CN103869177A - 射频测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频测量装置,包括:第一电容、第一微带线、第一检波二极管、第一电阻、第二电阻和第二电容;其中:第一电容第一端输入射频信号;第一电容第二端连接第一微带线第一端;第一微带线第二端、第一电阻第一端、第一检波二极管阴极相互连接;第一电阻第二端接地;第一检波二极管阳极、第二电阻第一端、第二电容第一端相互连接;第一检波二极管阳极输出检波电压;第二电阻第二端输入直流偏置信号;第二电容第二端接地;第一微带线第二端还连接有谐振电路。采用本发明可以解决检波电路中检波电压随频率变化而变化的问题,达到拓宽检波电路频响的目的。
Description
技术领域
本发明涉及测试测量技术领域,尤其涉及射频测量装置。
背景技术
在测试测量领域中,射频信号源是射频微波工作者必备的测试测量仪器之一,它可以根据使用者的设定输出不同频率幅度的射频信号,射频信号源要求输出幅度精度高,频带宽,幅度动态范围大。
射频信号源中包括有自动电平控制(Automatic Level Control,ALC)电路,自动电平控制电路是一个控制信号幅度的环路,输出信号经检波后反馈至放大器或衰减器来调节通道功率,使得经过自动电平控制电路后的信号电平稳定、可控。自动电平控制电路包括有检波电路。
图1是现有技术中一种常见的自动电平控制电路的结构示意图。图1中射频信号由1A端口输入,经过ALC电路环路后通过1F端口输出。1A端口输入的射频信号经衰减器101由1B端口输出至射频功率放大器103,放大后由1F端口输出。1A端口输入的射频信号幅度随输入频率的变化而变化,经过ALC电路环路后,1F端口的射频输出将维持在与1G端口输入的参考电压相关的电平上,而且保持恒定值。1F端口的射频输出经过耦合器104将一部分射频信号交给检波电路106检波,得到的检波电压经过对数放大器110将其对数放大,在这过程中检波电路106和对数放大器110将1F端口的射频输出转化为按对数变化的线性电压,然后通过加法器109与1G端口输入的参考电压相比较,加法器109输出误差电压送给由电容105和运放108构成的积分器来调整指数放大器102,指数放大器102连接衰减器101控制端1C,控制衰减器101将1A端口输入的射频信号功率衰减至合适的值,使最后参考电压与对数放大器110输出电压相等,ALC电路环路达到平衡。
在ALC电路环路中,检波电路的动态范围在一定程度上决定了整个ALC电路环路的动态范围,而且其频响也决定了整个ALC电路环路的频响(检波电压与频率之间的关系)。
检波电路除了可应用于射频信号源的ALC电路,还可以应用于射频功率保护电路、频谱分析仪中的扫频的第一本振信号幅度调整电路等宽频带的领域。
图2为现有技术中常见的检波电路的结构示意图。图2中2A端口是射频信号输入口,2B端口是检波电压输出端口,2C端口是二极管偏置电压端。射频信号输入隔直电容21后,由微带线22的2D端口输入,2E端口输出,经过微带线22将射频信号耦合至匹配电阻23处,同时射频信号也施加在检波二极管24和检波电容26上,由检波二极管24的非线性产生检波电压通过检波电容26滤波后在2B端口输出。2C端口加入的直流偏置信号通过偏置电阻25和匹配电阻23给检波二极管24提供直流偏置电流。一般情况下微带线22是一段50欧姆微带线。
图3为现有技术中倍压检波电路的结构示意图,与图2的差异在于增加了检波二极管37,这样最终检波出来的电压就是检波二极管37和检波二极管34的和,电容38与图2中电容21一样是隔直电容,图3中隔直电容38可以防止检波偏置受电阻33影响,即防止由地、电阻33、检波二极管37组成的回路的射频信号的影响;而图2中隔直电容21可以防止检波偏置受射频输入的影响,图3中在3A端口至微带线32之间也可以有同样的隔直电容31。电阻33用于宽带匹配。电容36是检波电容,滤除射频信号之用。一般情况下微带线32也是一段50欧姆微带线。相对于图2的检波电路而言,图3的倍压检波电路检波出来的电压更高,检波动态范围更大。
理论上检波二极管的检波电压不应随频率的变化而变化,但实际上由于检波二极管存在结电容,封装存在引线电感,这样在检波二极管的检波过程中,结电容和引线电感存在谐振,导致检波二极管上的电压随频率的变化而变化。
发明内容
本发明实施例提供一种射频测量装置,用以解决检波电路中检波电压随频率变化而变化的问题,达到拓宽检波电路频响的目的,该射频测量装置包括:
第一电容、第一微带线、第一检波二极管、第一电阻、第二电阻和第二电容;其中:
第一电容第一端输入射频信号;第一电容第二端连接第一微带线第一端;第一微带线第二端、第一电阻第一端、第一检波二极管阴极相互连接;第一电阻第二端接地;第一检波二极管阳极、第二电阻第一端、第二电容第一端相互连接;第一检波二极管阳极输出检波电压;第二电阻第二端输入直流偏置信号;第二电容第二端接地;
第一微带线第二端还连接有谐振电路。
本发明实施例的射频测量装置,在检波二极管前加入谐振电路,可解决检波电路中检波电压随频率变化而变化的问题,达到拓宽检波电路频响的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
图1为现有技术中自动电平控制电路的结构示意图;
图2为现有技术中检波电路的结构示意图;
图3为现有技术中倍压检波电路的结构示意图;
图4为本发明实施例中检波电压变化示意图;
图5为本发明实施例的射频测量装置的结构示意图;
图6为本发明实施例的射频测量装置的一个具体实例的结构示意图;
图7为本发明实施例中检波电压示意图;
图8为本发明实施例中谐振电路的一个具体实例示意图;
图9为本发明实施例中谐振电路的另一具体实例示意图;
图10和图11为本发明实施例中谐振电路的又一具体实例示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
现有技术中由于检波二极管存在结电容,封装存在引线电感,这样在检波二极管的检波过程中,结电容和引线电感存在谐振,导致检波二极管上的电压随频率的变化而变化,当频率处于谐振频率点时,检波电压达到最大。图4为本发明实施例中检波电压变化示意图。如图4中的曲线4A所示,现有技术的检波电压随频率的增加而减小,到检波二极管的谐振频率fc时,检波电压达到负的最大。当然***最高频率fm要小于检波二极管的谐振频率fc,所以从图4中的曲线4A可以看到,检波出来的电压随频率的升高而减小。为了解决检波电路中检波电压随频率变化而变化的问题,改善宽频带检波电路的频响,发明人考虑,在检波二极管前加入进行频响调整的谐振电路,达到拓宽检波二极管频响,使检波电压不随频率的变化而变化,在宽频带应用中,增大检波动态范围。如图4中的曲线4B所示。
图5为本发明实施例的射频测量装置的结构示意图,如图5所示,本发明实施例的射频测量装置可以包括:
第一电容51、第一微带线52、第一检波二极管54、第一电阻53、第二电阻55和第二电容56;其中:
第一电容51第一端输入射频信号;第一电容51第二端连接第一微带线52第一端;第一微带线52第二端、第一电阻53第一端、第一检波二极管54阴极相互连接;第一电阻53第二端接地;第一检波二极管54阳极、第二电阻55第一端、第二电容56第一端相互连接;第一检波二极管54阳极输出检波电压;第二电阻55第二端输入直流偏置信号;第二电容56第二端接地;
第一微带线52第二端还连接有谐振电路57。将谐振电路57设于第一微带线52第二端是考虑到射频信号输入端口的驻波影响。
具体实施时,第一电容51是隔直电容,可防止检波偏置受射频输入的影响。第一电阻53用于宽带匹配。第二电容56是检波电容,用于滤除射频信号。第一微带线52可以是一段50欧姆微带线。
图6为本发明实施例的射频测量装置的一个具体实例的结构示意图,如图6所示,本例中:
第一微带线62第二端、第一电阻63第一端、第一检波二极管64阴极相互连接,是可以包括:第一微带线62第二端、第一电阻63第一端,经第三电容68与第一检波二极管64阴极连接;其中,第一微带线62第二端、第一电阻63第一端与第三电容68第一端连接;第三电容68第二端连接第一检波二极管64阴极;
第三电容68第二端、第一检波二极管64阴极还与第二检波二极管67阳极连接;第二检波二极管67阴极接地。图6中还包括:第二电阻65、第二电容66和谐振电路69。第二电阻65与图5中第二电阻55类似,第二电容66与图5中第二电容56类似,谐振电路69与图5中谐振电路57类似。
图6与图5的差异在于增加了检波二极管67,这样最终检波出来的电压就是第二检波二极管67和第一检波二极管64的和,第三电容68与图5中第一电容51一样是隔直电容,图6中第三电容68可以防止检波偏置受第一电阻63影响,即防止由地、第一电阻63、第二检波二极管67组成的回路的射频信号的影响;而图5中第一电容51可以防止检波偏置受射频输入的影响,图6中在6A端口至第一微带线62之间也可以有同样的第一电容61。第一电阻63用于宽带匹配。第二电容66是检波电容,滤除射频信号之用。一般情况下第一微带线62也是一段60欧姆微带线。相对于图5的射频测量装置而言,图6提供了倍压射频测量装置,检波出来的电压更高,检波动态范围更大。
图7为本发明实施例中检波电压示意图。由于理论上检波二极管的检波电压不随频率的变化而变化,但是实际上由于其结电容、封装引线电感的影响,导致检波电压随频率的变化而变化。实际上由于检波二极管中的电流比较小,检波输出负载较大,寄生参数(前述结电容和封装引线电感)谐振Q值高,检波电压也就在其谐振点上出现最大的峰值,如图7中曲线7A所示。这样当频率升高时,检波电压也就升高,总的检波动态范围受限,特别是当输入给检波二极管的射频功率较大时,频率升高会将检波二极管烧毁。另外宽带频率也会比较差。为改善频响和增大检波动态范围,在图5中的第一微带线52第二端和图6中的第一微带线62第二端连接谐振电路,使其谐振曲线如图7中的曲线7C所示,其谐振频率为检波二极管的自谐振频率,谐振Q值与检波二极管的谐振Q值相同,这样就可以达到均衡检波电压的目的,最终总的频响如图7中的曲线7B所示。
具体实施时,谐振电路可以有多种实现形式。图8为本发明实施例中谐振电路的一个具体实例示意图。如图8所示,谐振电路85可以包括:
第三电阻82、第二微带线83和第三微带线84;其中:
第三电阻82第一端连接第一微带线81第二端;第三电阻82第二端连接第二微带线83第一端;第三微带线83第二端连接第三微带线84第一端;第三微带线84第二端悬空;
第二微带线83为高阻微带线;第三微带线84为低阻微带线。
具体实施时,第二微带线83可以是直线形状,也可以是曲线形状。图8中的第二微带线83为直线形状。
具体实施时,图8中端口8A和8B位置不能交换,后面的实施例变形也一样。图8中的8A端口对应图5中的5D和图6中的6D;图8中的8B端口对应图5中的5E和图6中的6E,后面的实施例变形也一样。
图8中第一微带线81是***微带线,阻抗为50欧姆,对应图5中第一微带线52和图6中第一微带线62,后面的实施例变形也一样。第一微带线81输出口8B与检波二极管相连,也与谐振Q值调整电阻即第三电阻82相连。第三电阻82第二端与高阻微带线即第二微带线83相连,这个高阻微带线可以视为电感。高阻微带线与低阻微带线即第三微带线84相连,这个低阻微带线可以视为对地电容。没有选择电感和电容是由于实际电容电感的容值感值较大,不容易实现,也不好调整,故选用微带线。第三电阻、第二微带线83和第三微带线84构成谐振电路,其谐振频率可以与第一检波二极管谐振频率相同,也可以不完全相同,相同时可得出更佳效果。即一较佳的方案是,第二微带线和第三微带线的谐振频率与第一检波二极管谐振频率相同。谐振频率相同可以通过实验仿真实现,也可以根据寄生参数计算,其谐振Q值可以通过第三电阻82进行调整,最后其效果是谐振电路的谐振曲线与图7中的曲线7C相同,检波电压频响也相应展宽。由于谐振电路的谐振Q值和第一检波二极管谐振频率相同就达到了谐振曲线与图7中曲线7C相同,而谐振电路中微带线长度决定谐振频率,微带线宽度和电阻大小决定谐振Q值,因此可以根据谐振频率、谐振Q值确定谐振电路中微带线长度、宽度和电阻的大小。
图9为本发明实施例中谐振电路的另一具体实例示意图。图9是图8的变形,由于PCB(Printed Circuit Board,印刷电路板)空间有限,为减小微带线所占面积,可以将高阻抗微带线做成曲线形状。如图9所示,谐振电路95可以包括:
第四电阻92、第四微带线93和第五微带线94;其中:
第四电阻92第一端和第四微带线93第一端连接第一微带线91第二端;第四电阻92第二端和第四微带线93第二端连接第五微带线94第一端;第五微带线94第二端悬空;
第四微带线93为高阻微带线;第五微带线94为低阻微带线。
具体实施时,第四微带线93可以是曲线形状,也可以是直线形状。图9所示第四微带线93为曲线形状。
图9中的第四微带线93相当于串联电感,同时第四电阻92并联在高阻抗微带线即第四微带线93两端,低阻抗微带线即第五微带线94连接在第四电阻92和第四微带线93上,与图8中的低阻抗微带线即第三微带线84一样,相当于对地电容。第四微带线93和第五微带线94谐振频率与第一检波二极管自谐振频率一样,谐振Q值通过第四电阻92调节。
另外谐振电路可以通过微带开路线实施。图10和图11为本发明实施例中谐振电路的又一具体实例示意图。图10和图11就是用微带开路线谐振电路替代图8和图9中的高阻抗微带线和低阻抗微带线所构成的谐振电路。如图10和图11所示,谐振电路104、114可以包括:
第五电阻102、112和第六微带线103、113;其中:
第五电阻102、112第一端连接第一微带线101、111第二端;第五电阻102、112第二端连接第六微带线103、113第一端;第六微带线103、113第二端悬空;
第六微带线103、113长度为第一检波二极管谐振频率的四分之一波长。
谐振电路的谐振频率由第六微带线103、113的长度确定,其长度是二极管谐振频率的四分之一波长,实施时谐振电路的谐振频率也和PCB板材相关。第六微带线的长度是二极管谐振频率的四分之一波长,在相应的谐振频率下,微带线本来是开路端的反而变成了短路,这样就出现了一个谐振点,将其谐振在检波二极管的自谐振频率上,同样谐振Q值可以通过第五电阻102、112调节。
实施中第六微带线可以采用直线形状,也可以采用曲线形状,例如图10中第六微带线103是采用直线形状,图11中第六微带线113是采用曲线形状。
具体实施时,图8、图9中微带线长度可以相同。图10、图11中的微带线长度可以相同。而图8、图9与图10、图11中微带线长度可以不同。
具体实施时,图8、图9中高阻抗微带线大约可以取120欧姆,低阻抗微带线大约可以取20欧姆,即图8中第二微带线83可以是120欧姆微带线,第三微带线84可以是20欧姆微带线;图9中第四微带线93可以是120欧姆微带线,第五微带线94可以是20欧姆微带线。图8、图9中微带线宽度可以是固定的两种值,由其长度决定电感电容的大小。而图10、图11中微带线宽度没有具体要求。
综上所述,本发明实施例的射频测量装置,在检波二极管前加入谐振电路,可解决检波电路中检波电压随频率变化而变化的问题,达到拓宽检波电路频响的目的。
本发明实施例的射频测量装置可应用于宽频带(频段覆盖VHF(Very high frequency,甚高频)到C波段,即30M到8G)射频信号幅度调整电路,可以将射频信号功率转变为可供处理的低频电压或者电流。实际产品可应用于射频信号源的ALC电路、射频功率保护电路、频谱分析仪中的扫频的第一本振信号幅度调整电路等宽频带领域。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种射频测量装置,其特征在于,包括:
第一电容、第一微带线、第一检波二极管、第一电阻、第二电阻和第二电容;其中:
第一电容第一端输入射频信号;第一电容第二端连接第一微带线第一端;第一微带线第二端、第一电阻第一端、第一检波二极管阴极相互连接;第一电阻第二端接地;第一检波二极管阳极、第二电阻第一端、第二电容第一端相互连接;第一检波二极管阳极输出检波电压;第二电阻第二端输入直流偏置信号;第二电容第二端接地;
第一微带线第二端还连接有谐振电路。
2.如权利要求1所述的射频测量装置,其特征在于,第一微带线第二端、第一电阻第一端、第一检波二极管阴极相互连接,包括:第一微带线第二端、第一电阻第一端,经第三电容与第一检波二极管阴级连接;其中,第一微带线第二端、第一电阻第一端与第三电容第一端连接;第三电容第二端连接第一检波二极管阴极;
第三电容第二端、第一检波二极管阴极还与第二检波二极管阳极连接;第二检波二极管阴极接地。
3.如权利要求1或2所述的射频测量装置,其特征在于,谐振电路包括:
第三电阻、第二微带线和第三微带线;其中:
第三电阻第一端连接第一微带线第二端;第三电阻第二端连接第二微带线第一端;第三微带线第二端连接第三微带线第一端;第三微带线第二端悬空;
第二微带线为高阻微带线;第三微带线为低阻微带线。
4.如权利要求3所述的射频测量装置,其特征在于,第二微带线为直线形状。
5.如权利要求3所述的射频测量装置,其特征在于,第二微带线和第三微带线的谐振频率与所述第一检波二极管谐振频率相同。
6.如权利要求3所述的射频测量装置,其特征在于,第二微带线为120欧姆微带线;第三微带线为20欧姆微带线。
7.如权利要求1或2所述的射频测量装置,其特征在于,谐振电路包括:
第四电阻、第四微带线和第五微带线;其中:
第四电阻第一端和第四微带线第一端连接第一微带线第二端;第四电阻第二端和第四微带线第二端连接第五微带线第一端;第五微带线第二端悬空;
第四微带线为高阻微带线;第五微带线为低阻微带线。
8.如权利要求7所述的射频测量装置,其特征在于,第四微带线为曲线形状。
9.如权利要求7所述的射频测量装置,其特征在于,第四微带线和第五微带线的谐振频率与所述第一检波二极管谐振频率相同。
10.如权利要求7所述的射频测量装置,其特征在于,第四微带线为120欧姆微带线;第五微带线为20欧姆微带线。
11.如权利要求1或2所述的射频测量装置,其特征在于,谐振电路包括:
第五电阻和第六微带线;其中:
第五电阻第一端连接第一微带线第二端;第五电阻第二端连接第六微带线第一端;第六微带线第二端悬空;
第六微带线长度为所述第一检波二极管谐振频率的四分之一波长。
12.如权利要求11所述的射频测量装置,其特征在于,第六微带线为直线形状或曲线形状。
13.如权利要求1或2所述的射频测量装置,其特征在于,第一微带线为50欧姆微带线。
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Legal Events
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GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |