射频信号功率检测技术

采用对数放大器的检波电路输出电压对输入信号的响应和温度稳定性
由上图可以看出：与二极管分立元件检波电路相比，对数检波 电路具有较宽的动态范围和良好的温度稳定性能。
4.3采用RMS-DC变换器的检波方式

上图为ADI公司的AD8361芯片的内部电路原理框图， 输入的信号经平方律检波后再经过以平方律电路作 为反馈的放大器放大，在经过缓冲放大后输出与输 入信号有效值对应的电压Vrms。
三、几种常用的单位之间的关系
峰值因子的定义：信号的峰值与有效值之 间的比值。
功率和电压之间的换算关系图
四、功率检测常用的几种方法
二极管分立元件检波方式
采用对数放大器的检波方式 采用RMS-DC变换器的检波方式
4.1采用二极管分立元件的检波方式

二极管分立元件检波电路原理图上图所示：输入端 的对地电阻起到输入阻抗匹配的作用，二极管输出 端的电容为充放电电容，R1为有效负载。二极管检 波电路的充放电原理较为简单，在此不再赘述。
用户了解设备的当前工作状态。
在控制方面的意义：功率检测在功率控制中，
特别是保护放大器和其它附属设备不长时间 超负荷工作的作用十分重大。
V2
二、功率的定义
以瓦（W）为单位的功率定义为:
其中，V和I均为有效值，而R为阻抗，射频电 路的阻抗通常为50Ω。对于射频电路来说， 由于源阻抗和负载的阻抗均是固定的，所以 实际上对于功率的测量还是依赖于有效值电 压的测量（即RMS电压的测量） 。
六、常用的功率检测方法适用范围比较（续）

RMS-DC变换检波电路：此类产品的输出电压是对 应输入信号的有效值，所以又被称为“TRUE POWER”检波器。ADI公司的AD836*系列即为此类 产品。该类产品可以准确测量任意类型信号“真实” 功率，但该类器件与二极管检波器和对数检波器相 比的不足为价格较为昂贵（AD8362的网上公开价 格为$6.25),RMS-DC变换检波电路非常适用于峰值 因子不断变化的信号(如CDMA和WCDMA信号的功 率检测)。
在具体的设计时,可以根据不同用户需求的不同在以上多种解决方案中选取.
3000 2000 1000 0 -26 -23 -20 -17 -14 dBm -11 -8 -5 -2
mV
dBm
试验数据表明：在小信号端，极限低温（－40℃）的输出电压相对 于常温（＋25℃）输出电压变化量较大（超出2dB），这将造成低温下 输出功率检测误差较大，而在极限高温（＋75℃）时的输出电压相对于 常温时输出电压的变化量较小（小于1dB)。在进行产品设计时要考虑到 极限低温下是否要求更高精度的功率检测，如果极限低温下对功率检测 精度要求较高则不能选用此电路。
常温 低温 高温
2000 1500 1000 500 0 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 dBm
mV
以上两图为AD8362在极限温度下对WCDMA信号的电 压响应曲线,通过计算可以得知极限低温（－40℃）下的输 出电压与常温下输出电压变化量等效的功率变化量最大值约 为1.2dB。极限高温（＋75℃）下输出电压与常温下输出电 压变化量等效的功率变化量最大值约为1.2dB。
-10
-5
mV
采用对数检波器检测电路高低温下输出电压的稳定性
GSM上行温度变化曲线 1000 800
mV
GSM下行温度变化曲线 1000 800
400 200 0 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 dBm
400 200 0 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 dBm
mV
4000
常温 低温 高温
常温 高温 低温
7.2采用AD8312对数检波器电路(以GSM900MHz信号为例)
1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15
GSM上行 GSM下行
dBm
由上图可以看出:对于GSM900MHz工作频段上、下行 输出电压对应输入电平具有良好的一致性，这表明上、下行 可以采用相同的监控数据表。
七、几种实际使用电路实测结果
7.1采用HSMS-2850二极管检波器电路(以GSM900MHz信号为例)
7000 6000 5000
3000 2000 1000 0 -26 -23 -20 -17 -14 -11 dBm -8 -5 -2
上图为根据实际测试的数据所绘制出的曲线,对于GSM900MHz上、 下行信号的输出电压一致性较好，这表明上行和下行的监控数据表可以 采用同一个数据表。
由上图可以看出:通过计算可以得知极限低温（－40℃）下 的输出电压与常温下输出电压变化量等效的功率变化量最大值 约为1dB。极限高温（＋75℃）下输出电压与常温下输出电压 变化量等效的功率变化量最大值约为1.4dB。
mV
600
高温 常温 低温
600
常温 高温 低温
7.3采用AD8362均方根检波器电路(以WCDMA信号为例)
举例：ADI公司的有效值检波器AD8362对不同信号的响应
由上图可以看出：RMS-DC变换检波电路对于不同的输入信号均具有良好 的输出线性和稳定性以及较宽的线形动态范围。
五、频谱仪如何实现功率测量
ATT 变频 RBW 包络检波
对数 放大器
VBW
采样和数据处理
检波方 式 A/D
显 示 LO

频谱仪的信号功率检测实现如上图所示：输入信号经可变衰 减器（频谱仪的ATT）衰减后进行下变频处理，变频后的信 号经过可变带宽带通滤波器进行滤波（频谱仪的RBW）后 送入包络检波器进行信号的包络检测，经对数放大器放大后 （有些指标不用经过对数放大器）送入低通滤波器进行视频 滤波（频谱仪的VBW），再接下来就由微处理器控制信号的 采样方式（频谱仪的检波方式的选择）并进行A/D转换后送 至显示器显示。
八、 总 结
通过理论上分析和实际测试,总结出如下几点:
1. 采用二极管检波器的功率检测电路输出线性度差,且极限低温(-40℃)下输出电压 与常温相比变化量大,同时在进行多载波的功率检测时与单载波相比变化量大.所 以,采用二极管检波器的功率检测电路只能用于要求检测精度不高的场合. 2. 采用对数检波器件的功率检测电路只能用于恒包络调制信号的功率检测(如采用 GMSK调制的GSM信号),不能用于峰均比(或峰值因子)不断变化的信号(如CDMA 和WCDMA信号的功率检测). 3. 采用均方根检波器的功率检测电路可以用于任意波形的信号功率检测,均方根检 波器也是目前唯一与输入信号波形无关的输出电压响应器件.但该类器件价格较 为昂贵.
3000 2500 2000 1500 1000 500 0 -50 -45 -40 -35 -30 -25 dBm -20 -15 -10 -5
mV
WCDMA上行 WCDMA下行单载波 WCDMA下行两载波
由上图可以看出:对于WCDMA工作频段上、下行输出 电压对应输入电平具有良好的一致性，且单载波和多载波输 出电压一致性较好，这表明上、下行可以采用相同的监控数 据表。
六、常用的功率检测方法适用范围比较（续）

对数放大器检波电路：如ADI公司的AD831*系列，对数放大 器与二极管检波器相比的优势为具有良好的线形、较宽的动 态范围和良好的温度稳定性能。但由于对数检波放大器也是 对输入信号电压的响应，所以其输出电压也不是与输入信号 的功率对应，这一点在实际使用中可以发现：对于GSM信号， 单载波时通过校准是比较准的，但对于GSM多载波信号就不 准。而对于CDMA和WCDMA这些峰值因子不断变化的信号 功率的准确测量更难以实现，但比较适合GSM单载波信号的 功率测量（适用于GSM载波选频直放站的每个载波通道的功 率测量）。ADI公司该系列的AD8312具有较高的性价比（网 上公开价格为$1.07)。
六、常用的功率检测方法适用范围比较

二极管分立元件检波电路：如公司目前仍在使用的 Agilent公司的HSMS-2850，采用独立二极管的检波 电路由于没有采用温度补偿和校准等措施，此类器 件的优势为价格低廉，但性能表现不佳，具体表现 为动态范围小，线性度差；同时，由于二极管检波 电路的输出是对输入信号电压幅度的响应，所以对 于复杂信号（例如峰值因子不固定的CDMA和 WCDMA的信号）的准确功率测量变得十分困难。
mV
4000
GSM上行 GSM下行
采用二极管检波器检测电路高低温下输出电压的稳定性
GSM上行温度变化曲线 7000 6000 5000
GSM下行温度变化曲线 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
-26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2
采用对数检波器检测电路高低温下输出电压的稳定性
WCDMA上行温度变化曲线 3000 2500 2000
mV
WCDMA下行温度变化曲线 3000 2500 WCDMA下行单载波常温 WCDMA下行单载波低温 WCDMA下行单载波高温 WCDMA两载波常温 WCDMA两载波低温 WCDMA两载波高温
1500 1000 500 0 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 dBm
RF信号功率检测技术
编写：朱俊杰
研发中心预研部射频室
2005年07月
目录
功率检测的意义 功率的定义
常用的几Βιβλιοθήκη Baidu单位之间的关系
功率检测常用的几种方法 频谱仪如何实现功率的测量 常用的功率检测方法适用范围比较 几种实际使用电路实测结果 总结
一、功率检测的意义
在测量方面的意义：准确的功率检测可以让
二极管分立元件电路输出电压对输入信号的响应和温度稳定性
由上图可以看出：二极管分立元件电路温度稳定性能很差。
4.2采用对数放大器的检波方式

对数放大器的构成原理框图如上图所示：采用级联的放大器， 并且在每级放大器的输出均采用全波整流电路，各级输出的 全波整流电路的输出经加法器相加后再经低通滤波器滤波后 输出较为平滑的直流电压。