本實(shí)用新型涉及無(wú)線電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大功率參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)的無(wú)線電領(lǐng)域中，任何射頻和微波器件，當(dāng)工作在大功率狀態(tài)下時(shí)，其某些物理特性會(huì)發(fā)生變化，如溫度的變化、放大器工作點(diǎn)的變化等。這些變化將會(huì)導(dǎo)致器件S參數(shù)的變化！S參數(shù)，也就是散射參數(shù)，被定義為在給定頻率和系統(tǒng)阻抗的條件下，任何非理想多端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸和反射特性。但是現(xiàn)有技術(shù)，無(wú)法有效對(duì)S參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確有效的檢測(cè)，舉一些案例。

案例一：無(wú)源器件的“功率系數(shù)”

一個(gè)標(biāo)稱衰減量為30dB的100W衰減器，用網(wǎng)絡(luò)分析儀(測(cè)試功率1mW) 測(cè)得的衰減量為30dB，但是在滿負(fù)荷工作時(shí)，其衰減量可能會(huì)變化至31dB，如果將這個(gè)衰減器用于100W放大器或發(fā)射機(jī)的精密功率測(cè)量，僅衰減器自身就會(huì)產(chǎn)生20.6％的測(cè)試誤差。

衰減器的這種變化量稱為功率系數(shù)，必須在大功率條件下測(cè)試。

案例二：功放的熱態(tài)VSWR

功率放大器在不同的輸出功率狀態(tài)下，從輸出端向放大器看去的VSWR 也會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率的降低以及系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。

從放大器的輸出端向放大器看去的駐波被稱為熱態(tài)VSWR(即Hot S₂₂)，這項(xiàng)參數(shù)必須在大功率工作狀態(tài)下從放大器的輸出端直接測(cè)量。

案例三：鐵氧體器件S₁₂的變化

鐵氧體隔離器在大功率狀態(tài)下，反向隔離度可能會(huì)降低，從而導(dǎo)致系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定以及系統(tǒng)互調(diào)干擾。

上述三個(gè)案例中，都無(wú)法使用現(xiàn)有技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，需要提供一種大功率參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)分析儀無(wú)法對(duì)S參數(shù)進(jìn)行全面準(zhǔn)確測(cè)量的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明人提供了一種大功率參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，包括放大器功率測(cè)量電路、溫度測(cè)量電路；

所述放大器功率測(cè)量電路包括第一信號(hào)發(fā)生器、待測(cè)放大器放置端口、第一負(fù)載、第一耦合器、第二耦合器、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及微控制單元，所述第一信號(hào)發(fā)生器通過第一耦合器與待測(cè)放大器放置端口的一端相連接，所述待測(cè)放大器放置端口的另一端通過第二耦合器與第一負(fù)載相連接，所述第一耦合器與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接，所述第二耦合器與第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接，所述微控制單元分別與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接，微控制單元用于將收集到的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到外部數(shù)據(jù)分析端進(jìn)行處理與分析；

所述溫度測(cè)量電路包括第二信號(hào)發(fā)生器、待測(cè)試器件放置端口、第三耦合器、第四耦合器、第一功率傳感器、第二功率傳感器、USB集線器、溫度計(jì)、第二負(fù)載、第三負(fù)載以及第四負(fù)載，所述第二信號(hào)發(fā)生器通過第三耦合器與待測(cè)試器件放置端口的一端相連接，所述待測(cè)試器件放置端口的另一端通過第四耦合器與第四負(fù)載相連接，所述第三耦合器分別與第一功率傳感器、第二負(fù)載相連接，所述第四耦合器分別與第二功率傳感器、第三負(fù)載相連接，所述USB集線器分別與第一功率傳感器、第二功率傳感器相連接，USB集線器用于將收集到的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到外部數(shù)據(jù)分析端進(jìn)行處理與分析；

所述溫度計(jì)設(shè)置在待測(cè)試器件上，用于檢測(cè)待測(cè)試器件的溫度。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，還包括殼體，所述放大器功率測(cè)量電路、溫度測(cè)量電路設(shè)置在殼體內(nèi)。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，所述第一耦合器與第二耦合器分別通過功率計(jì)與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選結(jié)構(gòu)，所述溫度測(cè)量電路還包括放大器、濾波器，所述第二信號(hào)發(fā)生器與放大器相連接，所述放大器與濾波器相連接，所述濾波器與第三耦合器相連接。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案通過放大器功率測(cè)量電路，信號(hào)發(fā)生器對(duì)待測(cè)放大器發(fā)送信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將待測(cè)放大器的數(shù)據(jù)輸送到微控制單元中，根據(jù)S參數(shù)的原理，可以測(cè)量出在大功率狀態(tài)下S參數(shù)的四個(gè)要素a₁、 b₁、a₂、b₂，從而計(jì)算出DUT(或AUT)的插入損耗(增益)、輸入駐波、輸出駐波、反向隔離等指標(biāo)。通過溫度測(cè)量電路，信號(hào)發(fā)生器將信號(hào)發(fā)送給待測(cè)試器件，功率傳感器對(duì)待測(cè)器件的輸入輸出功率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，溫度計(jì)檢測(cè)待測(cè)器件的溫度。測(cè)試者可以根據(jù)器件的測(cè)試要求及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用要求來(lái)進(jìn)行各種性能分析，如溫度隨功率的變化、S₂₁隨時(shí)間的變化等。為器件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供實(shí)用的設(shè)計(jì)依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)施例放大器功率測(cè)量電路的電路圖；

圖2為另一種實(shí)施例的放大器功率測(cè)量電路的電路圖；

圖3為本實(shí)施例溫度測(cè)量電路的電路圖；

圖4為本實(shí)施例大功率參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的殼體的正視圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

10、第一信號(hào)發(fā)生器；

20、待測(cè)放大器放置端口；

30、第一負(fù)載；

40、第一耦合器；

50、第二耦合器；

60、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器；

70、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器；

80、微控制單元；

90、功率計(jì)；

100、第二信號(hào)發(fā)生器；

110、待測(cè)試器件放置端口；

120、第三耦合器；

130、第四耦合器；

140、第一功率傳感器；

150、第二功率傳感器；

160、USB集線器；

170、溫度計(jì)；

180、第二負(fù)載；

190、第三負(fù)載；

200、第四負(fù)載；

210、放大器；

220、濾波器。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說(shuō)明。

本實(shí)用新型S參數(shù)的測(cè)量原理為：

S參數(shù)即散射(Scattering)參數(shù)，被定義為在給定頻率和系統(tǒng)阻抗的條件下，任何非理想多端口網(wǎng)絡(luò)的傳輸和反射特性。

S參數(shù)描述了輸入到一個(gè)N端口的信號(hào)到其中每個(gè)端口的響應(yīng)。S參數(shù)下標(biāo)中的第一位數(shù)字代表響應(yīng)端，第二位數(shù)字代表激勵(lì)端。如S₂₁表示端口2相對(duì)于端口1輸入信號(hào)的響應(yīng)；S₁₁代表端口1相對(duì)于端口1的輸入信號(hào)的響應(yīng)。如圖1所示的通用二端口網(wǎng)絡(luò)中，輸入到網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)標(biāo)注為a，離開網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)標(biāo)注為b。

如果信號(hào)發(fā)生器接到端口1，端口2接匹配負(fù)載，則二端口網(wǎng)絡(luò)的入射波為a1，從網(wǎng)絡(luò)返回端口1的反射波為b₁；通過網(wǎng)絡(luò)到端口2的信號(hào)為b₂，從負(fù)載返回網(wǎng)絡(luò)的反射波為a₂(對(duì)于匹配負(fù)載，這個(gè)反射波數(shù)值為零)。用這些電壓波定義的端口1的S參數(shù)為：

其中S₁₁表示當(dāng)端口2接匹配負(fù)載時(shí)，端口1的電壓反射系數(shù)；S₂₁表示當(dāng)端口2接匹配負(fù)載時(shí)，從端口1到端口2的傳輸系數(shù)，即增益或損耗。

把信號(hào)發(fā)生器移到端口2，而端口1接匹配負(fù)載，則二端口網(wǎng)絡(luò)的入射波為a₂，從網(wǎng)絡(luò)返回端口2的反射波為b₂；通過網(wǎng)絡(luò)到端口1的信號(hào)為b₁，從負(fù)載返回網(wǎng)絡(luò)的反射波為b₂。用這些電壓波定義的端口2的S參數(shù)為：

其中S₂₂表示當(dāng)端口1接匹配負(fù)載時(shí)，端口2的電壓反射系數(shù)；S₁₂表示當(dāng)端口1接匹配負(fù)載時(shí)，從端口2到端口1的傳輸系數(shù)，即反向隔離或損耗。

如果要測(cè)量S₁₁，我們會(huì)向端口1注入信號(hào)并測(cè)量端口1反射信號(hào)，在這種情況下，端口2是沒有信號(hào)輸入的，所以在式1.1中，a₂＝0。如果要測(cè)量S₂₁，則向端口1注入信號(hào)，并測(cè)量出現(xiàn)在端口2的信號(hào)。同樣，測(cè)量S₂₂時(shí)，會(huì)向端口2注入信號(hào)并測(cè)量端口2的反射信號(hào)，此時(shí)端口1沒有信號(hào)輸入，所以在式1.3中，a₁＝0。如果要測(cè)量S₁₂，則向端口2注入信號(hào)，并測(cè)量出現(xiàn)在端口1的信號(hào)。

請(qǐng)參閱圖1以及圖2，本實(shí)用新型一種大功率參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，包括放大器功率測(cè)量電路、溫度測(cè)量電路；所述放大器功率測(cè)量電路包括第一信號(hào)發(fā)生器10、待測(cè)放大器放置端口20、第一負(fù)載30、第一耦合器40、第二耦合器 50、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器60、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器70以及微控制單元80，所述第一信號(hào)發(fā)生器通過第一耦合器與待測(cè)放大器放置端口的一端相連接，所述待測(cè)放大器放置端口的另一端通過第二耦合器與第一負(fù)載相連接，所述第一耦合器與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接，所述第二耦合器與第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接，所述微控制單元分別與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接，微控制單元用于將收集到的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到外部數(shù)據(jù)分析端進(jìn)行處理與分析；

如圖1、圖2所示，本實(shí)施例中，所述第一耦合器與第二耦合器分別通過功率計(jì)與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器相連接。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)量為四個(gè)，功率計(jì)90的數(shù)量也為四個(gè)，第一耦合器分別通過兩個(gè)功率計(jì)與兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的配合與微控制單元相連接，第二耦合器也分別通過兩個(gè)功率計(jì)與兩個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的配合與微控制單元相連接。分別對(duì)應(yīng)量測(cè)S參數(shù)的a₁、b₁、a₂、 b₂等數(shù)據(jù)。

圖1中的電路即是用于檢測(cè)待測(cè)器件的S₁₁、S₂₁的電路，圖2中的電路是用于檢測(cè)待測(cè)器件的S₂₂、S₁₂的電路。同樣的，圖3中的電路，也可以將第二信號(hào)發(fā)生器與負(fù)載的位置進(jìn)行調(diào)換，檢測(cè)相關(guān)的S₂₂、S₁₂的參數(shù)。本實(shí)施例可以根據(jù)實(shí)際的需求檢測(cè)S參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，滿足電路設(shè)計(jì)的各種需求。

如圖3所示，本實(shí)施例中，所述溫度測(cè)量電路包括第二信號(hào)發(fā)生器100、待測(cè)試器件放置端口110、第三耦合器120、第四耦合器130、第一功率傳感器140、第二功率傳感器150、USB集線器160、溫度計(jì)170、第二負(fù)載180、第三負(fù)載190以及第四負(fù)載200，所述第二信號(hào)發(fā)生器通過第三耦合器與待測(cè)試器件放置端口的一端相連接，所述待測(cè)試器件放置端口的另一端通過第四耦合器與第四負(fù)載相連接，所述第三耦合器分別與第一功率傳感器、第二負(fù)載相連接，所述第四耦合器分別與第二功率傳感器、第三負(fù)載相連接，所述 USB集線器分別與第一功率傳感器、第二功率傳感器相連接，USB集線器用于將收集到的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到外部數(shù)據(jù)分析端進(jìn)行處理與分析；

所述溫度計(jì)設(shè)置在待測(cè)試器件上，用于檢測(cè)待測(cè)試器件的溫度。

如圖3所示，所述溫度測(cè)量電路還包括放大器210、濾波器220，所述第二信號(hào)發(fā)生器與放大器相連接，所述放大器與濾波器相連接，所述濾波器與第三耦合器相連接。

如圖4所示，本實(shí)施例中，還包括殼體，所述放大器功率測(cè)量電路、溫度測(cè)量電路設(shè)置在殼體內(nèi)。

本實(shí)施例的相關(guān)指標(biāo)及其附件具體描述，射頻接口為DIN716(f)，控制接口為USB2.0，電源為USB供電,80mA/5V，工作溫度范圍為0～+50℃，殼體尺寸(W×H×D)為483mm(W)×89mm(H)×360mm(D)；包括大功率測(cè)試電纜,Nm-DIN716m,1米、測(cè)試電纜,3GHz,Nm-Nm,1米、射頻轉(zhuǎn)接器,DIN716(m)-N(f)、溫度計(jì)、USB信號(hào)源,0.5-2.2GHz,N、USB信號(hào)源,1-4GHz,N、射頻功率放大器,0.82-0.96GHz,49dBm、射頻功率放大器,1.8-2.2GHz,49dBm以及負(fù)載,150W,4GHz,N(f)。

本實(shí)施例具有以下功能：

1、測(cè)量功率放大器在不同功率等級(jí)下的S₁₁

當(dāng)放大器的輸入功率變化時(shí)，其輸入VSWR也會(huì)隨之變化，這種變化將會(huì)影響放大器與前一級(jí)電路的匹配。

本實(shí)施例可以測(cè)量放大器在不同功率等級(jí)下S₁₁，最終測(cè)試結(jié)果可幫助設(shè)計(jì)者了解放大器的輸入特性，正確設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)。

2、測(cè)量功率放大器在不同輸出功率時(shí)增益及其變化量

用本實(shí)施例可以方便直觀地測(cè)量功率放大器在不同輸出功率時(shí)的增益，從而確定放大器的P1dB輸出功率，還可以為系統(tǒng)的自動(dòng)增益控制提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

3、測(cè)量無(wú)源器件在不同功率等級(jí)下的S₂₁參數(shù)及其變化量

當(dāng)無(wú)源器件工作在大功率狀態(tài)下時(shí)，其插入損耗(S₂₁)會(huì)發(fā)生變化。如一個(gè)50W/30dB的固定衰減器，當(dāng)輸入功率從零增加到50W時(shí)，其衰減量可能會(huì)變化1.1dB，在測(cè)試和測(cè)量場(chǎng)合，這種誤差不可忽視；其它的例子有用于功率放大器的微帶電路板、鐵氧體隔離器等。

4、評(píng)估無(wú)源器件在大功率的持續(xù)作用下溫度的變化以及燒穿分析

當(dāng)無(wú)源器件工作在額定功率的臨界狀態(tài)下時(shí)，其溫度會(huì)逐漸升高，設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)脑?，無(wú)源器件可能產(chǎn)生燒毀現(xiàn)象。

本實(shí)施例可以根據(jù)不同的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)(如S₂₁的變化量)來(lái)測(cè)量并記錄DUT 的溫度隨功率和時(shí)間的變化，及最終的燒穿分析。本實(shí)施例的這項(xiàng)功能有助于無(wú)源大功率組件設(shè)計(jì)中材料的正確選擇和評(píng)估。

5、測(cè)量并分析功率放大器的溫度及其變化量

本實(shí)施例可提供多個(gè)溫度傳感器來(lái)同時(shí)檢測(cè)功率放大器各個(gè)部位的溫度，為放大器的散熱設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

6、測(cè)量功率放大器在不同輸出功率等級(jí)下的S₂₂(Hot S₂₂)

這項(xiàng)功能對(duì)于射頻功率放大器的設(shè)計(jì)和調(diào)試有著重要的意義。功率放大器在不同的輸出功率等級(jí)下，其輸出S₂₂是不同的，正確測(cè)量其變化量，有助于放大器輸出匹配電路的正確設(shè)計(jì)，以提高放大器的工作穩(wěn)定性和效率。

使用過程中，本實(shí)施例依據(jù)S參數(shù)的原理，可以測(cè)量出在大功率狀態(tài)下S 參數(shù)的四個(gè)要素a₁、b₁、a₂、b₂，從而計(jì)算出DUT(或AUT)的插入損耗(增益)、輸入駐波、輸出駐波、反向隔離等指標(biāo)。此外，本實(shí)施例還具備溫度測(cè)量和效率測(cè)量功能，可為器件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供實(shí)用的設(shè)計(jì)依據(jù)。測(cè)試者可以根據(jù)器件的測(cè)試要求及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用要求來(lái)進(jìn)行各種性能分析，如溫度隨功率的變化、S₂₁隨時(shí)間的變化等。

以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。