专利名称：功率传感器频率特性测试补偿装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种测试补偿装置及其方法，特别是一种用于大功率发射机的功率传感器频率特性测试补偿装置及其方法。
背景技术：
大功率发射机输出功率的检测对发射机的正常工作和保护是十分重要的。通常在发射机的输出端接入定向耦合器或分压器取出合适的高频输出信号，经补偿网络后通过检波二极管变换成直流电压信号，再送到指示电路或者微处理器进行处理。在进入实用之前必须对检波二极管及其补偿电路进行指示精度和频率响应的调试和校准。这通常需要在整机上进行。先将发射机通过一台标准的功率检测仪表接到相应功率的假负载上，然后开出额定功率，分别记录仪表指示的功率和本机指示的功率值。在工作频率范围内至少要开10 个以上的频率点，才能看出频率特性的变化趋势。通过调整补偿网络电路元件的参数来调整检波电路的频率响应，通过调整检波电路之后的分压器来校准其指示精度。对频率响应的调试有时进行得很顺利，有时却相当艰难，无论对补偿网络的参数如何调整，都难以得到理想的结果。大功率发射机普遍采用定向耦合器做为功率检测模块，用于发射机的功率指示和故障检测。定向耦合器可以采用不同的检波及其附属电路，但是其检波原理基本相同，为了更直观的理解，我们将定向耦合器或其它高频采样电路连同它们的检波及其附属电路(补偿网络)统称为“功率传感器”。现有的定向耦合器功率检测模块的典型电路结构如图1所示，主要由射频采样电路1，补偿网络2和检波与滤波电路3三部分构成。射频采样1是由电感Ll构成的电流互感器M和包含电容Cl、C2的分压器取样电路组成。经过适当的参数调整，两种取样信号叠加后输出与入射波或者反射波成正比的高频信号。射频采样电路输出的高频信号经二极管Vl检波，再经C4、R4组成的滤波电路平滑后送到直流电表以显示发射机的功率。由于二极管结电容和其它参数的不一致性，不同二极管的检波频率特性相差甚大，有的呈水平，有的呈上升或下降，且上升或下降的幅度也不相同，需要在取样电路和检波二极管Vl之间设置一补偿网络进行调整。补偿网络一般由分压电阻R3、R4和补偿电容C3构成。其实质是通过RC并联电路对不同频率的高频信号具有不同的阻抗值，从而对频率高端信号进行提升补偿(假定二极管本身的检波特性是高端下降的)。最终使对不同频率的信号检波输出幅度一致。由于二极管的检波频率特性的不一致性，这种补偿网络无法设计成统一参数的电路，只能通过开机上电调试配制，且需要一个一个频点进行调试和测量，包括更换电阻、电容，甚至检波二极管。调试时间之长，电能消耗之大，可想而知，且需要有丰富的调试经验。而现有二极管标准尚无有关检波频率特性的指标，更无测试二极管检波频率特性的方法和装置。随着大功率发射机对功率传感器检测精度以及直流检波频率特性的要求越来越高，现有的设计、调试技术已经很难满足产品生产和调试的需要。因此需要一种包括设计、 加工制造以及调试技术在内的新方法，用以提高定向耦合器中的功率传感器的产品性能，
4并提高产品生产效率。有鉴于上述现有大功率发射机对功率传感器生产中存在的上述缺陷，本设计人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合测试原理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种功率传感器频率特性测试补偿装置及其方法，用以增强功率传感器的产品性能，并提高产品生产效率。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足，提供一种功率传感器频率特性测试补偿装置及其方法。本发明的目的及解决的技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种功率传感器频率特性测试补偿装置，包括频率特性测试仪和功率传感器测试补偿小盒(简称测试补偿小盒)，所述测试补偿小盒的面板上设有调试补偿网络的电阻及电容插孔，二极管插孔X5、X6 ；所述小盒内还设有输入阻抗匹配电路、滤波网络；所述小盒靠近调试补偿网络的插孔侧面设有连接所述频率特性测试仪的高频信号输出端的射频连接器； 靠近二极管插孔侧面设有连接所述频率特性测试仪的输入端的直流输出连接器；所述调试补偿网络的输入端通过所述输入阻抗匹配电路连接所述射频连接器，其输出端连接所述二极管插孔仍，所述二极管插孔X6连接通过所述滤波网络连接所述直流输出连接器。本发明的功率传感器频率特性测试补偿装置还可以采用以下的技术措施来进一步实现。前述的功率传感器频率特性测试补偿装置，其中所述频率特性测试仪是扫频仪或标量网络分析仪，且a.仪器的频率范围必须覆盖检波电路的工作频率范围；b.仪器必须设有至少一路外检波输入接口 ；c.仪器显示的垂直分辨率优于每格ldB。前述的功率传感器频率特性测试补偿装置，其中所述测试补偿小盒的面板上还设有单刀二位转换开关Si、双刀二位转换开关S2，所述小盒内还设有基准二极管。所述调试补偿网络的输出接单刀二位转换开关Sl的闸座S1-1，所述单刀二位转换开关Sl的刀座 S1-3连接所述二极管插孔)(5，所述单刀二位转换开关Sl的间座S1-2连接所述输入阻抗匹配电路；所述基准二极管通过所述双刀二位转换开关S2与所述二极管插孔)(5、)(6并联。前述的功率传感器频率特性测试补偿装置，其中所述测试补偿小盒的射频连接器是N型、或BNC型、或其它类型的射频插座；所述直流输出连接器是BNC插座、或独立接线柱、或其它端子构成。前述的功率传感器频率特性测试补偿装置，其中所述基准二极管是在大功率发射机工作频率范围内具有接近水平频率特性的检波二极管。本发明还提供一种使用上述装置进行功率传感器频率特性测试补偿的方法，包括以下步骤步骤1、校准测试系统用基准二极管进行测试，再用补偿网络对整个测试系统进行测试校准，其中包括1-1测试准备联结扫频仪与测试补偿小盒，测试补偿小盒上X5、)(6插孔间不接任何二极管，双刀二位转换开关S2将基准二极管接入电路，单刀二位转换开关Sl选择测试接输入匹配网络，测试二极管的检波频率特性；1-2仪器设置扫频信号输出衰减OdB，扫频范围设定为工作频段，垂直分辨率选择 IdB/ 度；1-3调整扫频仪输入信号的垂直位移旋钮，将输入信号曲线移到合适位置，使曲线的低端与某条水平刻度线对齐；1-4分析和判断如果曲线高低端响应误差在0. 5dB之内，则说明仪器和整个测试系统工作正常，可以进行下一步；如果没有曲线出现，或者显示的曲线误差非常坏，则表示系统出现故障，需要检查联结电缆是否可靠，仪器是否出现故障，排除故障后进行下一步；1-5检查补偿网络通路是否正常单刀二位转换开关Sl将补偿网络接入电路，将电容器及分压电阻接入补偿网络中，调节电容器，应能将响应检波频率特性曲线调到水平；如果调节可变电容器不起作用或调不到平坦，则属故障，应检查补偿网络各元件的接触是否良好，参数是否准确，将故障排除；步骤2、检测被测二极管检波频率特性2-1断开基准二极管和补偿网络，插入被测二极管将被测二极管插入测试补偿装置的二极管插孔X5和)(6，用开关S2将基准二极管断开；开关Sl选择测试，不通过补偿网络直接接输入阻抗匹配电路；2-2测出未经补偿的被测二极管检波频率特性曲线，具体调整方法同步骤1-3 ；2-3根据扫频仪显示的曲线倾斜状况，判断被测二极管频率特性是否合格，合格， 则进入步骤3 ；不合格，回到2-1更换新的被测二极管；步骤3、确定补偿网络各元件的参数根据扫频仪显示的频率响应曲线形状及频率范围内的最高、最低的差值，选取合适的电容电阻参数，使补偿后的曲线接近水平。本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明功率传感器频率特性测试补偿装置及其方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点1、本发明功率传感器频率特性测试补偿装置为高频检波二级管的筛选提供了测试手段，在元器件的采购方面可以节约成本，避免浪费；在功率传感器的生产方面可以缩短元器件供货周期，避免换购元器件所造成的工期延误。为功率传感器的设计、调试提供高效的解决方案，减小了调试难度，提高了产品性能。经过综合分析，大功率发射机功率传感器测试系统有着很高的经济和社会效益。2、本发明功率传感器频率特性测试补偿装置及其方法为功率传感器的设计、原器件筛选及大功率发射机输出响应调试提供整套解决方案。3、以往对定向耦合器直流检波频率响应的调试只能在发射机上进行，本发明研制开发的脱离发射机的独立调试系统，更能适应批量化生产的需要。将定向耦合器的检波电路移植到测试附件中，对检波电路进行检测及调试。调试完成后将包括二极管及其补偿网络的整套功率传感器安装到定向耦合器中，再装入发射机进行验证。这样使得以前只能在大功率发射机上进行的调试可以转移到小信号仪器上进行，节省了大量人力、物力及电能， 缩减了生产成本。综上所述，本发明功率传感器频率特性测试补偿装置及其方法具有上述诸多优点及实用价值，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有技术具有增进的突出多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。


图1是现有定向耦合器及功率检测模块的电路图。图2是本发明检波电路频率特性测试装置3是本发明功率传感器频率特性测试补偿装置测试系统方框图。图4是本发明功率传感器频率特性测试补偿方法流程图。图5到图10是基准二极管、被测二极管补偿前后的测试曲线图。
具体实施例方式有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。请参阅图2、图3所示，本发明所提供的一种功率传感器频率特性测试补偿装置， 包括用作测试的频率特性测试仪10和功率传感器测试补偿小盒20，其中所述测试补偿小盒20的面板21上设有调试补偿网络30的电阻及电容插孔22，具体是两组多对调试补偿网络元件的插孔，每对插孔都可插入电阻R2、R3、电容C3。测试补偿小盒的面板上还设有被测二极管插孔)(5和)(6 ；所述小盒靠近补偿网络插孔的侧面设有射频连接器XSl，用于连接所述频率特性测试仪的高频信号输出接口，靠近被测二极管插孔侧面设有直流检波信号输出连接器XS2 (BNC插座或2mm插针，两种输出接口形式可任选)，用于连接所述频率特性测试仪的输入接口 ；所述小盒内，设有输入阻抗匹配电路和滤波电路，所述输入阻抗匹配电路与频率特性测试仪的输出阻抗相匹配。所述补偿网络的输入端连接所述射频连接器XS1，另一端连接所述二极管插孔仍，所述二极管插孔X6通过所述滤波电路接直流输出连接器XS2。检测二极管的检波频率特性时，将被测检波二极管插入二极管插孔)(5、X6，用短路线短接补偿网络元件的插孔，使被测检波二极管的正极通过所述输入匹配电路连接频率特性测试仪的高频信号输出接口，被测检波二极管的负极接频率特性测试仪的输入接口，对被测检波二极管进行初测以判断是否合格，然后根据被测检波二极管初测结果，选择一定参数的补偿网络的电阻R2、R3及电容C3，分别插入测试补偿小盒面板上的所述电阻及电容插孔中，进行补偿，调整元件参数，使功率传感器的频率特性曲线接近水平。调试完成后将包括二极管及其补偿网络的整套功率传感器安装到定向耦合器中，再装入发射机进行验证。使得只能在大功率发射机上进行的调试，转移到小信号仪器上进行，节省了大量人力、 物力及电能，缩减了生产成本。具体测试及补偿将在后述方法中详细描述。所述频率特性测试仪是扫频仪或标量网络分析仪，且a.仪器的频率范围必须覆盖检波电路的工作频率范围；b.仪器必须设有至少一路外检波输入接口 ；c.仪器显示的垂直分辨率优于每格ldB。为提高调试速度，减少插装时间，避免标准补偿网络及基准二极管丢失，所述测试补偿小盒的面板上还设有单刀二位转换开关Si、双刀二位转换开关S2，所述小盒内还设有基准二极管。所述调试补偿网络的输出接单刀二位转换开关Sl的闸座S1-1，所述单刀二位转换开关Sl的刀座S1-3连接所述二极管插孔)(5，所述单刀二位转换开关Sl的闸座S1-2 连接所述输入阻抗匹配电路；所述基准二极管通过所述双刀二位转换开关S2与所述二极管插孔)(5、)(6并联。通过开关切换即可进行检测调试工作。所述测试补偿小盒的射频连接器是N型、或BNC型、或其它类型的射频插座；所述直流输出连接器是BNC插座、或独立接线柱、或其它端子构成。所述基准二极管是在大功率发射机工作频率范围内具有接近水平频率特性的检
波二极管。本发明的功率传感器频率特性测试补偿装置，用作检测被测二极管的检波频率特性时，先不接入该二极管，将基准二极管Vl及补偿网络的电阻R2、R3及可变电容C3接入， 对扫频仪及整个测试系统进行校准。然后再将被测二极管替换基准二极管插入二极管插孔 X5、)(6中，用扫频仪检测被测二极管的频率特性，亦可以此作为高频检波二级管的筛选。请参见图4本发明还提供一种使用上述装置进行功率传感器频率特性测试补偿的方法，包括以下步骤步骤1、校准测试系统用基准二极管进行测试，再用补偿网络对整个测试系统进行测试校准，其中包括1-1测试准备联结扫频仪与测试补偿小盒，测试补偿小盒上X5、X6插孔间不接任何二极管，双刀二位转换开关S2将基准二极管接入电路，单刀二位转换开关Sl选择测试接输入匹配网络，直接测试基准二极管的检波频率特性；1-2仪器设置扫频信号输出衰减OdB，扫频范围设定为工作频段，垂直分辨率选择 IdB/ 度；1-3调整扫频仪输入信号的垂直位移旋钮，将输入信号曲线移到合适位置，使曲线的低端与某条水平刻度线对齐；测出的基准二极管的检波频率特性如图5所示；1-4分析和判断如果曲线高低端响应误差在0. 5dB之内，则说明仪器和整个测试系统工作正常，可以进行下一步；如果没有曲线出现，或者显示的曲线误差非常坏，则表示系统出现故障，需要检查联结电缆是否可靠，仪器是否出现故障，排除故障后进行下一步；1-5检查补偿网络通路是否正常单刀二位转换开关Sl将补偿网络接入电路，将电容器及分压电阻接入补偿网络中，调节电容器，即能将响应检波频率特性曲线调到水平 (如图6所示)；如果调节可变电容器不起作用或调不到平坦，则属故障，应检查补偿网络各元件的接触是否良好，将故障排除；步骤2、检测被测二极管检波频率特性2-1断开基准二极管和补偿网络，插入被测二极管将被测二极管插入测试补偿装置的二极管插孔X5和)(6，用开关S2将基准二极管断开；开关Sl选择测试，不通过补偿网络直接接输入阻抗匹配电路；2-2测出未经补偿的被测二极管检波频率特性曲线，具体调整方法同步骤1-3 ；2-3根据扫频仪显示的曲线倾斜状况，判断被测二极管频率特性是否合格，合格，则进入步骤3 ；不合格，回到2-1更换新的被测二极管；判断是否合格的标准则根据经验和任务的批量以及检测精度要求确定。图7、图9分别显示合格和不合格二极管的检波频率特性曲线的例子。步骤3、确定补偿网络各元件的参数根据扫频仪显示的频率响应曲线形状及频率范围内的最高、最低的差值，选取合适的电容电阻参数，使补偿后的曲线接近水平。对于合格的检波二极管。在补偿网络中与R2并联的插孔中插入不同容量的电容器C3，就可改变响应曲线的斜率。(电阻R2和R3的值是根据经验数据预先确定的，适合大多数被认定为合格的检波二极管)；具体是，根据扫频仪显示的曲线形状及频率范围内的最高、最低的差值，选择一个合适的电容器，使曲线的斜率最小，如图8所示合格二极管补偿后的检波特性曲线。这时补偿网络各元件的参数基本确定。对于不合格二极管也可通过补偿，来达到接近水平。如果被测二极管检波频率特性很差或被认定为不合格，则无论更换何种数值的补偿电容，响应曲线的误差仍然很大，或者根本不发生变化。这时就要改变分压电阻的比值后再调整补偿电容的值。这项工作需反复进行多次，甚至还需要接入补偿电感。一般情况下，总可以找出适合于该二极管的网络参数。该步骤在极端条件下可以作为功率传感器频率特性补偿网络参数调整的解决办法，但是在批量生产或对多台设备有较高一致性要求的情况下，调试难度很高，生产效率很低。图 10是不合格二极管补偿后的检波特性曲线。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种功率传感器频率特性测试补偿装置，其特征在于包括频率特性测试仪和功率传感器测试补偿小盒，所述测试补偿小盒的面板上设有调试补偿网络的电阻、及电容插孔，二极管插孔X5、X6 ；所述小盒内还设有输入阻抗匹配电路、滤波网络；所述小盒靠近调试补偿网络的插孔侧面设有连接所述频率特性测试仪的高频信号输出端的射频连接器；靠近二极管插孔侧面设有连接所述频率特性测试仪的输入端的直流输出连接器；所述调试补偿网络的输入端通过所述输入阻抗匹配电路连接所述射频连接器，其输出端连接所述二极管插孔仍，所述二极管插孔X6连接通过所述滤波网络连接所述直流输出连接器。
2.根据权利要求1所述的功率传感器频率特性测试补偿装置，其特征在于所述频率特性测试仪是扫频仪或标量网络分析仪，且a.仪器的频率范围必须覆盖检波电路的工作频率范围；b.仪器必须设有至少一路外检波输入接口 ；c.仪器显示的垂直分辨率优于每格 ldB。
3.根据权利要求1所述的功率传感器频率特性测试补偿装置，其特征在于所述测试补偿小盒的面板上还设有单刀二位转换开关Si、双刀二位转换开关S2，所述小盒内还设有基准二极管；所述调试补偿网络的输出接单刀二位转换开关Sl的闸座S1-1，所述单刀二位转换开关Sl的刀座S1-3连接所述二极管插孔)(5，所述单刀二位转换开关Sl的闸座S1-2连接所述输入阻抗匹配电路；所述基准二极管通过所述双刀二位转换开关S2与所述二极管插孔X5、X6并联。
4.根据权利要求1所述的功率传感器频率特性测试补偿装置，其特征在于所述测试补偿小盒的射频连接器是N型、或BNC型、或其它类型的射频插座；所述直流输出连接器是 BNC插座、或独立接线柱、或其它端子构成。
5.根据权利要求1所述的功率传感器频率特性测试补偿装置，其特征在于所述基准二极管是在大功率发射机工作频率范围内具有接近水平频率特性的检波二极管。
6.一种使用上述装置进行功率传感器频率特性测试补偿的方法，包括以下步骤步骤1、校准测试系统用基准二极管进行测试，再用补偿网络对整个测试系统进行测试校准，其中包括1-1测试准备联结扫频仪与测试补偿小盒，测试补偿小盒上X5、X6插孔间不接任何二极管，双刀二位转换开关S2将基准二极管接入电路，单刀二位转换开关Sl选择测试接输入匹配网络，测试二极管的检波频率特性；1-2仪器设置扫频信号输出衰减OdB，扫频范围设定为工作频段，垂直分辨率选择IdB/度；1-3调整扫频仪输入信号的垂直位移旋钮，将输入信号曲线移到合适位置，使曲线的低端与某条水平刻度线对齐；1-4分析和判断如果曲线高低端响应误差在0. 5dB之内，则说明仪器和整个测试系统工作正常，可以进行下一步；如果没有曲线出现，或者显示的曲线误差非常坏，则表示系统出现故障，需要检查联结电缆是否可靠，仪器是否出现故障，排除故障后进行下一步；1-5检查补偿网络通路是否正常单刀二位转换开关Sl将补偿网络接入电路，将电容器及分压电阻接入补偿网络中，调节电容器，应能将响应检波频率特性曲线调到水平；如果调节可变电容器不起作用或调不到平坦，则属故障，应检查补偿网络各元件的接触是否良好， 参数是否准确，将故障排除；步骤2、检测被测二极管检波频率特性2-1断开基准二极管和补偿网络，插入被测二极管将被测二极管插入测试补偿装置的二极管插孔X5和)(6，用开关S2将基准二极管断开；开关Sl选择测试，不通过补偿网络直接接输入阻抗匹配电路；2-2测出未经补偿的被测二极管检波频率特性曲线，具体调整方法同步骤1-3 ； 2-3根据扫频仪显示的曲线倾斜状况，判断被测二极管频率特性是否合格，合格，则进入步骤3 ；不合格，回到2-1更换新的被测二极管；步骤3、确定补偿网络各元件的参数根据扫频仪显示的频率响应曲线形状及频率范围内的最高、最低的差值，选取合适的电容电阻参数，使补偿后的曲线接近水平。
全文摘要
本发明涉及一种测试补偿装置及其方法，特别是一种功率传感器频率特性测试补偿装置及其方法，所述装置包括频率特性测试仪和功率传感器测试补偿小盒，所述测试补偿小盒的面板上设有调试补偿网络的电阻及电容插孔，二极管插孔X5、X6；所述小盒靠近调试补偿网络的插孔侧面设有射频连接器，所述射频连接器连接所述频率特性测试仪的高频信号输出端；靠近二极管插孔侧面设有直流输出连接器，所述直流输出连接器连接所述频率特性测试仪的输入端；所述调试补偿网络的输入端连接所述射频连接器，其输出端连接所述二极管插孔X5，所述二极管插孔X6连接直流输出连接器。本发明为功率传感器的设计、调试提供高效的解决方案，减小了调试难度，提高了产品性能。
文档编号G01R31/00GK102262187SQ20101018000
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者刘应阶, 曹海鹏, 李清亮, 杨丽华, 王全友, 郝书吉, 闫玉波 申请人:北京北广科技股份有限公司