一种功率检测模块的制作方法

本实用新型涉及一种功率检测技术，特别是一种功率检测模块。
背景技术：
：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：1、采用高速二极管作为检波器对射频信号功率进行检测，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。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。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。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。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。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。技术实现要素：本实用新型的目的在于提供一种功率检测模块，包括检波器单元、功分器单元和模数转换单元。检波器单元由功分器和检波器组成，对输入信号进行功率分配，一路信号用于检波输出至模数转换单元，另一路信号输出至功分器单元；功分器单元为一个一分四的功分器，将四路输入信号合成一路输出或将一路输入信号转为四路输出，实现信号的双向传输；模数转换单元通过CPLD判别出四路输入信号中功率最大的一路，并输出相对应的两位二进制编码。采用上述功率检测模块，检波器单元包括4个功分检波器，其中每一检波器产生的电压信号输出至模数转换单元，功分后信号输出至功分器单元。所述模数转换模块在CPLD前设置4路运算放大及AD采样电路。模数转换单元中设置稳压电路，将外部输入电压稳定在该单元内部需要的电压上。CPLD输出信号经一电平转换模块，从一低电压值转换为高电压值。CPLD采用EPM570T100I5N芯片。本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：四路射频信号分别通过功分器功分一路信号进行检波，并对检波信号进行AD模数转换，通过CPLD对四路信号中功率较大的一路进行判别，输出编码；同时实现射频信号四路对一路的双向传输。下面结合说明书附图对本实用新型做进一步描述。附图说明图1是本实用新型系统组成框图。图2是运算放大及AD采样电路原理图。图3是稳压电路电路原理图。图4是CPLD电路原理图。图5是输出驱动电路原理图。具体实施方式功率检测模块的功能是对4路输入信号进行编码，并输出编码信号，同时对信号进行功率分配。具体系统组成如图1所示。四路射频信号分别通过功分器功分一路信号进行检波，并对检波信号进行AD模数转换，通过CPLD对四路信号中功率较大的一路进行判别，输出编码；同时实现射频信号四路对一路的双向传输。功率检测模块主要由三个部分组成，分别为检波器单元、功分器单元和模数转换单元。其中检波器单元由功分器和检波器组成，对输入信号进行功率分配，一路信号用于检波输出至模数转换单元，另一路信号输出至功分器单元；功分器单元为一个一分四的功分器，将四路输入信号合成一路输出或将一路输入信号转为四路输出，实现信号的双向传输；模数转换单元主要实现对检波器单元的输出信号进行放大并进行模数转换，同时通过CPLD判别出四路输入信号中功率最大的一路，并输出相对应的两位二进制编码。整个项目由4个功分检波模块、一块模数转换板、一只一分四功分器共三个单元组成，经过电缆实现各模块之间互联，最终总装在一个盒体内，功率检测模块屏蔽盒与测试天线工装进行结构装配，需预留装配孔，可靠装配。功率检测模块对外接口定义如表1所示：表1功率检测模块对外接口定义表序号信号标识名称信号描述连接器方向1CS1A波束射频信号射频输入SMA输入2CS2B波束射频信号射频输入SMA输入3CS3C波束射频信号射频输入SMA输入4CS4D波束射频信号射频输入SMA输入5CS5射频输入、输出信号波束选择的射频信号SMA双向1、射频部分功率检测模块射频部分包快功分检波单元和一分四功分器。(1)功分检波单元功分检波单元通过功分器产生两路信号，其中一路送给检波器产生电压信号用来AD采样，另一路用来连接一分四功分器。方案中选用维尔金森功分器，在所需频点上插损3.08dB，隔离度39dB，但是考虑到加工误差、仿真误差以及同轴转换损耗，预计功分器插损在3.8dB左右，隔离度不低于20dB。由于脉冲速度较快，为满足脉冲的速度要求，检波二极管选用M-Pulse公司生产的隧道二极管，照主输入功率最小0dBm、副输入功率最大-3dBm计算，经功分共检波器输入最小功率为-3.8dBm，最小检波幅度差异为20mV。(2)一分四功分器单元采用维尔金森功分器经过两级功分生成一分四功分器。2、模数转换板模数转换板首先要对检波电压进行运算放大，然后AD采样转换为数字信号，通过CPLD同时比较四个通道的数字信号，判断出最大的一路，然后对比较结果进行编码，最后通过电平转换器输出TTL电平。(1)运算放大及AD采样电路通道1的运算放大及AD采样电路原理图如2，其他3个通道的电路与通道1完全一致，以保证四个通道的采样数据一致性和可比性。(2)电源稳压电路由于模数转换板内部需要的电压是3.3V、5V和-5V等，所以需要把外部出入的+9V和-12V进行稳压，具体实现电路如图3：(3)运算放大及AD采样电路CPLD采用EPM570T100I5N，通过仿真计算，其内部逻辑资源只使用了26％，满足使用要求。CPLD应用电路如图4所示。(5)输出驱动电路CPLD输出编码信号需要经过电平转换，从3.3V转换到5V，其电路原理图如图5：4、结构设计方案结构设计采用上下两层设计，上层为射频部分，下层为数字部分，上下层通过屏蔽电缆连接。5、软件设计方案模数转换板采用CPLD对AD转换后的功率数据进行实时比较，判断出四路功率的最大值，并输出相应编码。四路AD转换后的数字信号首先经过锁存器，然后传递给比较器，经过逻辑运算判断出当前功率最大的通道，最后经过译码模块生成两位二进制编码。6、安全性设计措施本产品使用+10V以下安全电源，电流不超过400mA，产品内部不会产生更高电压，且产品体积较小、重量较轻，对人身无任何危害，具有较高的安全性。6、电磁兼容性设计措施(1)设计原则做好射频信号的屏蔽，对于不同功能电路分腔处理，特别是电磁辐射强的电路和模块要做好屏蔽和接地。(2)互联综合设计遵循阻抗匹配，就近接地。通过采用互联综合设计技术解决混合信号设计中的分布效应和相互串扰难题。(3)电源隔离加强电源电路的去耦，对各模块和电路的电源接口采用π型隔离滤波,防止干扰信号通过共用的电源电路传播。(4)空间隔离结构上采用双层设计，并按功能分成模块设计，模块内部结构上采用腔体隔离，形成电磁屏蔽的金属墙，同时射频部分和模数转换板分布在盒体两侧，以减少空间串扰与辐射，提高系统隔离和抗干扰能力。当前第1页1 2 3