基于對數檢測法的射頻功率測量電路設計

摘要：隨著3G通信技術的發展，在進行通信系統的設計過程中，射頻功率的測量具有重要意義。從動態范圍、頻帶寬度和線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、動態范圍大和溫度穩定性好等優點。
關鍵詞：對數放大器；AD8318；PIC16F874；射頻功率測量

近年來，隨著3G技術的快速發展，在進行通信系統設計時，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，該方法具有動態范圍大，頻率范圍廣，精度高和溫度穩定性好的特點。

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。
射頻信號檢測的實質是如何實現將功率信號無失真地轉換成電壓信號，而這個轉換工作則由對數放大檢測器來完成，因此，對數放大檢測器是射頻測量的關鍵。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，由求和輸出經低通濾波器后得到一個電壓信號。N一般取值為5～9級，級數越多，單級增益越小，則輸出特性曲線越趨向于線性，這里以5級為例進行分析，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，是一個常數；Pin是輸入信號的功率。在一定的動態范圍內，可通過Matlab仿真軟件得到對數放大器的特性曲線，如圖2所示。

從圖2可知，線性動態范圍約為-3～67 dBm，在此范圍內，輸出電壓與輸入功率之間呈線性關系。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：
U0=18×[-30-(-93)]=1．134V (2)
若斜率改變，則截距也會發生變化，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值來進行修正，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)