發(fā)布時間：2018-11-17 10:16

【摘要】：微波功率測量在微波通信、雷達、環(huán)境遙感和醫(yī)學研究等領域有重要的學術和商用價值,現(xiàn)代微波功率測量技術正朝著小型化、模塊化和寬頻帶等方向發(fā)展。本文分析了當今國內(nèi)外微波功率測量技術的發(fā)展狀況,結(jié)合寬帶微波大功率相關項目的需求制定了小型化寬帶功率檢測模塊的總體指標和實施方案。主要由微波功率耦合器、開關濾波器組、微波功率檢波以及顯示與保護電路四部分組成。采用通過式測量法,在ADS09和IE3D中設計了帶狀線定向耦合器,使功率測量系統(tǒng)可嵌入待測系統(tǒng)中進行實時監(jiān)測。耦合器使用頻段為6GHz~18GHz,耦合度為20±0.7dB,方向性優(yōu)于16dB,插損小于0.3dB,駐波比小于1.2,尺寸較小。由于工程應用中,微波信號常夾雜著諧波,本系統(tǒng)采用開關濾波器組實現(xiàn)基波與諧波的分開測量,這是本測量系統(tǒng)的創(chuàng)新之處。微波開關選用了高性能的Agilent N1810UL機電同軸開關,頻率高達26.5GHz,插損小于0.7dB,單刀雙擲。濾波器組由6GHz~10GHz、10GHz~18GHz兩通道懸置帶狀線帶通濾波組成,擁有懸置帶線高Q值、低損耗的特性。兩帶通濾波器的插損小于0.5dB,反射大于15dB,帶外抑制大于40dB(偏300MHz),性能相近。微波功率檢測系統(tǒng)的核心部分是微波功率檢波模塊,也是本文的設計重點。采用二極管前端寬帶匹配,后端低通濾波的電路模型,設計了基于SMS7630-061的肖特基二極管檢波器。使用S參數(shù)仿真出其反射和插損,諧波平衡仿真得出輸入功率-輸出電壓曲線,加工裝配好的檢波器在6GHz~18GHz頻段內(nèi),功率量程為-35dBm至10d Bm。顯示與保護電路模塊作為后端信號處理部分,需要將檢波模塊的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,然后經(jīng)算術均值濾波、查表和分段線性插值等算法處理后得出相應的功率值。本系統(tǒng)ADC模塊采用24位的ADS1220,采樣精度高;核心控制器是ARM系列的STM32F103VCT6,集成功能豐富;輸入輸出通過USART和LCD觸屏實現(xiàn)不同場合下的人機交互。此外,當比較器檢測到功率超過一定閾值時,將控制MOSFET開關電路,切斷信號或是電源以保護微波系統(tǒng)中的關鍵部件。最后分析了測量系統(tǒng)中存在的失配誤差和溫度誤差,并提出了相應的誤差修正方法。最終完成了小型化寬帶功率檢測模塊的設計。該系統(tǒng)尺寸較小(約為250mm*75mm*55mm),連接形式靈活,成本低,能實時準確地檢測6GHz~18GHz寬帶微波信號的功率(平均功率),實現(xiàn)基波功率和諧波功率的分開測量;功率量程為-15dBm~30d Bm,測量誤差小于等于±0.4dB;具有小型化、數(shù)字化、準確性和重復性良好等特性,并具備功率過載報警及對微波電路系統(tǒng)的自動保護功能。
[Abstract]:Microwave power measurement has important academic and commercial value in microwave communication, radar, environmental remote sensing and medical research. Modern microwave power measurement technology is developing towards miniaturization, modularization and broadband. In this paper, the development of microwave power measurement technology at home and abroad is analyzed, and the overall index and implementation scheme of miniaturized wideband power measurement module are established according to the requirements of wideband microwave power related projects. It consists of microwave power coupler, switch filter bank, microwave power detector and display and protection circuit. The strip line directional coupler is designed in ADS09 and IE3D by the method of passing measurement, so that the power measurement system can be embedded in the system to be monitored in real time. The frequency band of the coupler is 6 GHz ~ 18 GHz, the coupling degree is 20 鹵0.7 dB, the directivity is better than 16 dB, the insertion loss is less than 0.3 dB, the standing wave ratio is less than 1.2, and the size is smaller. Because the microwave signal is often mixed with harmonics in engineering application, the system uses the switch filter bank to realize the separation of fundamental wave and harmonic, which is the innovation of this measurement system. The microwave switch uses the high performance Agilent N1810UL electromechanical coaxial switch, the frequency is as high as 26.5 GHz, the insertion loss is less than 0.7 dB, the single pole double throw. The filter bank is composed of 6GHz / 10GHz / 10GHz / 10GHz two-channel bandpass filter with high Q value and low loss. The insertion loss of the two bandpass filters is less than 0.5 dB, the reflection is greater than 15 dB, the out-of-band suppression is larger than 40dB (partial 300MHz), and the performance is similar. The core part of microwave power detection system is microwave power detection module, which is also the focus of this paper. A Schottky diode detector based on SMS7630-061 is designed by adopting the circuit model of diode front-end wideband matching and back-end low-pass filtering. S parameters are used to simulate its reflection and insertion loss, and harmonic balance simulation is used to get the input power output voltage curve. The fabricated geophone is in the 6GHz~18GHz band, and the power range is-35dBm to 10 d Bm.. As the back-end signal processing part, the display and protection circuit module needs to convert the analog signal of the detection module into digital signal, and then get the corresponding power value by arithmetic mean filter, look-up table and piecewise linear interpolation algorithm. The ADC module of this system uses 24 bits ADS1220, to sample the precision high; the core controller is the ARM series STM32F103VCT6, integration function is rich; the input and output realizes the man-machine interaction under different situations through USART and LCD touch screen. In addition, when the comparator detects that the power exceeds a certain threshold, the MOSFET switch circuit will be controlled and the signal or power supply will be cut off to protect the key components in the microwave system. Finally, the mismatch error and temperature error in the measurement system are analyzed, and the corresponding error correction method is proposed. Finally, the design of miniaturized wideband power detection module is completed. The system has small size (about 250mm*75mm*55mm), flexible connection form and low cost. It can detect the power (average power) of 6GHz~18GHz wideband microwave signal in real time and accurately, and realize the separate measurement of fundamental power and harmonic power. The measuring error of-15dBm~30d Bm, is less than 鹵0.4dB. it has the characteristics of miniaturization, digitalization, accuracy and reproducibility, and has the function of power overload alarm and automatic protection to microwave circuit system.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM933.3

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本文編號：2337419