基于對數檢測法的射頻功率測量電路設計

摘要：隨著(zhù)3G通信技術(shù)的發(fā)展，在進(jìn)行通信系統的設計過(guò)程中，射頻功率的測量具有重要意義。從動(dòng)態(tài)范圍、頻帶寬度和線(xiàn)性度三方面分析了對數放大器檢測法測量射頻功率原理，論述了對數放大器檢測法測量射頻的優(yōu)勢，在此基礎上，采用ADI公司的AD8318芯片和PIC16F874單片機設計了基于時(shí)數檢測法的射頻功率測量電路。電路測試結果表明：該方法具有寬頻帶、高精度、動(dòng)態(tài)范圍大和溫度穩定性好等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：對數放大器；AD8318；PIC16F874；射頻功率測量

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

1 測量原理
射頻功率測量方法有多種多樣，其中對數放大器檢測法是射頻測量的主要方向之一，下面從對數放大器內部結構進(jìn)行分析，研究對數放大檢測器如何檢測射頻信號。
射頻信號檢測的實(shí)質(zhì)是如何實(shí)現將功率信號無(wú)失真地轉換成電壓信號，而這個(gè)轉換工作則由對數放大檢測器來(lái)完成，因此，對數放大檢測器是射頻測量的關(guān)鍵。它的核心是對數放大器，對數放大器之間采用直接耦合方式，分成N級，每級由對數放大器和檢波器組成。每級的輸出送到求和器，由求和輸出經(jīng)低通濾波器后得到一個(gè)電壓信號。N一般取值為5～9級，級數越多，單級增益越小，則輸出特性曲線(xiàn)越趨向于線(xiàn)性，這里以5級為例進(jìn)行分析，具體電路如圖1所示。

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

從圖2可知，線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍約為-3～67 dBm，在此范圍內，輸出電壓與輸入功率之間呈線(xiàn)性關(guān)系。圖2的橫坐標是輸入信號的功率，縱坐標為輸出電壓和誤差值。在坐標系上作圖可知，該特性曲線(xiàn)的斜率約為18 mV／dB，截距約為93 dBm，已知輸入信號的情況下，可根據式(1)得到輸出電壓的大小。
若輸入信號為-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，而通信系統中，還有其他的波形，如果測量其他的波形的功率，則可根據不同波形的修正C值來(lái)進(jìn)行修正，因波形不同修正值也不相同，表1為不同的信號波形的修正值。

非正弦波形的輸出電壓計算公式：
U0=Ks(Pin-b)+C (3)