一種功率檢測模塊的製作方法

2023-09-19 19:52:05 1

本實用新型涉及一種功率檢測技術，特別是一種功率檢測模塊。
背景技術：
：射頻表示可以輻射到空間的電磁頻率，中頻至甚高頻所涵蓋的頻率範圍是300kHz～300MHz，目前該頻段內低射頻功率檢測採用的主要技術如下：1、採用高速二極體作為檢波器對射頻信號功率進行檢測，輸入信號在經過二極體檢波之後，輸出射頻信號的包絡。由於實際中二極體並不能工作在理想狀態，也就是當輸入波形在負半周時，二極體並不能完全關斷；以及在正半周期間，輸入波形的瞬時值小於二極體的完全導通電壓的情形下，二極體工作狀態具有不確定性，導致該種檢測方法的檢測精度和準確度十分有限。利用MOS管，或者雙結型電晶體(BJT)的非線性工作特性，完成功率檢測。電晶體對輸入信號進行一個半波整流的處理，再將處理之後的信號經過濾波，得到最終的檢測電平信號，以此判斷最初輸入信號的功率大小情況。這種方法的缺陷在於，單純的電晶體整流結構在輸入信號為零的時候，輸出端電平並不為零。並且，由於電晶體本身的溫度特性所引入的影響，最終得到的功率檢測的測量曲線的線性性質往往不能讓人滿意。3、採用高度集成的對數放大器或者均方根檢波器晶片，例如AD8318/AD8307/ADL5501等，來檢測射頻信號的幅度或者功率。這類檢測方法由於採用了以現有的、集成度較高的檢波晶片為主體的檢測結構，檢測的信號功率的動態範圍十分有限，檢測的特性曲線的斜率也比較固定，當待測信號的功率超出了一個很小的範圍之後，檢測結果就會達到飽和，從而失去可信度。4、採用引入額外的硬體設備進行功率檢測的方法，比如採用均勻排列的電壓探頭結合電流探頭的方法，對傳輸線上兩個方向的射頻功率分別進行採樣和計算、檢測的方法；以及，採用特定工藝條件下熱氧化物的厚度與射頻功率大小的關係，通過獲得前者的值推斷出射頻功率的方法等。這些方法大都結構複雜，造價成本比較高，維護也比較困難。技術實現要素：本實用新型的目的在於提供一種功率檢測模塊，包括檢波器單元、功分器單元和模數轉換單元。檢波器單元由功分器和檢波器組成，對輸入信號進行功率分配，一路信號用於檢波輸出至模數轉換單元，另一路信號輸出至功分器單元；功分器單元為一個一分四的功分器，將四路輸入信號合成一路輸出或將一路輸入信號轉為四路輸出，實現信號的雙向傳輸；模數轉換單元通過CPLD判別出四路輸入信號中功率最大的一路，並輸出相對應的兩位二進位編碼。採用上述功率檢測模塊，檢波器單元包括4個功分檢波器，其中每一檢波器產生的電壓信號輸出至模數轉換單元，功分後信號輸出至功分器單元。所述模數轉換模塊在CPLD前設置4路運算放大及AD採樣電路。模數轉換單元中設置穩壓電路，將外部輸入電壓穩定在該單元內部需要的電壓上。CPLD輸出信號經一電平轉換模塊，從一低電壓值轉換為高電壓值。CPLD採用EPM570T100I5N晶片。本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：四路射頻信號分別通過功分器功分一路信號進行檢波，並對檢波信號進行AD模數轉換，通過CPLD對四路信號中功率較大的一路進行判別，輸出編碼；同時實現射頻信號四路對一路的雙向傳輸。下面結合說明書附圖對本實用新型做進一步描述。附圖說明圖1是本實用新型系統組成框圖。圖2是運算放大及AD採樣電路原理圖。圖3是穩壓電路電路原理圖。圖4是CPLD電路原理圖。圖5是輸出驅動電路原理圖。具體實施方式功率檢測模塊的功能是對4路輸入信號進行編碼，並輸出編碼信號，同時對信號進行功率分配。具體系統組成如圖1所示。四路射頻信號分別通過功分器功分一路信號進行檢波，並對檢波信號進行AD模數轉換，通過CPLD對四路信號中功率較大的一路進行判別，輸出編碼；同時實現射頻信號四路對一路的雙向傳輸。功率檢測模塊主要由三個部分組成，分別為檢波器單元、功分器單元和模數轉換單元。其中檢波器單元由功分器和檢波器組成，對輸入信號進行功率分配，一路信號用於檢波輸出至模數轉換單元，另一路信號輸出至功分器單元；功分器單元為一個一分四的功分器，將四路輸入信號合成一路輸出或將一路輸入信號轉為四路輸出，實現信號的雙向傳輸；模數轉換單元主要實現對檢波器單元的輸出信號進行放大並進行模數轉換，同時通過CPLD判別出四路輸入信號中功率最大的一路，並輸出相對應的兩位二進位編碼。整個項目由4個功分檢波模塊、一塊模數轉換板、一隻一分四功分器共三個單元組成，經過電纜實現各模塊之間互聯，最終總裝在一個盒體內，功率檢測模塊屏蔽盒與測試天線工裝進行結構裝配，需預留裝配孔，可靠裝配。功率檢測模塊對外接口定義如表1所示：表1功率檢測模塊對外接口定義表序號信號標識名稱信號描述連接器方向1CS1A波束射頻信號射頻輸入SMA輸入2CS2B波束射頻信號射頻輸入SMA輸入3CS3C波束射頻信號射頻輸入SMA輸入4CS4D波束射頻信號射頻輸入SMA輸入5CS5射頻輸入、輸出信號波束選擇的射頻信號SMA雙向1、射頻部分功率檢測模塊射頻部分包快功分檢波單元和一分四功分器。(1)功分檢波單元功分檢波單元通過功分器產生兩路信號，其中一路送給檢波器產生電壓信號用來AD採樣，另一路用來連接一分四功分器。方案中選用維爾金森功分器，在所需頻點上插損3.08dB，隔離度39dB，但是考慮到加工誤差、仿真誤差以及同軸轉換損耗，預計功分器插損在3.8dB左右，隔離度不低於20dB。由於脈衝速度較快，為滿足脈衝的速度要求，檢波二極體選用M-Pulse公司生產的隧道二極體，照主輸入功率最小0dBm、副輸入功率最大-3dBm計算，經功分共檢波器輸入最小功率為-3.8dBm，最小檢波幅度差異為20mV。(2)一分四功分器單元採用維爾金森功分器經過兩級功分生成一分四功分器。2、模數轉換板模數轉換板首先要對檢波電壓進行運算放大，然後AD採樣轉換為數位訊號，通過CPLD同時比較四個通道的數位訊號，判斷出最大的一路，然後對比較結果進行編碼，最後通過電平轉換器輸出TTL電平。(1)運算放大及AD採樣電路通道1的運算放大及AD採樣電路原理圖如2，其他3個通道的電路與通道1完全一致，以保證四個通道的採樣數據一致性和可比性。(2)電源穩壓電路由於模數轉換板內部需要的電壓是3.3V、5V和-5V等，所以需要把外部出入的+9V和-12V進行穩壓，具體實現電路如圖3：(3)運算放大及AD採樣電路CPLD採用EPM570T100I5N，通過仿真計算，其內部邏輯資源只使用了26％，滿足使用要求。CPLD應用電路如圖4所示。(5)輸出驅動電路CPLD輸出編碼信號需要經過電平轉換，從3.3V轉換到5V，其電路原理圖如圖5：4、結構設計方案結構設計採用上下兩層設計，上層為射頻部分，下層為數字部分，上下層通過屏蔽電纜連接。5、軟體設計方案模數轉換板採用CPLD對AD轉換後的功率數據進行實時比較，判斷出四路功率的最大值，並輸出相應編碼。四路AD轉換後的數位訊號首先經過鎖存器，然後傳遞給比較器，經過邏輯運算判斷出當前功率最大的通道，最後經過解碼模塊生成兩位二進位編碼。6、安全性設計措施本產品使用+10V以下安全電源，電流不超過400mA，產品內部不會產生更高電壓，且產品體積較小、重量較輕，對人身無任何危害，具有較高的安全性。6、電磁兼容性設計措施(1)設計原則做好射頻信號的屏蔽，對於不同功能電路分腔處理，特別是電磁輻射強的電路和模塊要做好屏蔽和接地。(2)互聯綜合設計遵循阻抗匹配，就近接地。通過採用互聯綜合設計技術解決混合信號設計中的分布效應和相互串擾難題。(3)電源隔離加強電源電路的去耦，對各模塊和電路的電源接口採用π型隔離濾波,防止幹擾信號通過共用的電源電路傳播。(4)空間隔離結構上採用雙層設計，並按功能分成模塊設計，模塊內部結構上採用腔體隔離，形成電磁屏蔽的金屬牆，同時射頻部分和模數轉換板分布在盒體兩側，以減少空間串擾與輻射，提高系統隔離和抗幹擾能力。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp