專利名稱：一種高精度大動(dòng)態(tài)范圍微波信號(hào)電平測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波信號(hào)電平的測(cè)量，特別是涉及ー種高精度大動(dòng)態(tài)范圍微波信號(hào)電平測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)傳統(tǒng)的信號(hào)類型劃分，可以簡(jiǎn)單的分為直流信號(hào)和交流信號(hào)。直流信號(hào)頻率不變，幅度穩(wěn)定，可通過(guò)模擬或數(shù)字萬(wàn)用表，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，具有直觀簡(jiǎn)單的測(cè)量特點(diǎn)。但是對(duì)應(yīng)交流信號(hào)，測(cè)試的復(fù)雜度明顯提高，基本特點(diǎn)是幅度隨時(shí)間變化，如果采用萬(wàn)用表測(cè)試，得到的是ー個(gè)不穩(wěn)定的信號(hào)，并且萬(wàn)用表的刷新頻率與測(cè)試信號(hào)的頻率的差異導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果隨機(jī)變化。并且隨著頻率的升高，對(duì)應(yīng)測(cè)試設(shè)備測(cè)試方法的阻抗匹配、 屏蔽等具有嚴(yán)格的要求，如果在不合適的阻抗下測(cè)試會(huì)得到不同的數(shù)值，并且在不同的頻率范圍下電纜、連接器的選擇使用都有嚴(yán)格的要求。目前評(píng)價(jià)ー個(gè)信號(hào)的特征主要有頻率、 電平和相位等參數(shù)，電平測(cè)量往往是ー個(gè)測(cè)控或測(cè)量系統(tǒng)中不可缺的項(xiàng)目。目前通用的信號(hào)電平測(cè)試裝置一般為功率計(jì)、頻譜分析儀、微波毫伏表等。對(duì)于電平測(cè)量，若其在ー個(gè)小動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化，則無(wú)論電平高低，要做到精確測(cè)量并不困難。但當(dāng)被測(cè)量在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化時(shí)，但是這些通用裝置不可避免的具有其局限性。目前對(duì)大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)電平測(cè)試使用最多的是頻譜分析儀，主要利用了頻譜分析儀的測(cè)量范圍大的特點(diǎn)；當(dāng)信號(hào)電平測(cè)量精度要求高吋，多采用功率計(jì)測(cè)量，主要利用了功率計(jì)的高精度特性。功率計(jì)主要是利用了功率檢波器中的功率敏感器件如熱敏電阻、熱電偶或檢波ニ極管將待測(cè)試微波功率轉(zhuǎn)換成可檢測(cè)的電信號(hào)如熱電壓、直流電壓等，然后由功率指示器測(cè)量并顯示，其功率敏感器件決定測(cè)量的范圍窄，精度最高的熱偶檢波器動(dòng)態(tài)范圍僅有40dB，而精度次之的ニ極管檢波器動(dòng)態(tài)范圍也只有90dB，均不滿足測(cè)試需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)以上技術(shù)所存在的不足，提供一種微波信號(hào)電平的專用測(cè)試裝置，其特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測(cè)量大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)，不需要多次手動(dòng)重復(fù)切換測(cè)試儀器設(shè)備，能夠根據(jù)輸入信號(hào)電平自動(dòng)改變裝置的測(cè)量量程，并進(jìn)行誤差自動(dòng)補(bǔ)償，不僅能夠擴(kuò)展裝置的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍，而且能夠提高裝置的測(cè)量精度。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種微波信號(hào)電平的專用測(cè)試裝置，由功分功率傳感器単元、信號(hào)接收處理単元、功率通道處理單元和數(shù)據(jù)處理單元組成。功分功率傳感器単元包含功分器、匹配器和功率傳感器，功分器輸出兩路信號(hào)，一路輸出到信號(hào)接收處理單元，經(jīng)過(guò)可控衰減器和開(kāi)關(guān)放大器，進(jìn)入變頻器和增益控制器后，由數(shù)字量化電路進(jìn)行精確的量；另外一路進(jìn)入功率傳感器進(jìn)行功率檢波，將檢波電壓送至功率通道處理單元，并得到功率通道単元測(cè)試信號(hào)電平，數(shù)據(jù)處理単元接收到來(lái)自功分功率傳感器單元兩端ロ的測(cè)試數(shù)據(jù)，分別進(jìn)入數(shù)據(jù)比較器中，然后經(jīng)過(guò)誤差計(jì)算與修正并輸出結(jié)果。匹配器共兩只分置功分器的輸出端，不僅可以改善功率傳感器的輸入端ロ的駐波比，提高信號(hào)接收處理単元的端ロ匹配，而且能夠提高本裝置測(cè)量大功率信號(hào)電平的能力。 可控衰減器的衰減量、開(kāi)關(guān)放大器的増益量和增益控制器的増益，組合實(shí)現(xiàn)整個(gè)信號(hào)接收處理單元的測(cè)量范圍，開(kāi)關(guān)放大器設(shè)置范圍為30dB，增益控制器設(shè)置范圍為30dB，數(shù)字量化電路采用了 14位的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路達(dá)到84dB的測(cè)量范圍，可控衰減器可以大幅度降低進(jìn)入數(shù)字量化的信號(hào)電平，保證了整個(gè)裝置能夠測(cè)量大信號(hào)電平的能力。功率通道處理單元將來(lái)自功率處理器的檢波信號(hào)進(jìn)ー步的通過(guò)通道處理后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)根據(jù)設(shè)定頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行頻響補(bǔ)償，這樣得到的數(shù)據(jù)即為功率通道単元測(cè)試信號(hào)電平并可進(jìn)行更進(jìn)步運(yùn)算。一種專用于微波信號(hào)電平專用測(cè)試裝置的軟件計(jì)算，信號(hào)接收處理単元和功率通道處理單元同時(shí)進(jìn)行電平測(cè)量，功率傳感器自動(dòng)計(jì)算兩個(gè)信號(hào)通路的測(cè)量誤差，生成校準(zhǔn)因子，當(dāng)信號(hào)電平較大或較小吋，通過(guò)控制衰減量和増益使信號(hào)接收處理単元的測(cè)量量程發(fā)生改變，并由軟件的校準(zhǔn)因子計(jì)算出實(shí)際信號(hào)電平，此后每次狀態(tài)的改變均能根據(jù)上ー 次的電平測(cè)量和校準(zhǔn)因子將補(bǔ)償因子計(jì)算入測(cè)試結(jié)果中生成實(shí)際信號(hào)電平，以此實(shí)現(xiàn)功率通道處理單元的高精度測(cè)量誤差傳遞，保證了測(cè)量的精度。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明。圖1信號(hào)電平測(cè)試裝置原理框2為測(cè)試裝置電平測(cè)量功能軟件流程圖
具體實(shí)施例方式本專利硬件部分包含功分功率傳感器単元、信號(hào)接收處理単元、功率通道處理單元和數(shù)據(jù)處理単元和專用于微波信號(hào)電平專用測(cè)試裝置的軟件計(jì)算。功分功率傳感器単元包含功分器、匹配器和功率傳感器，功分器的特點(diǎn)是兩路輸出信號(hào)幅度相等，將信號(hào)功分一路輸出到信號(hào)接收處理単元，進(jìn)行信號(hào)接收處理；另外一路進(jìn)入功率傳感器進(jìn)行功率檢波，將檢波電壓送至功率通道處理單元。匹配器共兩只分置功分器的輸出端，不僅可以改善功率傳感器的輸入端ロ的駐波比，提高信號(hào)接收處理単元的端ロ匹配，而且能夠提高本裝置測(cè)量大功率信號(hào)電平的能力。信號(hào)接收處理単元接收來(lái)自功分功率傳感器単元分離的信號(hào)。首先經(jīng)過(guò)可控衰減器和開(kāi)關(guān)放大器，進(jìn)入變頻器和增益控制器后，由數(shù)字量化電路進(jìn)行精確的量化?？煽厮p器的衰減量、開(kāi)關(guān)放大器的増益量和增益控制器的増益，組合實(shí)現(xiàn)整個(gè)信號(hào)接收處理単元的測(cè)量范圍，開(kāi)關(guān)放大器設(shè)置范圍為30dB，增益控制器設(shè)置范圍為30dB，數(shù)字量化電路采用了 14位的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路達(dá)到84dB的測(cè)量范圍，因此組合能夠?qū)崿F(xiàn)144dB的測(cè)量范圍，并且按照本裝置的設(shè)計(jì)思路，將進(jìn)ー步的擴(kuò)展測(cè)量范圍。可控衰減器可以大幅度降低進(jìn)入數(shù)字量化信號(hào)電平，保證了整個(gè)裝置能夠測(cè)量大信號(hào)電平的能力。由于數(shù)字量化電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠大幅度的提高測(cè)量的線性度，因此數(shù)字量化的量化數(shù)據(jù)可以經(jīng)過(guò)規(guī)則處理器的計(jì)算產(chǎn)生對(duì)可控衰減器、開(kāi)關(guān)放大器和增益控制器的精確控制信號(hào)。功率通道處理單元將來(lái)自功率處理器的檢波信號(hào)進(jìn)ー步的通過(guò)通道處理后進(jìn)入數(shù)字量化，同時(shí)根據(jù)設(shè)定頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行頻響補(bǔ)償，這樣得到的數(shù)據(jù)即為功率通道単元測(cè)試信號(hào)電平。其特點(diǎn)等同功率計(jì)，測(cè)量范圍窄，但是測(cè)量精度高。并且經(jīng)過(guò)頻響補(bǔ)償?shù)玫降臄?shù)據(jù)可進(jìn)行更進(jìn)步運(yùn)算處理有本裝置軟件處理部分完成。數(shù)據(jù)處理単元主要進(jìn)行了本裝置的軟件運(yùn)算部分。數(shù)據(jù)處理単元接收到來(lái)自功分功率傳感器單元兩端ロ的測(cè)試數(shù)據(jù)，分別進(jìn)入數(shù)據(jù)比較器中，然后經(jīng)過(guò)誤差計(jì)算與修正并結(jié)果輸出。本專利軟件部分由信號(hào)接收處理単元和功率通道處理單元塊同時(shí)進(jìn)行電平測(cè)量分別為SA和PM。初始狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量吋，電平測(cè)量分別為SAl和PMl依據(jù)功率傳感器測(cè)量精度高的特點(diǎn)，自動(dòng)計(jì)算兩個(gè)信號(hào)通路的測(cè)量誤差，生成校準(zhǔn)因子CFl = PM1-SA1，信號(hào)發(fā)生改變時(shí)測(cè)量值SA發(fā)生變化，實(shí)際信號(hào)電平軟件計(jì)算為TRFL = SA1+CF1，實(shí)現(xiàn)了功率通道處理單元的高精度測(cè)量誤差傳遞。當(dāng)信號(hào)電平較大時(shí)能夠自動(dòng)根據(jù)測(cè)量值根據(jù)規(guī)則處理器來(lái)切換可控衰減器的衰減量，即改變信號(hào)接收處理単元的測(cè)量量程，保證測(cè)量大信號(hào)的能力，當(dāng)信號(hào)電平較大小吋，改變可控衰減器的衰減量，開(kāi)關(guān)放大器和增益控制器的増益， 使數(shù)字量化的測(cè)量范圍擴(kuò)大，即也是改變信號(hào)接收處理単元的測(cè)量量程。根據(jù)每次的狀態(tài)切換，對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收處理單元兩次測(cè)量值均存在一定的誤差，軟件計(jì)算公式為校準(zhǔn)因子 CF2 = SA1-SA2，實(shí)際信號(hào)電平軟件計(jì)算公式變換為TRFL = SA2+CF2+CF1。當(dāng)發(fā)生第三那次狀態(tài)切換時(shí)得到校準(zhǔn)因子CF3 = SA2-SA3，實(shí)際信號(hào)電平軟件計(jì)算公式變換為TRFL = SA3+CF2+CF1 +CF3。同理多次切換11、12、14，可以進(jìn)ー步處理得到CF4……CFn，實(shí)際信號(hào)電平為TRFL = SAn+CFn……CF2+CF1。進(jìn)ー步實(shí)現(xiàn)了誤差的傳遞，保證了測(cè)量的精度。因此信號(hào)接收處理単元和功率通道處理單元數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理單元的軟件運(yùn)算，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)量程切換和誤差修正技木。
權(quán)利要求
1.一種微波信號(hào)電平的專用測(cè)試裝置，由功分功率傳感器単元、信號(hào)接收處理単元、功率通道處理單元和數(shù)據(jù)處理單元組成。
2.如權(quán)利要求1所述的微波信號(hào)電平的專用測(cè)試裝置，其特征在于功分功率傳感器単元包含功分器、匹配器和功率傳感器，功分器輸出兩路信號(hào)，一路輸出到信號(hào)接收處理單元，經(jīng)過(guò)可控衰減器和開(kāi)關(guān)放大器，進(jìn)入變頻器和增益控制器后，由數(shù)字量化電路進(jìn)行精確的量；另外一路進(jìn)入功率傳感器進(jìn)行功率檢波，將檢波電壓送至功率通道處理單元，并得到功率通道単元測(cè)試信號(hào)電平，數(shù)據(jù)處理単元接收到來(lái)自功分功率傳感器單元兩端ロ的測(cè)試數(shù)據(jù)，分別進(jìn)入數(shù)據(jù)比較器中，然后經(jīng)過(guò)誤差計(jì)算與修正并輸出結(jié)果。
3.如權(quán)利要求2所述的微波信號(hào)電平的專用測(cè)試裝置，其特征在于匹配器共兩只分置功分器的輸出端，不僅可以改善功率傳感器的輸入端ロ的駐波比，提高信號(hào)接收處理單元的端ロ匹配，而且能夠提高本裝置測(cè)量大功率信號(hào)電平的能力。
4.如權(quán)利要求2所述的微波信號(hào)電平的專用測(cè)試裝置，其特征在于可控衰減器的衰減量、開(kāi)關(guān)放大器的増益量和增益控制器的増益，組合實(shí)現(xiàn)整個(gè)信號(hào)接收處理単元的測(cè)量范圍，開(kāi)關(guān)放大器設(shè)置范圍為30dB，增益控制器設(shè)置范圍為30dB，數(shù)字量化電路采用了 14 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路達(dá)到84dB的測(cè)量范圍，可控衰減器可以大幅度降低進(jìn)入數(shù)字量化的信號(hào)電平，保證了整個(gè)裝置能夠測(cè)量大信號(hào)電平的能力。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的微波信號(hào)電平的專用測(cè)試裝置，其特征在于功率通道處理單元將來(lái)自功率處理器的檢波信號(hào)進(jìn)ー步的通過(guò)通道處理后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換，同時(shí)根據(jù)設(shè)定頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行頻響補(bǔ)償，這樣得到的數(shù)據(jù)即為功率通道単元測(cè)試信號(hào)電平并可進(jìn)行更進(jìn)步運(yùn)算。
6.一種專用于微波信號(hào)電平專用測(cè)試裝置的軟件計(jì)算，信號(hào)接收處理単元和功率通道處理單元同時(shí)進(jìn)行電平測(cè)量，功率傳感器自動(dòng)計(jì)算兩個(gè)信號(hào)通路的測(cè)量誤差，生成校準(zhǔn)因子，當(dāng)信號(hào)電平較大或較小吋，通過(guò)控制衰減量和増益使信號(hào)接收處理単元的測(cè)量量程發(fā)生改變，并由軟件的校準(zhǔn)因子計(jì)算出實(shí)際信號(hào)電平，此后每次狀態(tài)的改變均能根據(jù)上一次的電平測(cè)量和校準(zhǔn)因子生成實(shí)際信號(hào)電平，以此實(shí)現(xiàn)功率通道處理單元的高精度測(cè)量誤差傳遞，保證了測(cè)量的精度。
7.如權(quán)利要求6所述的專用于微波信號(hào)電平專用測(cè)試裝置的軟件計(jì)算，其特征在于 由信號(hào)接收處理単元和功率通道處理單元同時(shí)進(jìn)行電平測(cè)量分別為SA和PM，初始狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量吋，電平測(cè)量分別為SAl和PMl功率傳感器測(cè)量自動(dòng)計(jì)算兩個(gè)信號(hào)通路的測(cè)量誤差， 生成校準(zhǔn)因子CFl = PMl-SAl，信號(hào)發(fā)生改變時(shí)測(cè)量值SA發(fā)生變化，實(shí)際信號(hào)電平軟件計(jì)算為TRFL = SA1+CF1，當(dāng)信號(hào)電平較大時(shí)能夠自動(dòng)根據(jù)測(cè)量值根據(jù)規(guī)則處理器來(lái)切換可控衰減器的衰減量，當(dāng)信號(hào)電平較小吋，改變可控衰減器的衰減量，開(kāi)關(guān)放大器和增益控制器的増益，使信號(hào)接收處理単元的測(cè)量量程改變。
8.如權(quán)利要求6或7所述的專用于微波信號(hào)電平專用測(cè)試裝置的軟件計(jì)算，其特征在干根據(jù)可控衰減器、開(kāi)關(guān)放大器和增益控制器毎次的狀態(tài)切換，對(duì)應(yīng)的信號(hào)接收處理単元兩次測(cè)量值均存在一定的誤差，軟件計(jì)算公式為校準(zhǔn)因子CF2 = SA1-SA2，實(shí)際信號(hào)電平軟件計(jì)算公式變換為TRFL = SA2+CF2+CF1。當(dāng)發(fā)生第三那次狀態(tài)切換時(shí)得到校準(zhǔn)因子CF3 = SA2-SA3，實(shí)際信號(hào)電平軟件計(jì)算公式變換為TRFL = SA3+CF2+CF1+CF3。同理多次切換可控衰減器、開(kāi)關(guān)放大器和增益控制器，可以進(jìn)ー步處理得到CF4……CFn，實(shí)際信號(hào)電平為TRFL=SAn+CFn……CF2+CF1，進(jìn)ー步實(shí)現(xiàn)了誤差的傳遞，保證了測(cè)量的精度。
全文摘要
一種微波信號(hào)電平的專用測(cè)試裝置，由功分功率傳感器單元、信號(hào)接收處理單元、功率通道處理單元、數(shù)據(jù)處理單元和用于微波信號(hào)電平專用測(cè)試裝置的軟件計(jì)算組成，根據(jù)信號(hào)電平幅度特點(diǎn)自動(dòng)改變信號(hào)接收單元中的可控衰減器和開(kāi)關(guān)放大器，并且在改變狀態(tài)前后進(jìn)行量程自動(dòng)校準(zhǔn)，將補(bǔ)償因子計(jì)算入測(cè)試結(jié)果中，提高測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍和測(cè)試準(zhǔn)確度，其特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測(cè)量大動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)，不需要多次手動(dòng)重復(fù)切換測(cè)試儀器設(shè)備，能夠根據(jù)輸入信號(hào)電平自動(dòng)改變裝置的測(cè)量量程，并進(jìn)行誤差自動(dòng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)測(cè)量的高精度和大動(dòng)態(tài)范圍。
文檔編號(hào)G01R21/133GK102565521SQ201110416509
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者杜以濤, 杜會(huì)文, 許建華, 馬志 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所