中心議題：
解決方案：
- 射頻功率測量硬件電路設計
近年來，隨著3G技術的快速發(fā)展,，在進行通信系統(tǒng)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(shù)放大器檢測方法的射頻功率測量電路,，該方法具有動態(tài)范圍大，頻率范圍廣,，精度高和溫度穩(wěn)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(shù)放大器檢測法是射頻測量的主要方向之一,，下面從對數(shù)放大器內部結構進行分析,，研究對數(shù)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(xiàn)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(shù)放大檢測器來完成,，因此,，對數(shù)放大檢測器是射頻測量的關鍵,。它的核心是對數(shù)放大器,，對數(shù)放大器之間采用直接耦合方式，分成N級,，每級由對數(shù)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(shù)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(shù)放大檢測器的傳遞函數(shù)為：
U0=Ks(Pin-b) (1)
式中：b為截距,；Ks為對數(shù)檢測器的斜率，是一個常數(shù),；Pin是輸入信號的功率,。在一定的動態(tài)范圍內，可通過Matlab仿真軟件得到對數(shù)放大器的特性曲線,，如圖2所示,。
圖2可知，線性動態(tài)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(jù)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(fā)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(tǒng)中，還有其他的波形,，如果測量其他的波形的功率,，則可根據(jù)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)
2 硬件電路的設計
2．1 AD8318的結構特點和內部結構圖
AD8318是解調對數(shù)放大器，將RF" title="RF">RF輸入信號轉換為對應的輸出電壓,；它采用了9級對數(shù)放大,，每一個階段，都配備了檢測器,。主要可用于測量和控制器,；當輸入范圍通常為60 dB，誤差小于±1 dB,；+5 V單電源供電,，電流為68 mA。AD8318的結構圖如圖3所示,。
2．2 電路圖及工作原理
由AD8318構成的射頻功率測量電路如圖4所示,。該電路可通過對AD8318設置，使其工作在測量模式時,，當輸入的正弦信號為RFIN,，經過電容C1，C2耦合到AD8318的INHI,、INLO兩端,。然后通過9級對數(shù)放大檢波后，送到求和器,，求和得到一個電流信號,，再將該信號進行I-V轉換輸出VOUT，該設計沒有單獨的模數(shù)轉換芯片,，而是由AD8318的輸出直接到單片機的PA0,，由于PIC16F874單片機內部有自帶A／D轉換器將模擬信號轉換成數(shù)字信號，然后送到單片機進行處理,。
若輸入模擬信號的動態(tài)范圍大,，A／D轉換的精度要求高，則A／D轉換器的分辨率要求也高,，可通過PIC16F874內部的A／D轉換器實現(xiàn),，它將AD8318的電壓信號轉換成數(shù)字信號后，經單片機程序進行計數(shù),、查表,，顯示等處理,。圖5為單片機的程序流程圖。
PIC16F874單片機將處理后的數(shù)字信號從PA1～PA4輸出,，經ULN2003反相驅動給LED提供位選信號及足夠的驅動,，而段選信號從RB0～RB7經過8×10 kΩ的排阻，送到LED,，在LED數(shù)碼中將被測的射頻信號的功率大小顯示出來,，測量結果如表2所示。
從表2的數(shù)據(jù)可知,，通過AD8318對數(shù)放大檢測集成電路的轉換,，再經過單片機的數(shù)據(jù)處理，所測得射頻信號的功率滿足動態(tài)范圍大,，頻帶寬度和線性度好的特點。
3 結論
通過對射頻功率信號的測量理論分析,，利用AD8318將射頻功率信號轉換為電壓信號,，然后經過PIC16F874單片機進行計數(shù)、查表,，由4位LED數(shù)碼顯示出來,，實現(xiàn)了大動態(tài)范圍、高精度的射頻功率測量,。