關(guān)鍵，直接關(guān)系到檢測精度。人多數(shù)嚴(yán) 格的射頻發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)都要求發(fā)射功率檢測精度為士ldB。而使用本發(fā)明裝置，檢測精度在470 860MHz寬頻帶范圍內(nèi)可以達(dá)到土0.2dB，性能遠(yuǎn)優(yōu)于土ldB。本發(fā)明裝置非常簡單實(shí)用方便， 精度又高，可以大大節(jié)約工程技術(shù)人員安裝發(fā)射機(jī)時的調(diào)試時間。
可以理解的是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及發(fā)明構(gòu)思加以等 同替換或改變就可以用于在其它頻段實(shí)現(xiàn)射頻功率檢測，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本 發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
定標(biāo)算法公式為P — fi Sm =爿* 20 *
權(quán)利要求
1.一種寬頻帶射頻功率檢測裝置，其特征在于，該檢測裝置包括如下部分增益頻率補(bǔ)償單元、功率電壓轉(zhuǎn)換單元和分析處理單元，取樣的射頻信號經(jīng)過增益頻率補(bǔ)償單元進(jìn)行增益補(bǔ)償后，送到功率電壓轉(zhuǎn)換單元，最后進(jìn)入分析處理單元；所述的增益頻率補(bǔ)償單元，用于既補(bǔ)償取樣在寬頻帶中各個頻點(diǎn)引入的取樣誤差，又補(bǔ)償功率轉(zhuǎn)換單元在寬頻帶中各個頻點(diǎn)把射頻信號的功率轉(zhuǎn)換成電壓信號時引入的轉(zhuǎn)換誤差；所述的功率電壓轉(zhuǎn)換單元，用于把射頻信號的功率轉(zhuǎn)換成電壓信號和電壓信號的濾波處理；所述的分析處理單元，用于對濾波處理后的電壓信號進(jìn)行10bit A/D采樣量化得到電壓采樣AD值VAD，并根據(jù)定標(biāo)算法公式對采樣電壓進(jìn)行分析處理得到射頻信號的功率值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶射頻功率檢測裝置，其特征在于所述的定標(biāo)算法公 式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中—^^/W是定標(biāo)算法中的關(guān)鍵參數(shù)。<formula>formula see original document page 2</formula>
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶射頻功率檢測裝置，其特征在于所述增益頻率補(bǔ)償單元包括電阻R1、 R2、 R3、 R4，電容C1，電感L1;所述的電阻Rl—個腳接節(jié)點(diǎn)1，另一個 腳接地；所述的電阻R2 —個腳接節(jié)點(diǎn)1，另一個腳接節(jié)點(diǎn)2;所述的電阻R3 —個腳接節(jié)點(diǎn)2， 一個腳接節(jié)點(diǎn)3;所述的電阻R4 —個腳接節(jié)點(diǎn)3， 一個腳接地；所述的電容Cl 一個腳接節(jié) 點(diǎn)2， 一個腳接節(jié)點(diǎn)3;所述的電感L1一個腳接節(jié)點(diǎn)3， 一個腳接節(jié)點(diǎn)4;節(jié)點(diǎn)l是所述增 益頻率補(bǔ)償單元的輸入端；節(jié)點(diǎn)4是所述增益頻率補(bǔ)償單元的輸出端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶射頻功率檢測裝置，其特征在于所述的功率電壓轉(zhuǎn)換單元包括真值功率檢測器和濾波網(wǎng)絡(luò)；所述的真值功率檢測器用于將增益頻率補(bǔ)償后的射 頻信號功率轉(zhuǎn)換為電壓信號；所述的濾波網(wǎng)絡(luò)是'由RC —網(wǎng)絡(luò)組成，對轉(zhuǎn)換后的電壓信號進(jìn)行 濾波處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶射頻功率檢測裝置，其特征在于所述的分析處理單元 是一個微控制器；該微控制器包括10bit A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 包括能運(yùn)行定標(biāo)算法的ARM內(nèi)核；包括用于存儲程序和數(shù)據(jù)的存儲模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬頻帶射頻功率檢測裝置，包括如下部分增益頻率補(bǔ)償單元、功率電壓轉(zhuǎn)換單元和分析處理單元，取樣的射頻信號經(jīng)過增益頻率補(bǔ)償單元進(jìn)行增益補(bǔ)償后，送到功率電壓轉(zhuǎn)換單元，最后進(jìn)入分析處理單元；所述的增益頻率補(bǔ)償單元，用于既補(bǔ)償取樣在寬頻帶中各個頻點(diǎn)引入的取樣誤差，又補(bǔ)償功率轉(zhuǎn)換單元在寬頻帶中各個頻點(diǎn)把射頻信號的功率轉(zhuǎn)換成電壓信號時引入的轉(zhuǎn)換誤差；所述的功率電壓轉(zhuǎn)換單元，用于把射頻信號的功率轉(zhuǎn)換成電壓信號和電壓信號的濾波處理。本發(fā)明有益的效果是本裝置檢測射頻信號功率在470～860MHz寬頻帶范圍內(nèi)不需要知道射頻信號的頻率就可以精準(zhǔn)地檢測出射頻信號功率，而檢測誤差控制在±0.2dB之內(nèi)。
文檔編號G01R21/00GK101368986SQ20081012101
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日
發(fā)明者吳志堅(jiān), 賴敏福 申請人:浙江三維無線科技有限公司