一种射频功率检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及加速器和射频离子源领域中的中频至甚高频频段的低射频功率检测，更具体地，涉及一种基于检波二极管的低射频功率检测电路。
【背景技术】
[0002]射频表示可以辐射到空间的电磁频率，中频至甚高频所涵盖的频率范围是300kHz?300MHz，目前该频段内低射频功率检测采用的主要技术如下:
[0003]1、采用高速二极管作为检波器对射频信号功率进行检测，如图1所示，输入信号在经过二极管检波之后，输出射频信号的包络。由于实际中二极管并不能工作在理想状态，也就是当输入波形在负半周时，二极管并不能完全关断；以及在正半周期间，输入波形的瞬时值小于二极管的完全导通电压的情形下，二极管工作状态具有不确定性，导致该种检测方法的检测精度和准确度十分有限。
[0004]2、利用MOS管，或者双结型晶体管(BJT)的非线性工作特性，完成功率检测，如图2所示。晶体管对输入信号进行一个半波整流的处理，再将处理之后的信号经过滤波，得到最终的检测电平信号，以此判断最初输入信号的功率大小情况。这种方法的缺陷在于，单纯的晶体管整流结构在输入信号为零的时候，输出端电平并不为零。并且，由于晶体管本身的温度特性所引入的影响，最终得到的功率检测的测量曲线的线性性质往往不能让人满意。
[0005]3、采用高度集成的对数放大器或者均方根检波器芯片，例如AD8318/AD8307/ADL5501等，来检测射频信号的幅度或者功率，如图3所示。这类检测方法由于采用了以现有的、集成度较高的检波芯片为主体的检测结构，检测的信号功率的动态范围十分有限，检测的特性曲线的斜率也比较固定，当待测信号的功率超出了一个很小的范围之后，检测结果就会达到饱和，从而失去可信度。
[0006]4、采用引入额外的硬件设备进行功率检测的方法，比如采用均匀排列的电压探头结合电流探头的方法，对传输线上两个方向的射频功率分别进行采样和计算、检测的方法；以及，采用特定工艺条件下热氧化物的厚度与射频功率大小的关系，通过获得前者的值推断出射频功率的方法等。这些方法大都结构复杂，造价成本比较高，维护也比较困难。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是，一般的基于检波二极管的射频功率检测技术存在一定频率、功率范围内检测精度不够高的问题。为提高一定频率、功率范围内射频功率检测精度，本发明在基于检波二极管的峰值检测电路基础上，增设了峰值补偿和零位补偿电路，大大提高了功率检测精度。
[0008]本发明提出的一种射频功率检测电路，包括负载匹配单元、峰值检测单元、峰值补偿单元、乘法器单元、低通滤波单元、放大单元，其特征在于它们依序串联，信号从负载匹配单元输入，从放大单元输出，其中所述负载匹配单元用于和前级之间的阻抗匹配；峰值检测单元为二极管检波电路，用于信号包络检测；峰值补偿单元用于补偿峰值检测单元的非线性误差；低通滤波单元用于滤除信号中的高频成分；乘法器单元用于对检测信号作平方处理；放大单元用于将检测信号放大和输出。
[0009]本发明中，输入的待测射频功率信号首先经过负载匹配单元，再通过基于检波二极管和无源网络构成的峰值检测单元提取出信号峰值，然后送入峰值补偿单元，对峰值检测单元中检波二极管正向导通压降进行补偿；将峰值补偿单元的输出作为乘法器单元的两路输入。将乘法器单元的运算结果经过低通滤波单元处理，再通过放大单元进行放大，最后将经过上述处理之后的信号送入零位补偿单元对信号进行补偿，以抵消检测电路输出端的静态电压漂移，从而最终得到与待测射频信号的功率成正比的直流电平信号。
[0010]进一步的，所述的检测电路的峰值补偿单元对基于检波二极管的峰值检测单元输出信号进行补偿。该补偿单元以运放为主体结构，通过在运放输出端和反向输入端连接一个反向二极管和小电阻串联的结构，使得峰值补偿单元的输出信号，获得一个与峰值检测单元中二极管正向压降大小相等的电位提升，实现补偿的效果。值得注意的是，峰值补偿单元采用的反向二极管和峰值检测单元所采用的二极管型号和参数完全相同，这样能很好的克服二极管的温度特性和频率特性给检测精度带来的不利影响；同时还值得注意的是，因为流经前面的峰值检测单元的二极管和峰值补偿单元的二极管的电流不同，为了进一步补偿信号通过前面的峰值检测单元的二极管所带来的压降，本发明还提出了采用了在补偿回路上与二极管串联的电阻的方式，使得补偿之后的直流电平信号与待测射频信号的峰值相等，从而进一步提尚了本射频峰值功率检测电路的准确性。
[0011]进一步的，所述的检测电路的放大单元附加有零位补偿单元，该零位补偿单元包括正负补偿电源、可调电阻器Rzct。和固定电阻R 1；5、R14和R15，可调电阻器Rzct。的两端分别与正负补偿电源相接，其中心抽头通过R15与放大单元的反相输入端相连；同时，放大单元的反相输入端通过R13、R14与正负补偿电源相接；通过调节可调电阻中心抽头位置，零位补偿单元能提供一个正负可调的电平，抵消前级电路所引入的零漂电平，特别是乘法器输出的零漂电平，从而在一定程度上较好的克服了乘法器本身零点漂移缺陷。当没有待测射频信号输入时，实现检测电路输出端为零的效果，进一步提高功率检测精度。
[0012]进一步的，所述的检测电路的峰值检测单元包括检波二极管和RC无源网络单元，通过设定该RC无源网络中的器件参数，能调节射频功率检测电路的工作响应速度。
[0013]进一步的，所述的检测电路的放大单元的电压放大倍数能够调整和设定，使得功率输出保持适当范围，应用更加灵活、方便。
[0014]进一步的，所述的检测电路的峰值补偿单元的反向检波二极管支路上还串有一个电阻，能更精确地补偿峰值检测单元产生的电压误差，提高检测精度。
[0015]本发明中，输入检测电路的待测信号可来自定向耦合器的耦合输出、信号源或低功率放大器的输出。在正式使用之前，需采用高精度功率计标定可调功率信号发生器的输出，然后将标定好的信号发生器输出连接至该检测电路，从而对该检测电路输出电平进行标定，得到输入功率与直流输出电平的线性关系表达式。待标定完成之后，将实际待测射频信号作为本发明检测电路的输入，得到输出电平，带入上述表达式进行计算，即可得到实际待测射频信号的功率大小。
[0016]本发明将峰值补偿单元的输出信号作为乘法器的两路输入，而不是直接将射频信号自身相乘，或者是将射频信号与另一个已知频率的信号相乘，从而在一定程度上克服了干扰信号对检测精度的影响。
[0017]本发明引入了峰值补偿单元，对经过基于检波二极管的峰值检测单元处理之后的信号进行补偿；引入了零位补偿单元，对静态输出的零漂电平进行抵消。本发明所述的射频功率检测电路提尚了传统的基于检波一■极管的射频功率检测精度，能够满足尚达几百晕瓦的中频至甚高频频段的射频功率检测要求。
【附图说明】
[0018]图1是现有技术中采用二极管作为检波单元对射频信号功率进行检测的基本原理图；
[0019]图2是现有技术中采用N型双结型晶体管对射频信号进行功率检测的基本原理图；
[0020]图3是现有技术中基于Analog Devices公司生产的RMS功率检波芯片ADL5501对射频信号进行功率检测的基本原理图；图中，芯片ADL5501的各个引脚分别为:VP0S-芯片供电电压引脚、FLTR-滤波引脚、RFIN-射频信号输入引脚、COMM-公共接地引脚、ENBL-使能端引脚、VRMS-检测信号输出引脚；
[0021]图4是本发明所述的射频功率检测电路原理图；
[0022]图5是本发明中零位补偿单元的电路图；
[0023]图6是本发明的一个实施实例。
[0024]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:1-阻抗匹配单元，2-峰值检测单元，3-峰值补偿单元，4-乘法器单元，5-低通滤波单元，6-放大单元，7-零位补偿单元。
【具体实施方式】
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