基于AD8307的射頻功率測量電路設(shè)計(jì)

蔣振，孟進(jìn)，何方敏，李毅，張家毫

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基于AD8307的射頻功率測量電路設(shè)計(jì)

蔣振，孟進(jìn)，何方敏，李毅，張家毫

（海軍工程大學(xué)艦船綜合電力技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430033）

提出的一種基于AD8307的射頻功率測量電路設(shè)計(jì)方案，使用一電阻和一電容將傳輸線上的射頻信號功率耦合進(jìn)AD8307芯片，AD8307芯片將其轉(zhuǎn)換成直流電壓信號輸出。該電路測量功率范圍可從1 W到100 W，工作頻率從高0.1 MHz到100 MHz。測試結(jié)果驗(yàn)證的該方案的可行性。

AD8307 射頻功率測量

0 引言

準(zhǔn)確的射頻功率測量技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，為了保護(hù)接收設(shè)備前端電路，實(shí)時監(jiān)測在高頻設(shè)備間或高頻電路中傳輸信號的功率是十分必要的。功率測量的方式一般可歸結(jié)為兩類：吸收式（又稱終端式）和通過式。前者利用功率探頭作為被測系統(tǒng)的終端負(fù)載，它吸收全部被測功率；后者只吸收很小部分功率。具體又分為四種方法：二極管檢測法、等效熱檢測法、均方根到直流變換檢測法、對數(shù)放大檢測法。二極管檢測法不能直接測量輸入功率的有效值，當(dāng)被測信號不是正弦波時，測量誤差較大；等效熱檢測法在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)難度較大，且設(shè)備成本昂貴；均方根到直流變換檢測法測量功率精度較高且測量頻帶較寬，但當(dāng)輸入功率較低時，低溫對輸出影響較大，且實(shí)現(xiàn)成本昂貴[1-6]；本文介紹了一種基于對數(shù)放大器AD8307 芯片的通過式功率測量設(shè)計(jì)方案[7-8]，利用一個高值電阻和一個低值電容來將傳輸線上的功率耦合到AD8307模塊，AD8307芯片將耦合進(jìn)的功率轉(zhuǎn)換為電壓輸出。

1 AD8307簡介

AD8307[9]是應(yīng)用于頻率在500 MHz以內(nèi)的，動態(tài)范圍達(dá)92 dB（-75 dBm-+17 dBm）的多級對數(shù)放大器。它采用8引腳SOIC-N封裝，如圖1所示。使用2.7~5.5 V、7.5 mA單電源供電，低功耗，3 V時功耗僅為22.5 mW?？蓮V泛應(yīng)用于對信號功率需要準(zhǔn)確測量的高頻通信和儀器儀表系統(tǒng)中。利用AD8307測量功率時，典型的線性斜率為0.025 V/dB，測量范圍為-75 dBm~+16 dBm。

3 電路設(shè)計(jì)

整體電路原理圖如圖2所示。

AD8307的1腳和8腳之間的輸入阻抗in約為1.1 kΩ，通過調(diào)整1和3的阻值，可以適當(dāng)調(diào)整射頻輸入的動態(tài)范圍，在本電路中，取3=1.5 kΩ，1=100 kΩ，則3與1上的分壓比例系數(shù)a約為：

即約為：

所以射頻輸入的動態(tài)范圍約為-75+44 dBm~ 16+44 dBm，即-29 dBm~ 60dBm（約1 μW~1 kW）。

輸出電壓（V）與輸入功率（dBm）之間的線性關(guān)系為

在通常情況下，截距b取1。但是對于不同頻率情況下的待測信號，實(shí)際功率測量值與在b取1時計(jì)算得到了理論值有所偏差。因此為得到更為精確的計(jì)算式，需要對截距b做出一定的調(diào)整。

圖2 整體電路原理結(jié)構(gòu)

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析

圖3-圖5是AD8307輸出電壓與不同信號頻率（=3 MHz、=15 MHz、=30 MHz）下的測量功率間的關(guān)系圖（虛線為實(shí)測值，實(shí)線為理論計(jì)算值）。圖中理論值是在=1的情況下計(jì)算得到的。

從圖3-圖5容易看出，電壓的實(shí)際值與理論值兩條曲線的斜率幾乎是相等的，只是在不同信號頻率下，實(shí)際值曲線的截距有所偏差，這與實(shí)際情況是相符的。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過一定的補(bǔ)償來減小截距的偏差。

圖3 AD8307輸出電壓（V）與測量功率（dBm）關(guān)系圖，f=3 MHz

圖4 AD8307輸出電壓（V）與測量功率（dBm）關(guān)系圖，f=15MHz

圖5 AD8307輸出電壓（V）與測量功率（dBm）關(guān)系圖，f=30MHz

當(dāng)沒有輸入信號時，即輸入功率為0 W時，AD8307輸出電壓約為0.220 V。這個偏置電壓是引起圖3-圖5中電壓實(shí)際值與理論值曲線截距不同的主要因素。所以，式（3）中的截距應(yīng)當(dāng)修正為1.220。得

圖6-圖8為截距修正后的AD8307輸出電壓與不同信號頻率（f =3 MHz、f =15 MHz、f =30 MHz）下的測量功率間的關(guān)系圖（虛線為實(shí)測值，實(shí)線為理論計(jì)算值）。

圖7 截距修正后AD8307輸出電壓（V）與測量功率（dBm）關(guān)系圖，f=15 MHz

從圖6-圖8可以看出，截距修正后，電壓的實(shí)測值與理論計(jì)算值偏差變小，尤其是在=30 MHz時，兩條曲線幾乎重合，由此可見修正后的式（4）是可行的。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種基于AD8307的通過式實(shí)時功率測量電路，電路結(jié)構(gòu)簡單。該電路在吸收很小部分傳輸線上的功率情況下，能夠較為精確地實(shí)時測量傳輸線上的功率，使用方便，并且經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了該電路的有效性。

圖8 截距修正后AD8307輸出電壓（V）與測量功率（dBm）關(guān)系圖，f=30 MHz

[1] 沙占友, 薛樹琦, 安國臣. 射頻功率測量技術(shù)及其應(yīng)用. 電測與儀表, 2005, 42(476).

[2] 沙占友. 功率測量技術(shù)及其應(yīng)用. 電源技術(shù)應(yīng)用, 2006, 9(7).

[3] 余振坤, 曲文英. 射頻大功率測量誤差分析. 微波學(xué)報(bào), 2006, 22(3).

[4] 和宏海. 射頻功率測量在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用. 測試技術(shù)與應(yīng)用, 2002, 32(10).

[5] 楊勇, 鄭正奇. 3GHz射頻功率計(jì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn). 電子工程師, 2007, 33(2).

[6] 李坤黨, 趙浩. 微波功率測量反射信號影響及二極管微波功率計(jì)測量不確定度分析. 儀器儀表學(xué)報(bào), 2012, 33(8).

[7] 梁維剛. AD8307與Atmega8在射頻功率測量中的應(yīng)用. 廣西物理, 2007, 28(1).

[8] 單淑娟, 李明東, 呂國豐. AD8307型對數(shù)放大器及其應(yīng)用. 電子設(shè)計(jì)工程, 2010, 18(1).

[9] AD8307datasheet.

Design of a RF Power Sensor Circuit Based on the AD8307

Jiang Zhen, Meng Jin, He Fangmin, Li Yi, Zhang Jiahao

(National Key Laboratory for Vessel Integrated Power System Technology, Naval University of Engineering, Wuhan 430033 China)

TM933.3

A

1003-4862（2014）10-0074-03

2014-01-13

蔣振（1990-），男，碩士研究生。碩士研究生。研究方向：電磁兼容。