本發(fā)明涉及測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種微波功率測量裝置，還涉及一種微波功率測量方法。

背景技術(shù)：

目前，對微波毫米波連續(xù)波信號功率的測量，一般采用功率測試主機(jī)+多芯電纜+功率探頭的形式，現(xiàn)有主機(jī)+電纜+功率探頭的微波功率測量儀器架構(gòu)，由于主機(jī)要實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換、顯示、按鍵、各種外部接口和儀器的基本功能，因此占用體積較大(一般：330mm×220mm×100mm，探頭：40mm×40mm×125mm)，在搭建測試系統(tǒng)時占用較大機(jī)柜空間，由于一般需要220V電源供電，需要GPIB、串口或者網(wǎng)口等程控接口，連接比較繁瑣，一般僅限于實驗室使用，特別不適合現(xiàn)場調(diào)試、監(jiān)控和生產(chǎn)線使用；并且在需要對相鄰的多個功率端口進(jìn)行測試時，需要同時使用多臺功率計主機(jī)、電纜和功率探頭，占用空間非常大，程控連接更為繁瑣，成本也更高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出一種帶顯示的單探頭微波功率測量裝置及方法，將數(shù)字信號處理和模擬信號采集與調(diào)理放到常規(guī)功率探頭大小的裝置，同時具有顯示測量結(jié)果功能，可通過USB接口進(jìn)行程控。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種帶顯示的單探頭微波功率測量裝置，包絡(luò)模擬電路和數(shù)字電路兩部分，模擬電路部分包括功率傳感電路、前級放大電路、后級放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，負(fù)責(zé)功率信號的傳感、調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)字電路部分包括數(shù)字信號處理器、溫度檢測電路、OLED顯示電路、電源管理電路、USB接口電路，負(fù)責(zé)功率測試數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)、補償以及整機(jī)的控制和電源管理；

功率傳感電路將微波信號轉(zhuǎn)換為微弱的直流信號，然后經(jīng)過前級放大電路和后級放大電路放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將數(shù)字信號傳輸給數(shù)字信號處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)、補償操作，同時完成對溫度檢測電路的數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對OLED顯示電路的控制，實現(xiàn)與USB接口電路的數(shù)據(jù)交互，并通過USB接口電路將最終數(shù)據(jù)傳送給上位主機(jī)；電源管理電路實現(xiàn)整機(jī)的復(fù)位、電源轉(zhuǎn)換和電源管理。

可選地，所述功率傳感電路中，射頻輸入信號進(jìn)入隔直流電容，再經(jīng)過負(fù)載匹配電阻后進(jìn)入檢波二極管，檢波二極管輸出的直流信號通過濾波電容濾波后送入前級放大器處理。

可選地，所述前級放大電路采用運算放大器AD797BR，實現(xiàn)20倍放大；后級放大電路采用OP27集成運算放大器，實現(xiàn)100倍放大電路，放大后的直流信號進(jìn)入24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器LTC2400CS8。

可選地，所述USB接口電路采用高速USB接口芯片，其固件程序?qū)崿F(xiàn)USBTMC協(xié)議，并提供可互換虛擬儀器驅(qū)動，用戶通過USB接口自行組建有線或無線多通道功率監(jiān)測系統(tǒng)。

可選地，所述的OLED顯示電路，位于測量裝置的機(jī)身，通過直接+5V直流供電，或者接入到USB主機(jī)接口，實時動態(tài)顯示功率測量結(jié)果。

可選地，所述USB接口電路采用Mini USB接口，采用螺紋緊固結(jié)構(gòu)，將USB電纜線旋緊固定到裝置的尾部上，同時支持通用的miniUSB電纜。

可選地，提供數(shù)字信號處理程序，將測量裝置接入到帶有USB主機(jī)接口的計算機(jī)、測量儀器或者其他智能終端設(shè)備，通過這些設(shè)備實現(xiàn)對測量裝置的配置、功率讀數(shù)顯示及后續(xù)處理。

可選地，所述數(shù)字信號處理程序包括：

測量裝置上電后，首先初始化設(shè)備，調(diào)用默認(rèn)或程控命令設(shè)定的測試參數(shù)，啟動測量線程，并實時對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)補償實時數(shù)據(jù)處理；隨后測量裝置顯示處理后的測量結(jié)果；當(dāng)測量裝置接收到并成功解析發(fā)自主機(jī)的程控命令時，如果是配置命令，則自動配置新的測試參數(shù)，如果是讀取命令，則啟動數(shù)據(jù)上傳線程，將主機(jī)要求的測量結(jié)果或配置參數(shù)返回給主機(jī)。

可選地，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)補償實時數(shù)據(jù)處理的具體流程為：

測量裝置首先讀取到原始的ADC值，再扣除校零ADC值之后，乘以溫度補償系數(shù)，修正溫度對功率測量的影響；再根據(jù)功率線性校準(zhǔn)補償表格，利用查表法，得到線性修正后的功率讀數(shù)值；最后再除以頻響校準(zhǔn)因子，最終得到準(zhǔn)確的功率讀數(shù)顯示值。

本發(fā)明還提出了一種基于上述測量裝置的單探頭微波功率測量方法。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)結(jié)構(gòu)緊湊，僅有單探頭體積大小，重量輕，USB供電；

(2)殼體裝配OLED顯示屏，可直接5V直流供電進(jìn)行測量，方便現(xiàn)場讀數(shù)；

(3)USB 2.0設(shè)備接口，兼容其他測試儀器，支持USBTMC協(xié)議，編程靈活，可快速實現(xiàn)微波功率測量功能；

(4)單探頭內(nèi)集成功率傳感、信號調(diào)理、采集和處理電路。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種帶顯示的單探頭微波功率測量裝置的整體外觀圖；

圖2為本發(fā)明一種帶顯示的單探頭微波功率測量裝置的系統(tǒng)控制框圖；

圖3為本發(fā)明一種帶顯示的單探頭微波功率測量裝置的微波功率傳感電路的電路圖；

圖4為本發(fā)明的校準(zhǔn)補償實時數(shù)據(jù)處理的流程圖；

圖5為本發(fā)明的整機(jī)控制流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

現(xiàn)有的微波功率測量儀器架構(gòu)，主機(jī)通常采用尺寸較大的臺式機(jī)箱設(shè)計，占用空間大，并且需要交流220V供電，僅適合實驗室工作臺使用；在搭建測試系統(tǒng)時，功率測試主機(jī)也要占據(jù)機(jī)柜較大空間。因此，臺式結(jié)構(gòu)在當(dāng)前無線通信基礎(chǔ)設(shè)施、電子元件、微波部件和航空航天軍用領(lǐng)域外場測試和維護(hù)的應(yīng)用受到一定限制。

本發(fā)明提出了一種帶顯示的單探頭微波功率測量裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，體積僅為常規(guī)功率探頭大小，直接采用USB接口供電和程控，能夠?qū)崿F(xiàn)加電即顯示測量結(jié)果，連接簡單，系統(tǒng)集成方便快捷，即可用于實驗室，也可用于外場測量、監(jiān)控和生產(chǎn)線使用。

本發(fā)明的一種帶顯示的單探頭微波功率測量裝置，包括注塑外殼、電路板支架、電路板和USB接口，圖1所示為本發(fā)明測量裝置的整機(jī)外觀圖，電路板和電路板支架在注塑外殼內(nèi)部，電路板固定在電路板支架上。

如圖2所示，電路板包絡(luò)模擬電路和數(shù)字電路兩部分，模擬電路部分包括功率傳感電路1、前級放大電路2、后級放大電路3、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4，負(fù)責(zé)功率信號的傳感、調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)字電路部分包括高性能數(shù)字信號處理器5，溫度檢測電路6、OLED顯示電路7、電源管理電路8、USB接口電路9，負(fù)責(zé)功率測試數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)、補償以及整機(jī)的控制和電源管理。電路板通過螺絲固定到電路板支架上，OLED顯示屏固定到注塑外殼上，在機(jī)殼外部利用螺絲將注塑外殼也固定到電路板支架上。

功率傳感電路1將微波信號轉(zhuǎn)換為微弱的直流信號，經(jīng)由金線進(jìn)入電路板，然后經(jīng)過前級放大電路2和后級放大電路3放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路4將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并將數(shù)字信號傳輸給數(shù)字信號處理器5，進(jìn)行數(shù)據(jù)的校準(zhǔn)、補償?shù)炔僮?，同時完成對溫度檢測電路6的數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對OLED顯示電路7的控制，實現(xiàn)與USB接口電路9的數(shù)據(jù)交互，并通過USB接口電路9將最終數(shù)據(jù)傳送給上位主機(jī)；整機(jī)由電源管理電路8實現(xiàn)整機(jī)的復(fù)位、電源轉(zhuǎn)換和電源管理。

工作時，可將本發(fā)明的單探頭微波功率測量裝置直接用USB電纜鏈接到+5V的電源適配器或+5V移動電源，通過機(jī)身自帶的OLED顯示電路7讀取測量結(jié)果，也可以將本發(fā)明的單探頭微波功率測量裝置接入到具有USB主機(jī)接口的計算機(jī)、PDA、PAD、智能手機(jī)或者其他測量儀器上，通過機(jī)身OLED顯示電路7和主機(jī)應(yīng)用程序直接讀取測量結(jié)果。

本發(fā)明的單探頭微波功率測量裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可以通過USB接口電路直接供電并傳輸數(shù)據(jù)，將最終測試結(jié)果直接傳輸給主機(jī)。本發(fā)明的USB接口電路，兼容其他具備USB主機(jī)接口的計算機(jī)或者測量儀器，可快速組建微波功率測試系統(tǒng)。

本發(fā)明的功率傳感電路如圖3所示，射頻輸入信號進(jìn)入隔直流電容C_c，再經(jīng)過50Ω負(fù)載匹配電阻R后進(jìn)入檢波二極管，例如檢波二極管型號可以為HSCH-9162，檢波二極管輸出的直流信號通過濾波電容C送入前級放大器處理。

前級放大電路2采用超低失真、超低噪聲的運算放大器AD797BR，實現(xiàn)約20倍放大；后級放大電路3采用采用OP27集成運算放大器，構(gòu)成100倍放大電路，放大后的直流信號進(jìn)入24位A/D轉(zhuǎn)換器LTC2400CS8。

數(shù)字電路部分完成整機(jī)的控制和顯示功能，同時實現(xiàn)所有測量數(shù)據(jù)的線性修正、頻率響應(yīng)補償、溫度補償?shù)刃?zhǔn)補償實時數(shù)據(jù)處理，線性修正能夠修正二極管檢波的非線性，頻率響應(yīng)補償可以糾正不同頻率下的二極管頻響特性，溫度補償能夠顯著降低溫度對二極管檢波特性的影響。本發(fā)明的校準(zhǔn)補償實時數(shù)據(jù)處理的具體流程圖如圖4所示，測量裝置首先讀取到原始的ADC值，再扣除校零ADC值之后，乘以溫度補償系數(shù)，修正溫度對功率測量的影響；再根據(jù)功率線性校準(zhǔn)補償表格，利用查表法，得到線性修正后的功率讀數(shù)值；最后再除以頻響校準(zhǔn)因子，最終得到準(zhǔn)確的功率讀數(shù)顯示值。

將本發(fā)明的單探頭微波功率測量裝置接入到帶有USB主機(jī)接口的計算機(jī)、測量儀器、智能終端設(shè)備，在這些設(shè)備上可實現(xiàn)功率的測量結(jié)果顯示、設(shè)置和后續(xù)處理，本發(fā)明測量裝置的數(shù)字信號處理程序流程如圖5所示。測量裝置上電后，首先初始化設(shè)備，調(diào)用默認(rèn)或程控命令設(shè)定的測試參數(shù)，啟動測量線程，并實時對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性修正、頻響補償和溫度補償，實時數(shù)據(jù)處理的具體流程圖如圖4所示；隨后測量裝置自動顯示處理后的測量結(jié)果；當(dāng)測量裝置接收到并成功解析發(fā)自主機(jī)的程控命令時，如果是配置命令，則自動配置新的測試參數(shù)，如果是讀取命令，則啟動數(shù)據(jù)上傳線程，將主機(jī)要求的測量結(jié)果或配置參數(shù)返回給主機(jī)。

下面給出本發(fā)明測量裝置的一個具體實施例，該實施例中，數(shù)字電路部分的核心數(shù)字信號處理器5，采用TMS320C6747BZKB；溫度檢測電路6采用可編程1線數(shù)字溫度計DS18B20U+；OLED顯示電路7裝配在機(jī)身上，采用1.3寸OLED顯示屏，用于實現(xiàn)功率的實時顯示；電源管理電路8用于實現(xiàn)直流5V到3.3V、1.2V、1.8V的電源轉(zhuǎn)換，以及復(fù)位、低功耗檢測等功能，采用的是TPS65023RSB；USB接口電路9采用Cypress公司的CY7C68014芯片，用以實現(xiàn)高速/全速自適應(yīng)USB 2.0設(shè)備接口，并且在其固件程序中實現(xiàn)USBTMC標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，方便測量儀器用戶使用。優(yōu)選地，所述USB接口電路采用Mini USB接口，采用螺紋緊固結(jié)構(gòu)，可以將專用的USB電纜線旋緊固定到本發(fā)明測量裝置的尾部上，同時支持通用的miniUSB電纜。

優(yōu)選地，本發(fā)明的數(shù)字電路部分提供可互換虛擬儀器(IVI)驅(qū)動，可快速組建有線或無線多通道功率測試系統(tǒng)。

基于上述測量裝置，本發(fā)明還提出了一種微波功率測量方法，其工作原理已在上述測量裝置的整機(jī)控制流程進(jìn)行了詳細(xì)說明，這里不再贅述。

本發(fā)明采用USB接口供電，結(jié)構(gòu)緊湊，單探頭可手握，體積僅50mm×40mm×125mm，重量輕，外形與需要配接功率測量主機(jī)的常規(guī)功率探頭相似；殼體裝配OLED顯示屏，可在僅提供+5V直流電源的情況下，通過機(jī)身OLED顯示屏讀取測量結(jié)果；即可以配接具有USB主機(jī)接口的計算機(jī)或者智能設(shè)備使用，也可以利用USB HUB或者WiFi-USB HUB，可快速組建有線或無線多通道功率測試系統(tǒng)；支持USBTMC協(xié)議，提供IVI驅(qū)動程序，可被VC、C#、Labview等多種編程工具調(diào)用，快速組建微波功率測試系統(tǒng)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。