小型化微波功率探头的分析与设计

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1、小型化微波功率探头的分析与设计孙杰，羊恺（电子科技大学空天科学技术研究院，四川成都611731）摘要：为了减少传统微波功率测量中由于热损耗所带来的测量误差，本文中应用一种对数二极管检波电路设计了一种小型化的微波功率探头。同时由于在输入端加入了仿真优化的匹配网络，该探头在100MHz～3GHz驻波比得到了明显改善。最终测试结果表明动态范围大于60dB。关键词：微波功率探头；对数检波器；阻抗匹配中图分类号：TN763.1文献标示码：A文章编号：AnalysisandDesignofaMiniaturizedMicrowavePowerDete

2、ctorSUNJie,YANGKai（InstituteofAstronautics&Aeronautics,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu611731,China）Abstract:Inordertoreducethemeasuringerrorwhichisproducedduetothethermaleffectsintraditionalmicrowavepowermeasurement,akindofminiaturizedmicrowavepo

3、werprobeisdesignedbyapplyingadetectioncircuitoflogarithmicdiodeinthisarticle.Meanwhile,thestanding-waveratio(SWR)at100MHzto3GHzoftheprobeisobviouslyimproved.Thefinaltestresultsindicatethatthedynamicrangeisgreaterthan60dB.Keyword:MicrowavePowerProbe;LogarithmicDetector;Imp

4、edanceMatching41引言目前，包括通信收发机、仪器、工业控制和雷达等在内的许多系统都需要控制射频功率，因此射频功率的准确测量就很有必要。在这些系统中，RF功率测量及控制有助于确保系统安全、高效地运行。微波功率是无线电计量的基本量之一，也是表征微波信号特征的一个重要参数。在很多场合都需要确定微波振荡源的输出功率、接收机的灵敏度，电子元器件的性能测试和无源网络的衰减损耗等也都离不开微波功率的测量。小型化成为微波功率计发展的重要趋势，相比传统的热感应式微波功率探头，本文中所采用的对数检波管式功率探头没有热损耗引入的误差，而且响应速度

5、更快体积更小，因而有着更高的研究价值和更广阔的应用前景。2对数检波器的原理微波检波二极管是通过二极管的检波作用来感测微波能量的检测器件，是一种最简单、最灵敏的微波功率感测装置。早期检波方法是采用二极管做检波电路，但是二极管组成的简单电路，其灵敏度，温度稳定性都较差。因此越来越多的场合采用集成IC来做检波电路。IC内部有多个放大器及检波管组合，通过设计使输出电压和输入RF信号的对数成正比。(1)图1对数检波器原理框图对数检波器的核心是一系列级联的放大器（图1），这些放大器通常有10~20dB的线性增益，具体值取决于不同的设计目的。设想一个小

6、信号正弦波进入第一个放大器，第一个放大器将会在它到达第二个放大器前放大信号10dB。因此信号每往下走一级，就会有10dB的增益。随着信号在链路中的传递，在它到某一级的时候将会被(限幅器)斩波。放大器的精度是相同的。当信号在某一级进入限制状态后，这个限幅信号仍然会传播，在每一级都被斩波，保持其1V峰值振幅传输。这种设计确保输入信号的功率变化很大时，仍能在输出端准确的检测出所需信号，即可以检测大动态范围的输入信号。对数检波器同时还具有优异的灵敏度和温度稳定性。信号检波误差计算相关公式如下:(2)4(3)(4)(5)(6)式中参数Interce

7、pt为输入信号功率轴与理想检波曲线延长线的交点，PIN1和PIN2为用作校准时的已知的输入信号功率，VOUT1和VOUT2为相应的检波输出电压，PIN(unknown)为待测的输入信号功率，VOUTMEASURED为测试时的检波输出电压，Error(dB)为测试功率误差，VOUTIDEAL为理想的检波输出电压。3宽带微波功率探头设计图2HMC602LP4用作功率测量时的工作电路图3.1检波电路设计与分析HMC602LP4检波管用作功率测量时的工作电路如图3所示，R1和检波器的内部输入电阻并联共同完成与50Ω传输线的宽带匹配，实际电路设计时

8、，在输入（实际测试中为一个定向耦合器）和HMC602LP4之间插入一个衰减网络，实现两者之间的匹配。(7)(8)式（7）输入信号的高通截止频率fHP，其中Cc=C1=C2，适当选择C1和C2，