射頻功率自檢測試裝置的製作方法

2023-06-10 08:22:36

專利名稱：射頻功率自檢測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及應用於射頻通訊系統或不同射頻儀器的射頻功率監測和檢測的領域，尤其是指一種射頻功率自檢測試裝置。
背景技術：
通常我們並不精確知道系統中的RF功率能級，只知道大概範圍。為了正常工作和安全起見，對射頻通訊系統或射頻測試系統的功率監測是必要的。如BTS發射機，現有的對射頻通訊系統或射頻測試系統的功率監測一般是僅取出極其弱的信號直接進行小信號檢波，然後用放大器將直流信號放大，再作信號處理，以驅動信號指示單元。這樣肯定要引入外加直流電源。不僅複雜，而且不方便。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種射頻功率自檢測試裝置，用於判斷系統是否工作正常，適用於不方便外部饋電或更換電池的場合。為了達到上述目的，本實用新型採用如下技術方案射頻功率自檢測試裝置，該裝置(1)包括裝設傳輸線的主腔體(20)、與所述主腔體00)連接，用於耦合傳輸線上信號的可調耦合探針(10)以及與可調耦合探針(10)另一端連接的自檢測信號處理單元(50)；所述可調耦合探針(10)包括中心針(1 、包裹所述中心針(1 的絕緣層(12)以及包裹絕緣層(1 的殼體(11)；所述自檢測信號處理單元(50)包括PCB板(53)、安裝PCB 板(53)的電路盒(52)以及接收射頻信號的連接器(51)；所述電路盒(52)與主腔體Q0) 固定在一起；所述PCB板(5 上設有依次連接的RF前級模塊(531)、RF檢測驅動級模塊 (532)以及LED指示級模塊(533)。作為本實用新型的優選方案之一，所述可調耦合探針(10)與自檢測信號處理單元(50)採用半剛性射頻電纜(30)連接。作為本實用新型的優選方案之一，所述主腔體00)上設有收容可調耦合探針 (10)的空腔，該空腔內壁設有內螺紋，所述殼體(11)上設有與該內螺紋配合的外螺紋，用於調節耦合探針(10)的深度。作為本實用新型的優選方案之一，所述空腔的橫截面為階梯形，所述殼體(11)上套設有墊圈(1 以及位於墊圈上的螺母(14)，該墊圈位於階梯形面上，和螺母(14) 一起鎖緊可調耦合探針(10)。作為本實用新型的優選方案之一，所述RF前級模塊(531)包括輸入隔直級電容 (5315)，RF功分器(5312)、與RF功分器(5312)輸出端連接的由限幅二極體迴路構成的RF 動態自動保護級模塊(5313)以及與RF動態自動保護級模塊(5313)輸出端連接的、由電容構成的隔直級模塊(5314)。作為本實用新型的優選方案之一，所述RF功分器(5312)輸入端連接有第二級衰減器(5311)。[0011]作為本實用新型的優選方案之一，所述RF功分器(5312)為微帶功分器或小型化 表面貼裝模塊。作為本實用新型的優選方案之一，RF檢測驅動級模塊(532)由檢波二極體網絡 (5321)和並聯電容組成的DC信號疊加級(532 連接構成；所述檢波二極體網絡包括分別 檢測等分後的RF功率的檢波二極體或檢波集成電路塊和電阻，用於將由RF功分器(5312) 等分後的每一路RF信號轉變為DC電壓。各路的DC電壓在與檢波二極體網絡特定方式級 聯的並聯電容上進行疊加後輸出來驅動LED指示級模塊。本實用新型採用如上技術方案在預先設置功率檢測範圍的情況下，監測相應的射 頻功率是否存在，以此判斷系統是否工作正常，從而進行檢修。本裝置輸入輸出兩端可直接 連接到系統中，或輸入端接入系統輸出端接外部衰減器和負載，由發光管LED實時指示一 定動態範圍變化的特定功率信號的存在。由於它不需要外界直流饋電，用於不方便外部饋 電或更換電池的場合，更為適用。

圖1是本實用新型射頻功率自檢測試裝置第一實施例的結構示意圖。圖2是本實用新型射頻功率自檢測試裝置第一實施例的剖面圖。圖3是本實用新型射頻功率自檢測試裝置第二實施例的結構示意圖。圖4是本實用新型射頻功率自檢測試裝置第二實施例的剖面圖。圖5是本實用新型射頻功率自檢測試裝置第三實施例的結構示意圖。圖6是本實用新型射頻功率自檢測試裝置第三實施例的剖面圖。圖7a_b是本實用新型射頻功率自檢測試裝置中可調耦合探針的結構示意圖和剖 面圖。圖是本實用新型中自檢測信號處理單元的結構示意圖。圖9是本實用新型射頻功率自檢測試裝置中PCB結構框圖。圖10是本實用新型射頻功率自檢測試裝置中RF前級模塊的結構框圖。圖11是本實用新型射頻功率自檢測試裝置中PCB電路原理圖。圖12是本實用新型射頻功率自檢測試裝置中PCB電路板圖。圖13是本實用新型射頻功率自檢測試裝置框圖。元件符號說明主腔體20可調耦合探針10自檢測信號處理單元 50中心針13絕緣層12殼體11PCB 板53電路盒52連接器51RF前級模塊531RF檢測驅動級模塊 532輸入隔直級5315LED指示級模塊533半剛性射頻電纜30墊圈15螺母14RF功分器5312RF動態自動保護級模塊5313隔直級5314第二級衰減器5311[0038]RF信號源RF檢測級模塊電阻電阻 j :a_b電容電感
具體實施方式
本實用新型提供了一種用於監測傳輸系統或相關信號源的射頻功率自檢測試裝置。本裝置在800MHz至2. 2GHz頻率範圍內，能夠指出是否存在某一 IOW至500W(CW)中， 具有特定動態範圍的功率信號，比如IOdB左右。當系統在功率狀態下工作時，給予系統操作者警示。實施例一請參閱圖1至圖2所示，該射頻功率自檢測試裝置1包括裝設傳輸線的主腔體20、 與所述主腔體20連接，用於耦合傳輸線上信號的可調耦合探針10以及與可調耦合探針10 另一端連接的自檢測信號處理單元50。如圖7a_7b所示，所述可調耦合探針10包括中心針13、包裹所述中心針13的絕緣層12以及包裹絕緣層12的殼體11。如圖8a_b所示，所述自檢測信號處理單元50包括PCB板53、安裝PCB板53的電路盒52以及接收射頻信號的連接器51。所述電路盒52與主腔體20固定在一起。所述可調耦合探針10與自檢測信號處理單元50採用半剛性射頻電纜30連接。所述主腔體20上設有收容可調耦合探針10的空腔，該空腔內壁設有內螺紋，所述殼體11上設有與該內螺紋配合的外螺紋，用於調節耦合探針10在空腔中的深度。所述空腔的橫截面為階梯形，所述殼體11上套設有墊圈15以及位於墊圈上的螺母14，該墊圈位於階梯形面上，和螺母14 一起鎖緊可調耦合探針10。請參閱圖9所示，所述PCB板53上設有依次連接的RF前級模塊531、RF檢測驅動級模塊532以及LED指示級模塊533。如圖10所示，所述RF前級模塊531包括輸入隔直級電容5315，RF功分器5312、 與RF功分器5312輸出端連接的由限幅二極體迴路構成的RF動態自動保護級模塊5313以及與RF動態自動保護級模塊5313輸出端連接的、由電容構成的隔直級模塊5314。如圖11、12所示所述RF檢測驅動級模塊532由檢波二極體網絡5321和並聯電容組成的DC信號疊加級5322按特定方式連接構成；所述檢波二極體網絡包括分別檢測等分後的RF功率的檢波二極體或檢波集成電路塊和電阻，用於將每一路RF信號轉變為DC電壓。各路的DC電壓在與檢波二極體網絡特定方式級聯的並聯電容上進行疊加後輸出來驅動LED指示級模塊533。本裝置包括一個同軸主傳輸線腔體，一個可調提取功率的耦合探針，根據不同的功率監測範圍要求事先調整好它需從主腔體中耦合的射頻功率能量，一個與主腔體固定為
60
5321
連接條
DC信號疊加級模塊
R1-R8限幅二極體
Rij i :4-6, j :a-b 檢波二極體
201 5322 D1-D4
DDij
i :1-4,
C0-C8 Ll
發光二極體
LED一體的自檢測信號處理單元盒，一個連接耦合探針和自檢測信號處理單元盒的適當長度的半剛性射頻電纜。PCB安裝在電路盒中，它包括了第二衰減級，電路RF動態自動保護級，RF 功分級，前後隔直級，RF檢測驅動級和指示級。本裝置無須外界提供直流饋電，也無須電池驅動。直接將射頻功率轉化為直流電壓驅動發光二極體發光。具體的，本實用新型射頻功率自檢測試裝置由收容傳輸線的主腔體20，可調耦合探針10，射頻半剛性電纜30，自檢測信號處理單元50組成。外部射頻信號源60的頻率範圍為0.8 2. 2GHz，連續波功率彡500W。射頻信號源可以來自傳輸線，也可以來自測試系統。主腔體20是具有標準7/16輸入、輸出連接器界面的同軸線。傳輸信號為0. 8 2.2GHz。至少能承受500W連續波。也可以設計成具有其他標準連接器輸入、輸出界面同軸線。可調耦合探針10由主腔體20中獲取部分RF功率。如圖7所示，可調耦合探針10 由一端為SMA連接器界面的殼體11，中心針13，絕緣材料12組成。針尖的一端為耦合信號端，SMA界面連接器一端為輸出端。在插入主腔體的耦合端，根據實際耦合要求，中心針可設計成平的或向殼體外突設有一凸臺(即Δ 1 = 0 2mm)。除此以外，探針可整體螺紋旋動，連續改變插入主腔體的深度，從而改變耦合度。然後相應高度的墊圈15固定、螺母14 鎖緊。本裝置設計為實時監測主腔體中通過在IOW 500W(CW)內的一定功率動態範圍的信號。通過調整探針深度耦合值設為在某一中心頻率< _30dB。將探針輸出設計為SMA 界面連接器，(或其它連接器界面)可直接連在網絡分析儀上，以準確調整需要的耦合度。 確保我們預置的功率檢測範圍，及確保後級的檢波二極體處在安全的工作範圍。探針不僅起耦合器的功能，也起衰減器的功能。這種弱耦合方式的另一優點是在主傳輸腔體中引起 RF信號小的擾動，對其中的駐波、插損和三階交調都有好處。如果需要監測更高的功率，除了調節減少耦合度，還需加上第二級衰減器5311。如果需要監測更大的功率動態範圍，可增加限幅二極體的級數，將具有不同限幅電平的二極體依次從高到低連接。由半剛性電纜30連接可調耦合探針10和自檢測信號處理單元50。其優點是對裝配的公差要求很低，更重要的是可以分別調試RF主腔體20、可調耦合探針10和自檢測信號處理單元50。自檢測信號處理單元50還可以單獨使用。請參照圖fe-b所示，自檢測信號處理單元50包括PCB 53、電路盒52和SMA同軸微帶連接器51。PCB安裝在電路盒內底部，通過連接器51接收射頻信號，將同軸線中傳輸的RF信號轉化到由PCB作為載體的微帶線上傳輸。電路盒52與主腔體通過連接條201緊
固在一起。圖9所示，所述PCB板53上設有依次連接的RF前級模塊531、RF檢測驅動級模塊 532以及LED指示級模塊533。檢波二極體的作用是將RF信號轉變為DC信號。一般情況下單個檢波二極體可接收的最大RF輸入功率為0 IOdBm max,決不會超過20daii。隨著輸入功率的增加，首先二極體會飽和，再增加輸入功率，檢波二極體將會被燒毀。所以必須首先降低直接加到檢波二極體上的RF信號，使檢波二極體工作在安全的功率範圍。[0067]本實用新型中限制過大的RF信號直接加到單個檢波二極體上的措施來自四個部分1.可調耦合探針10的低耦合；2.如果需要，由焊在PCB上的電阻構成的第二級衰減器 5311 ；3.焊在PCB上限幅二極體和接地電感迴路構成的動態自動保護級，在大信號下對檢波二極體進行保護。限幅二極體的工作原理是對RF小信號，幾乎無衰減通過，隨著輸入RF 信號功率增加，限幅二極體對其的衰減也隨之增加，當輸入RF信號功率達到一定門限時， 通過限幅二極體輸出的功率幾乎不再變化，被限制在某一功率之下。這樣就起到動態保護後級的作用。由此限幅二極體還有平坦頻帶內輸入功率的作用。4. RF功分器也起了信號分流的作用。請參閱圖10所示，RF前級531包括由電阻構成的第二級衰減器5311(如果需要)； RF功分器5312 可以是微帶功分器如圖12中所示，也可以是小型化表面貼裝模塊；限幅二極體迴路構成的RF動態自動保護級5313，以及由電容構成的隔直級5314、5315。在PCB上的所有元件，包括限幅二極體和檢波二極體都是無源器件。使用RF功分器的最主要目的是，首先將輸入RF信號分為幾個相等的部分，比如四等分，以便後級分別檢測RF功率，然後疊加，提高輸出DC電壓。這樣可以達到驅動LED發光的電壓。為了正確檢測，功率分配必須均勻。請參閱圖11所示，RF檢測驅動級532是非常重要的。它由檢波二極體網絡5321 和並聯電容組成的DC信號疊加級5322按特定方式連接構成。單個檢波二極體將RF信號轉變為DC電壓。但是單個檢波二極體或串並聯檢波二極體對的輸出電壓太低，都不足以驅動LED發光。於是我們構造二極體網絡以提高輸出電壓，將RF功分器輸出的每一路RF信號分別轉變為DC電壓，然後在與檢波二極體網絡特定方式級聯的並聯電容上進行疊加後輸出來驅動LED，檢波二極體網絡中的電阻R7起直流限流作用，以保護檢波二極體。該RF檢測驅動級的連接原理見圖11。每路串並聯檢波二極體對DDij首尾相接。 最下面的第一路二極體對中的並聯二極體DD4a—端與接地電阻R7相連，另一端與該路串聯二極體DD4b連接。第一路串聯二極體的另一端與接地電容C8相連，同時接第二路二極體對中的並聯二極體DDh的一端。第二路二極體對中的串聯二極體DDa3的另一端與接地電容 C7相連，同時接第三路二極體對中的並聯二極體DDh的一端，依次類推，直至最高一級的串聯二極體DDlb輸出端去驅動LED。該級既將RF轉為DC信號，又將各路的DC信號疊加增大到足以驅動LED發光，而且又起旁路濾波器作用以降低高頻紋波。於是採用這種方法，僅依靠射頻功率本身就可以驅動LED發光了。無須外接DC電源，無須有源放大器作為驅動。選用2V的LED作為指示器。LED焊在PCB上，發光部分穿過電路盒側壁，引腿由絕緣套管防止與地短路。LED閃爍表示通過主傳輸線的RF信號功率大於事先設置的閾值。綜上，本實用新型提供一種檢測具有一定動態範圍變化的RF大功率的裝置。RF 信號通過能承受足夠高功率的主傳輸線腔體。由一個可以調節的耦合探針從主腔體耦合檢測信號，然後連接到自檢測信號處理單元，即無須外界直流饋電或電池饋電。這個單元包括衰減器級，RF功分器級和射頻動態自動保護級，隔直級以及檢測驅動級網絡和LED指示級。 此裝置工作頻率範圍為800MHz 2. 2GHz。但該檢測方法適用於其它頻段。射頻主傳輸線的主腔體，可調耦合探針，具有自檢能力的自檢測信號處理單元(包括具有指示功能LED單元)。機械部分與電路部分通過半剛性射頻電纜連接。在本實用新型中，射頻主傳輸線的主腔體是一個同軸線腔體，兩端是7/16型連接器界面。它也可以是其它類型連接器界面，譬如N型，SMA等。可調耦合探針是一個同軸線，一端是中心針，另一端是標準SMA連接器界面輸出，也可以是其它標準連接器界面，如QMA，SMB等，它可以直接連接到自檢測信號處理單元或由電纜連接。耦合探針插入主傳輸線腔體，深度調節由旋動邊緣的螺紋完成，以準確達到所需的耦合值。旋進深度與信號耦合度相關。由墊圈固定、螺母鎖緊。在耦合探針一端中心針被做成超出殼體表面Δ 1 = 0 2mm。耦合探針另一端也可以直接做成標準SMA 連接器輸出的RF電纜組件。自檢測信號處理單元是一個模塊，有一個金屬殼體和標準連接器輸入。金屬殼體與主傳輸線腔體固定為一體。PCB安裝其內。PCB上電路包括RF前級， RF檢測驅動級，以及指示級。所有這些元件都焊接在PCB上。RF前級包括一個由電阻構成的衰減級，由RF功分器構成的功分級可以由微帶功分器或其它形式的小型化模塊完成， 由限幅二極體迴路構成的射頻動態自動保護級，電容構成的前後隔直級。RF檢測驅動級，該級由串並聯檢波二極體對或檢波集成電路塊，加上電阻、並聯電容特定疊加級聯而成。指示級包括發光LED和限流電阻R8。LED焊在PCB上，發光部分穿過電路盒側壁， 引腿由絕緣套管防止與地短路。LED閃爍表示通過主傳輸線的RF功率存在且大於我們事先設定的閾值。本實用新型還包括一種射頻功率自檢測試方法，該方法包括以下步驟1)、提取適當的RF信號；2)、在檢波管之前，先衰減和動態限制變化的射頻功率信號大小在一定範圍內以保護後級檢波管；幻、將提取的RF信號等分為多路，使單路能夠檢波，同時用於後面的 DC信號疊加；4)、分別檢測每一路RF信號，將其轉化為DC信號；5)、採用無源電路連接方式將每一路的DC電壓疊加，提升到足以能夠驅動LED。本實用新型採用如上技術方案在預先設置功率檢測範圍的情況下，監測相應的射頻功率是否存在，以此判斷系統是否工作正常，從而進行檢修。同時，本裝置RF輸入輸出兩端可直接連接到系統中，或RF輸入端接入系統，RF輸出端接外部衰減器和負載，由發光管 LED指示特定能量範圍信號的存在。由於它不需要外界直流饋電，用於不方便外部饋電或更換電池的場合，更為適用。實施例二請參閱圖3和圖4所示，其與實施例一的區別在於主腔體與自檢測信號處理單元 (亦即電路盒)的連接方式不同，實施例二是電路盒較大，主腔體放置在電路盒上，採用卡子卡在主腔體上，兩端用螺釘或螺栓固定即可。其餘特徵與實施例一相同或類似。實施例三請參閱圖5和圖6所示，其與實施例一、二的區別在於主腔體與自檢測信號處理單元未採用半剛性射頻電纜3進行信號傳輸，而是在自檢測信號處理單元(亦即電路盒)上直接設置連接器，用於和主腔體上的可調耦合探針連接。其餘特徵與實施例一、二相同或類似。上述對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本實用新型。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本實用新型不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本實用新型的揭示，對於本實用新型做出的改進和修改都應該在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.射頻功率自檢測試裝置，其特徵在於該裝置(1)包括裝設傳輸線的主腔體(20)、與所述主腔體00)連接，用於耦合傳輸線上信號的可調耦合探針(10)以及與可調耦合探針 (10)另一端連接的自檢測信號處理單元(50)；所述可調耦合探針(10)包括中心針(13)、包裹所述中心針(1 的絕緣層(1 以及包裹絕緣層(12)的殼體(11)；所述自檢測信號處理單元(50)包括PCB板(53)、安裝PCB板(5 的電路盒(5 以及接收射頻信號的連接器(51)；所述電路盒(5 與主腔體00)固定在一起；所述PCB板(5 上設有依次連接的RF前級模塊(531)、RF檢測驅動級模塊(532)、以及LED指示級模塊(533)。
2.如權利要求1所述的射頻功率自檢測試裝置，其特徵在於所述可調耦合探針(10) 與自檢測信號處理單元(50)採用半剛性射頻電纜(30)連接。
3.如權利要求1或2所述的射頻功率自檢測試裝置，其特徵在於所述主腔體00)上設有收容可調耦合探針(10)的空腔，該空腔內壁設有內螺紋，所述殼體(11)上設有與該內螺紋配合的外螺紋，用於調節耦合探針(10)的深度。
4.如權利要求3所述的射頻功率自檢測試裝置，其特徵在於所述空腔的橫截面為階梯形，所述殼體(11)上套設有墊圈(1 以及位於墊圈上的螺母(14)，該墊圈位於階梯形面上，和螺母(14) 一起鎖緊可調耦合探針(10)。
5.如權利要求1所述的射頻功率自檢測試裝置，其特徵在於所述RF前級模塊(531) 包括輸入隔直級電容(5315)，RF功分器(5312)、與RF功分器(5312)輸出端連接的由限幅二極體迴路構成的RF動態自動保護級模塊(5313)以及與RF動態自動保護級模塊(5313) 輸出端連接的、由電容構成的隔直級模塊(5314)。
6.如權利要求5所述的射頻功率自檢測試裝置，其特徵在於所述RF功分器(5312)輸入端連接有第二級衰減器(5311)。
7.如權利要求5所述的射頻功率自檢測試裝置，其特徵在於所述RF功分器(5312)為微帶功分器或小型化表面貼裝模塊。
8.如權利要求1所述的射頻功率自檢測試裝置，其特徵在於RF檢測驅動級模塊 (532)由檢波二極體網絡(5321)和並聯電容組成的DC信號疊加級(5322)連接構成；所述檢波二極體網絡包括分別檢測等分後的RF功率的檢波二極體或檢波集成電路塊和電阻， 用於將由RF功分器(5312)等分後的每一路RF信號分別轉變為DC電壓；各路的DC電壓在與檢波二極體網絡級聯的並聯電容上進行疊加後輸出來驅動LED指示級模塊。
專利摘要本實用新型提供一種射頻功率自檢測試裝置，該裝置(1)包括裝設傳輸線的主腔體(20)、與所述主腔體(20)連接，用於耦合傳輸線上信號的可調耦合探針(10)以及與可調耦合探針(10)另一端連接的自檢測信號處理單元(50)；所述自檢測信號處理單元(50)包括PCB板(53)、安裝PCB板(53)的電路盒(52)以及接收射頻信號的連接器(51)；所述電路盒(52)與主腔體(20)固定在一起；所述PCB板(53)上設有依次連接的RF前級模塊(531)、RF檢測驅動級模塊(532)以及LED指示級模塊(533)。本裝置可直接連接到系統中，由發光管LED實時指示特定功率動態範圍射頻信號的存在。由於不需要外界直流饋電，用於不方便外部饋電或更換電池的場合更為適用。
文檔編號H04B17/00GK202135133SQ20112022930
公開日2012年2月1日 申請日期2011年6月30日 優先權日2011年6月30日
發明者夏爾·鮑伯來, 真瑩 申請人:上海雷迪埃電子有限公司