微伏级直流信号检测技术.pdf

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1、2011仪表技术与传感器2011第3期InstrumentTechniqueandSensorNo．3微伏级直流信号检测技术冯长磊，年夫顺，冷朋，李金山(1．中北大学电子测试技术重点实验室，山西太原030051；2．中国电子科技集团公司第四十一研究所，山东青岛266555)摘要：针对微波功率检波器输出直流电压信号微弱、背景噪声强的特点，采用平衡斩波微弱信号检测技术，将微弱直流信号转化为交流信号，对交流信号进行低噪声前置放大和数字化处理，以实现大动态范围微波信号检测。通过对检波、斩波、前置放大和带通滤波电路的优化设计，制作了实

2、验电路进行了实验研究，给出了实验验证结果。关键词：微伏信号；斩波；低噪声放大器中图分类号：TN98文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)03—0095—03ResearchonDetectionTechnologyforMicrovoltDCSignalFENGChang-lei，NIANFu—shun，LENGPeng，LIJin—shan(1．NationalKeyLaboratoryforElectronicMeasurementTechnology，NorthUniversityofChina，Tai

3、yuan030051，China；2．The41thResearchInstituteofCETC，Qingdao266555，China)Abstract：FortheproblemsoftheweakDCsignalwhichproducedbymicrowavepowermeterdetectorunderstrongback·groundnoise，thispaperpresentedadetectionmethod．Inthissystem，themicrovoltDCsignalwastransformedint

4、oACmodebybalancedchoppercircuit．Tomeasureoverawidedynamicpowerrange，alownoisepre—amplifieranddigitalsignalprocessingtech—nologywasapplied．Verificationexperimentisexecutedaftertheoptimizeddesignfordetector，chopper，pre—amplifierandbandpassfilter．Keywords：microvoh；cho

5、pper；lownoiseamplifier0引言从于二极管检波方程：目前，在微波频段上的功率测量通常采用热敏电阻、热电i：Is(e一1)(1)偶和二极管检波器这3种传感器件，其中基于二极管检波器的式中：i为二极管电流；Is为饱和电流，在给定温度下为常数；V微波功率计由于测量频带宽、动态范围大、测量速度快，得到了为跨在二极管上的净电压；=g／(nkT)；g为电子电荷；n为适广泛应用。应实验数据的修正常数；为玻尔兹曼常数；T为绝对温度。二极管检波式微波功率计是利用二极管检波器将微波功将式(1)展开成幂级数形式：率信号转变为直流

6、电压信号，然后进行测量，该方法关键是实现微弱直流信号的检测。对应输入功率为一60一+20dB·m[+++．．．](2)的微波信号，二极管检波输出直流电压为0．8tLV～1．6V⋯。从式(2)可以看出，由于信号的正负叠加和瞬间效应，正是该信号具有动态范围大、微弱、背景噪声强的特点，测量过程中该级数的二次及其他偶次项提供了整流作用。对于小信号的还会受到诸如温差电势、放大电路失调电压等误差因素的影整流，只有二次项有意义，因此，二极管检波器在小信号检波时响，能否对其准确、快速检测将决定微波功率计测量准确度和检波的直流电流与跨接在该二

7、极管两端的输入电压的平方成测量速度。目前典型的微弱信号检测的方法有以下几种：基于正比，从而该二极管工作在平方律区域。当高得使四次项不互相关接收原理的锁定放大技术、基于混沌理论的弱信号检能忽略时，二极管按准平方律整流，称之为过渡区，再往上就到测J、基于取样积累平均理论的弱信号测量H等。作为测量仪了线性检波区。此外，二极管检波特性还受工作环境温度和输器电路使用，该设计要求对直流电压信号的测量精度高，测量入微波信号频率的影响。图1给出了典型的封装二极管检波速度快，电路可靠性好，以上几种方法虽各有优点但并不能完器的平方律一非平方律检

8、波特性曲线。全满足该设计要求。文中采用平衡斩波、低噪声前置级放大、带通滤波等一系列微弱信号处理技术，实现了微伏级直流信号函的检测，取得了良好效果。1测量原理靼1．1二极管检波器原理检波二极管检波具有平方律一非平方律特性，在数学上服收稿日期：2010—07—07收修改稿日期：2010—12—