專利名稱：通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，特別是一種對(duì)被測(cè)系統(tǒng)毫無(wú)影響的通過(guò)式測(cè)量方式，工作于900MHz～930MHz頻段(或VHF及UHF其它頻段)，可實(shí)現(xiàn)微波頻率、功率和負(fù)載(天饋系統(tǒng))的駐波比測(cè)量，是微波射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域的重要測(cè)試設(shè)備。
背景技術(shù)：
微波射頻識(shí)別系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽和電子標(biāo)簽讀出裝置組成。電子標(biāo)簽是一種無(wú)源設(shè)備，靠電子標(biāo)簽讀出設(shè)備輸出的微波信號(hào)輻射場(chǎng)為其提供能量來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀取，因此讀出設(shè)備輸出功率大小、頻率是否準(zhǔn)確、天饋系統(tǒng)匹配是否良好是微波射頻識(shí)別系統(tǒng)能夠正常工作的關(guān)鍵要素之一。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，要解決的技術(shù)問(wèn)題是對(duì)微波的信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，而不對(duì)原有系統(tǒng)造成影響。
本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，工作于甚高頻和超高頻頻段，包括分貝差駐波比測(cè)量電路、微波功率測(cè)量電路、微波功分器、微波頻率測(cè)量電路、微波測(cè)試信號(hào)提取電路、微波合路器、微波同頻相位相消電路、線性檢波和放大，測(cè)量裝置串接于被測(cè)設(shè)備和天饋系統(tǒng)之間或端接在被測(cè)設(shè)備的輸出端，在微波信號(hào)提取電路的端口耦合功率、頻率及駐波比測(cè)量用的測(cè)試信號(hào)。
本實(shí)用新型的微波測(cè)試信號(hào)提取電路設(shè)有第一定向耦合器，第一定向耦合器的耦合線輸出端連接第二定向耦合器的輸入端。
本實(shí)用新型的第二定向耦合器主線輸出的信號(hào)由第一微波功分器分一路信號(hào)，經(jīng)功率檢波器、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器輸出；第一微波功分器的另一路信號(hào)經(jīng)第一衰減器、第二微波功分器、專用移相線送入合路器。
本實(shí)用新型的第二定向耦合器耦合線輸出的頻率信號(hào)經(jīng)第一放大器、第二放大器、前置分頻器和整形電路輸出。
本實(shí)用新型的第一定向耦合器耦合線隔離口輸出的信號(hào)經(jīng)第二衰減器進(jìn)入合路器；所述第二微波功分器另一路信號(hào)和合路器輸出的信號(hào)輸入反射系數(shù)測(cè)量集成電路。
本實(shí)用新型的通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置工作于900MHz至930MHz頻段。
本實(shí)用新型的第一定向耦合器選用IPI304-20，第二定向耦合器選用IDI304-10，第一微波功分器選用4D1304，第二微波功分器選用4D1304，第一衰減器和第二衰減器的衰減是20Db，反射系數(shù)測(cè)量集成電路選用AD8302ARU射頻增益相位測(cè)量集成電路。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用定向耦合器，能夠在線實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)大功率發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，在線測(cè)量其輸出功率、頻率和設(shè)備與天饋系統(tǒng)間的匹配狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)，而不影響被測(cè)系統(tǒng)，對(duì)小駐波比的測(cè)量，本裝置有優(yōu)良的性價(jià)比，特別適用需要不間斷工作的微波系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，如鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、GSM通信網(wǎng)基站等；駐波比測(cè)量方式采用的是用“入射功率和反射功率分貝差”直接測(cè)量反射系數(shù)技術(shù)來(lái)求駐波比，具有成本低、動(dòng)態(tài)范圍大、一致性好等特點(diǎn)；采用同頻相位相消電路，彌補(bǔ)了定向耦合器隔離度的不足，提高了駐波比測(cè)量精度和測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍。


圖1是本實(shí)用新型的工作框圖(連接天饋系統(tǒng))。
圖2是本實(shí)用新型的工作框圖(連接負(fù)載)。
圖3是本實(shí)用新型的反射系數(shù)測(cè)量集成電路框圖。
圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例電路原理圖。
圖5是本實(shí)用新型電原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，圖1、2、3、4和5所示，第一定向耦合器P101和第二定向耦合器P105組成測(cè)量信號(hào)提取電路，第一定向耦合器P101提取正向功率和反向功率測(cè)量信號(hào)，第二定向耦合器P105從正向功率檢測(cè)信號(hào)中再提出頻率測(cè)量信號(hào)；第一微波功分器P102、二極管檢波器U2、第一運(yùn)算放大器U3B和第二運(yùn)算放大器U3A構(gòu)成了正向功率測(cè)量電路；由合路器P103、第二微波功分器P104、反射系數(shù)測(cè)量電路U1和專用移相線組成反向功率測(cè)量和相位相消電路；第一放大器U203、第二放大器U204、前置分頻器U201和整形電路U202組成頻率測(cè)量電路；電壓基準(zhǔn)源U4，為二極管檢波器U2的直流偏置提供電壓源，DC-DC變換器U5，將+5V輸入電壓變成-5V電壓輸出，用于為運(yùn)算放大器提供負(fù)電源；大功率和小功率測(cè)量信號(hào)輸出分別是Vpower1和Vpower2；相位測(cè)量信號(hào)和反射系數(shù)模值測(cè)量信號(hào)輸出分別是Vphs和Vmag；第二功分器P104和合路器P103之間是移相線；第一微波功分器P102的另一路輸出端與第二微波功分器P104的輸入端之間設(shè)有第一衰減器Y101；第一定向耦合器P101的耦合線隔離口輸出D端與合路器P103之間設(shè)有第二衰減器Y102。
本實(shí)用新型的通過(guò)式微波信號(hào)提取和測(cè)量裝置工作于900MHz至930MHz頻段，或甚高頻及超高頻其他頻段，第一定向耦合器選用IPI304-20，第二定向耦合器選用IDI304-10，第一微波功分器和第二微波功分器選用4D1304，第一衰減器和第二衰減器的衰減是20dB，反射系數(shù)測(cè)量集成電路選用AD8302ARU射頻增益相位測(cè)量集成電路，第一運(yùn)算放大器U3B和第二運(yùn)算放大器U3A選用LM158。
測(cè)試信號(hào)提取將本實(shí)用新型的通過(guò)式微波信號(hào)提取和測(cè)量裝置串接于被測(cè)設(shè)備和天饋系統(tǒng)之間或端接在被測(cè)設(shè)備的輸出端，本裝置輸出接50歐姆匹配負(fù)載，當(dāng)被測(cè)設(shè)備的RF輸出功率信號(hào)通過(guò)本裝置的測(cè)量信號(hào)提取電路饋至天線或負(fù)載時(shí)，在測(cè)試信號(hào)提取電路的相關(guān)端口即可耦合出用于功率測(cè)量、頻率測(cè)量及駐波比測(cè)量用的測(cè)試信號(hào)。由于測(cè)試裝置的信號(hào)處理電路和被測(cè)設(shè)備在電氣連接上是完全分開(kāi)的，所以無(wú)論本裝置是否工作正常都不會(huì)對(duì)原有系統(tǒng)造成任何影響。
功率測(cè)量本實(shí)用新型的功率測(cè)量使用檢波式電路程式，從輸入口測(cè)量入射功率，從輸出口測(cè)量反射功率。為了增強(qiáng)信號(hào)提取電路性能，擴(kuò)展駐波比測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)反射功率的測(cè)量還使用了同頻相位相消技術(shù)。
頻率測(cè)量本實(shí)用新型的頻率測(cè)量采用的是計(jì)數(shù)分頻式測(cè)頻方式，被測(cè)頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)2次分頻后再送CPU的計(jì)數(shù)分頻器進(jìn)行處理，處理結(jié)果經(jīng)誤差校準(zhǔn)后即可得到頻率測(cè)量值。
駐波比測(cè)量不同于傳統(tǒng)的駐波比測(cè)量方式，本實(shí)用新型采用了求入射功率和反射功率差并使用專用集成電路的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)駐波比的測(cè)量。其測(cè)試方法的設(shè)計(jì)是基于下列理論
ρ＝(1+|Γ|)/(1-|Γ|)(1)式中ρ是駐波比，Γ是反射系數(shù)。Γ＝(Pr/Pin)1/2(2) 式中Pr是反射功率，Pin是入射功率。(2)式中，Γ＝(Pr/Pin)1/2可變化為以下的形式因?yàn)?0lg(Pin/Pr)＝(10lgPin)(dBm)-(10lgPr)(dBm)＝Δ(dB)Δ(dB)為入射功率和反射功率的分貝差。lg(Pin/Pr)＝Δ(dB)/10 lg(Pr/Pin)＝-Δ(dB)/10即(Pr/Pin)1/2＝10(-Δ/20)故Γ＝(Pr/Pin)1/2＝10(-Δ/20)…………………(3)從式(3)可知，只要求出入射功率和反射功率的分貝差Δ(dB)，就可以求出反射系數(shù)Γ，進(jìn)而可得到駐波比ρ。入射功率信號(hào)和反射功率信號(hào)可分別通過(guò)對(duì)數(shù)放大器處理后再經(jīng)減法器相減后即為分貝差Δ(dB)，而且這種處理電路可集成化，使兩路放大器能夠得到更好的一致性和穩(wěn)定性，從而可確保駐波比的測(cè)量精度。
當(dāng)被測(cè)信號(hào)從第一定向耦合器P101的端口1輸入，從端口2輸出時(shí)，端口4是功率傳輸口，端口3是隔離口，從端口4可得到用于正向功率測(cè)量的測(cè)試信號(hào)。理論上，端口2匹配時(shí)，端口3應(yīng)無(wú)信號(hào)輸出。實(shí)際上，由于受制造工藝和材料所限，即使端口2匹配時(shí)，端口3仍有微弱的信號(hào)輸出，所以應(yīng)采取措施，使用同頻相位相消電路來(lái)將該端口的輸出減至最??；一旦端口2由于失匹而發(fā)生反射時(shí)，端口1和端口3是反射功率傳輸口，而端口4變?yōu)楦綦x口。從端口3可得到用于駐波比測(cè)量的反射功率測(cè)試信號(hào)；此外，正向功率測(cè)量信號(hào)經(jīng)第二定向耦合器P105后，在其傳輸端口4可以取出用于頻率測(cè)量的測(cè)試信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)兩級(jí)射頻放大后送前置分頻器U201進(jìn)行前置分頻處理，前置分頻器U201的輸出經(jīng)信號(hào)整形電路U202處理后，從插座CN03輸出；第一微波功分器P102的輸出分為兩路一路經(jīng)二極管檢波器U2和外圍元件組成的檢波器后變成直流信號(hào)，再送至運(yùn)算U3A和U3B放大后產(chǎn)生用于正向功率檢測(cè)的測(cè)量信號(hào)Vpower1和Vpower2。為了使檢波器工作穩(wěn)定，二極管檢波器U2的內(nèi)部元件和第一電容C121等組成了溫度補(bǔ)償電路。為減小測(cè)量誤差，第一可變電阻VR1、第一電阻R125、第二電阻R101和電源Vref為檢波器提供一穩(wěn)定的直流偏置，使其工作于線性檢波段；另一路經(jīng)第一衰減器Y101和第二微波功分器P104后產(chǎn)生供反射系數(shù)測(cè)量電路U1所用的反向功率測(cè)量參考信號(hào)和相位相消信號(hào)，相位相消信號(hào)需要經(jīng)過(guò)RF移相線移相后才能送合路器P103的第2腳；第一定向耦合器P101的端口3輸出經(jīng)第二衰減器Y102后送合路器P103的第3腳，并與第2腳的相位相消信號(hào)合路后，從1腳輸出用于反射功率測(cè)量的測(cè)試信號(hào)。反射系數(shù)測(cè)量集成電路U1，其引腳13輸出與兩路輸入信號(hào)inpA和inpB的分貝差成比例，其引腳10輸出與兩路輸入信號(hào)inpA和inpB的相位差成比例。從插座CN03輸出的頻率測(cè)量信號(hào)還需要進(jìn)行2次分頻處理，處理后的結(jié)果可送CPU進(jìn)行計(jì)數(shù)；輸出信號(hào)Vpower1和Vpower2及Vphs和Vmag也需要經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，送CPU進(jìn)行測(cè)量誤差校準(zhǔn)處理才能得到精確的測(cè)量值。
權(quán)利要求1.一種通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，工作于甚高頻和超高頻頻段，包括分貝差駐波比測(cè)量電路、微波功率測(cè)量電路、微波功分器、微波頻率測(cè)量電路、微波測(cè)試信號(hào)提取電路、微波合路器、微波同頻相位相消電路、線性檢波和放大，其特征在于所述測(cè)量裝置串接于被測(cè)設(shè)備和天饋系統(tǒng)之間或端接在被測(cè)設(shè)備的輸出端，在微波信號(hào)提取電路的端口耦合功率、頻率及駐波比測(cè)量用的測(cè)試信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，其特征在于所述的微波測(cè)試信號(hào)提取電路設(shè)有第一定向耦合器，第一定向耦合器的耦合線輸出端連接第二定向耦合器的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，其特征在于所述第二定向耦合器主線輸出的信號(hào)由第一微波功分器分一路信號(hào)，經(jīng)功率檢波器、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器輸出；第一微波功分器的另一路信號(hào)經(jīng)第一衰減器、第二微波功分器、專用移相線送入合路器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，其特征在于所述第二定向耦合器耦合線輸出的頻率信號(hào)經(jīng)第一放大器、第二放大器、前置分頻器和整形電路輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，其特征在于所述第一定向耦合器耦合線隔離口輸出的信號(hào)經(jīng)第二衰減器進(jìn)入合路器；所述第二微波功分器另一路信號(hào)和合路器輸出的信號(hào)輸入反射系數(shù)測(cè)量集成電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，其特征在于所述通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置工作于900MHz至930MHz頻段。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，其特征在于所述第一定向耦合器選用IPI304-20，第二定向耦合器選用IDI304-10，第一微波功分器選用4D1304，第二微波功分器選用4D1304，第一衰減器和第二衰減器的衰減是20dB，反射系數(shù)測(cè)量集成電路選用AD8302ARU射頻增益相位測(cè)量集成電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，要解決的技術(shù)問(wèn)題是對(duì)微波的信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，采用以下技術(shù)方案一種通過(guò)式微波信號(hào)的提取和測(cè)量裝置，工作于甚高頻和超高頻頻段，包括分貝差駐波比測(cè)量電路、微波功率測(cè)量電路、微波功分器、微波頻率測(cè)量電路、微波測(cè)試信號(hào)提取電路、微波合路器、微波同頻相位相消電路、線性檢波和放大，測(cè)量裝置串接于被測(cè)設(shè)備和天饋系統(tǒng)之間或端接在被測(cè)設(shè)備的輸出端，在微波信號(hào)提取電路的端口耦合功率、頻率及駐波比測(cè)量用的測(cè)試信號(hào)，能夠在線實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)大功率發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，在線測(cè)量其輸出功率、頻率和設(shè)備與天饋系統(tǒng)間的匹配狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)，而不影響被測(cè)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01R23/00GK2606358SQ0322381
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月24日
發(fā)明者徐玉鎖, 馮漢炯, 尹應(yīng)增, 葉榮安 申請(qǐng)人:徐玉鎖