专利名称：通过式微波信号的提取和测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微波信号的提取和测量装置，特别是一种对被测系统毫无影响的通过式测量方式，工作于900MHz～930MHz频段(或VHF及UHF其它频段)，可实现微波频率、功率和负载(天馈系统)的驻波比测量，是微波射频识别技术领域的重要测试设备。
背景技术：
微波射频识别系统主要由电子标签和电子标签读出装置组成。电子标签是一种无源设备，靠电子标签读出设备输出的微波信号辐射场为其提供能量来实现标签数据的读取，因此读出设备输出功率大小、频率是否准确、天馈系统匹配是否良好是微波射频识别系统能够正常工作的关键要素之一。

发明内容
本实用新型的目的是提供一种通过式微波信号的提取和测量装置，要解决的技术问题是对微波的信号进行准确测量，而不对原有系统造成影响。
本实用新型采用以下技术方案一种通过式微波信号的提取和测量装置，工作于甚高频和超高频频段，包括分贝差驻波比测量电路、微波功率测量电路、微波功分器、微波频率测量电路、微波测试信号提取电路、微波合路器、微波同频相位相消电路、线性检波和放大，测量装置串接于被测设备和天馈系统之间或端接在被测设备的输出端，在微波信号提取电路的端口耦合功率、频率及驻波比测量用的测试信号。
本实用新型的微波测试信号提取电路设有第一定向耦合器，第一定向耦合器的耦合线输出端连接第二定向耦合器的输入端。
本实用新型的第二定向耦合器主线输出的信号由第一微波功分器分一路信号，经功率检波器、第一运算放大器、第二运算放大器输出；第一微波功分器的另一路信号经第一衰减器、第二微波功分器、专用移相线送入合路器。
本实用新型的第二定向耦合器耦合线输出的频率信号经第一放大器、第二放大器、前置分频器和整形电路输出。
本实用新型的第一定向耦合器耦合线隔离口输出的信号经第二衰减器进入合路器；所述第二微波功分器另一路信号和合路器输出的信号输入反射系数测量集成电路。
本实用新型的通过式微波信号的提取和测量装置工作于900MHz至930MHz频段。
本实用新型的第一定向耦合器选用IPI304-20，第二定向耦合器选用IDI304-10，第一微波功分器选用4D1304，第二微波功分器选用4D1304，第一衰减器和第二衰减器的衰减是20Db，反射系数测量集成电路选用AD8302ARU射频增益相位测量集成电路。
本实用新型与现有技术相比，采用定向耦合器，能够在线实时的监测大功率发射机的工作状态，在线测量其输出功率、频率和设备与天馈系统间的匹配状态等相关参数，而不影响被测系统，对小驻波比的测量，本装置有优良的性价比，特别适用需要不间断工作的微波系统的监测，如铁路车号自动识别系统、GSM通信网基站等；驻波比测量方式采用的是用“入射功率和反射功率分贝差”直接测量反射系数技术来求驻波比，具有成本低、动态范围大、一致性好等特点；采用同频相位相消电路，弥补了定向耦合器隔离度的不足，提高了驻波比测量精度和测量的动态范围。


图1是本实用新型的工作框图(连接天馈系统)。
图2是本实用新型的工作框图(连接负载)。
图3是本实用新型的反射系数测量集成电路框图。
图4是本实用新型实施例电路原理图。
图5是本实用新型电原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明，图1、2、3、4和5所示，第一定向耦合器P101和第二定向耦合器P105组成测量信号提取电路，第一定向耦合器P101提取正向功率和反向功率测量信号，第二定向耦合器P105从正向功率检测信号中再提出频率测量信号；第一微波功分器P102、二极管检波器U2、第一运算放大器U3B和第二运算放大器U3A构成了正向功率测量电路；由合路器P103、第二微波功分器P104、反射系数测量电路U1和专用移相线组成反向功率测量和相位相消电路；第一放大器U203、第二放大器U204、前置分频器U201和整形电路U202组成频率测量电路；电压基准源U4，为二极管检波器U2的直流偏置提供电压源，DC-DC变换器U5，将+5V输入电压变成-5V电压输出，用于为运算放大器提供负电源；大功率和小功率测量信号输出分别是Vpower1和Vpower2；相位测量信号和反射系数模值测量信号输出分别是Vphs和Vmag；第二功分器P104和合路器P103之间是移相线；第一微波功分器P102的另一路输出端与第二微波功分器P104的输入端之间设有第一衰减器Y101；第一定向耦合器P101的耦合线隔离口输出D端与合路器P103之间设有第二衰减器Y102。
本实用新型的通过式微波信号提取和测量装置工作于900MHz至930MHz频段，或甚高频及超高频其他频段，第一定向耦合器选用IPI304-20，第二定向耦合器选用IDI304-10，第一微波功分器和第二微波功分器选用4D1304，第一衰减器和第二衰减器的衰减是20dB，反射系数测量集成电路选用AD8302ARU射频增益相位测量集成电路，第一运算放大器U3B和第二运算放大器U3A选用LM158。
测试信号提取将本实用新型的通过式微波信号提取和测量装置串接于被测设备和天馈系统之间或端接在被测设备的输出端，本装置输出接50欧姆匹配负载，当被测设备的RF输出功率信号通过本装置的测量信号提取电路馈至天线或负载时，在测试信号提取电路的相关端口即可耦合出用于功率测量、频率测量及驻波比测量用的测试信号。由于测试装置的信号处理电路和被测设备在电气连接上是完全分开的，所以无论本装置是否工作正常都不会对原有系统造成任何影响。
功率测量本实用新型的功率测量使用检波式电路程式，从输入口测量入射功率，从输出口测量反射功率。为了增强信号提取电路性能，扩展驻波比测量的动态范围，对反射功率的测量还使用了同频相位相消技术。
频率测量本实用新型的频率测量采用的是计数分频式测频方式，被测频率信号经过2次分频后再送CPU的计数分频器进行处理，处理结果经误差校准后即可得到频率测量值。
驻波比测量不同于传统的驻波比测量方式，本实用新型采用了求入射功率和反射功率差并使用专用集成电路的方法来实现驻波比的测量。其测试方法的设计是基于下列理论
ρ＝(1+|Γ|)/(1-|Γ|)(1)式中ρ是驻波比，Γ是反射系数。Γ＝(Pr/Pin)1/2(2) 式中Pr是反射功率，Pin是入射功率。(2)式中，Γ＝(Pr/Pin)1/2可变化为以下的形式因为10lg(Pin/Pr)＝(10lgPin)(dBm)-(10lgPr)(dBm)＝Δ(dB)Δ(dB)为入射功率和反射功率的分贝差。lg(Pin/Pr)＝Δ(dB)/10 lg(Pr/Pin)＝-Δ(dB)/10即(Pr/Pin)1/2＝10(-Δ/20)故Γ＝(Pr/Pin)1/2＝10(-Δ/20)…………………(3)从式(3)可知，只要求出入射功率和反射功率的分贝差Δ(dB)，就可以求出反射系数Γ，进而可得到驻波比ρ。入射功率信号和反射功率信号可分别通过对数放大器处理后再经减法器相减后即为分贝差Δ(dB)，而且这种处理电路可集成化，使两路放大器能够得到更好的一致性和稳定性，从而可确保驻波比的测量精度。
当被测信号从第一定向耦合器P101的端口1输入，从端口2输出时，端口4是功率传输口，端口3是隔离口，从端口4可得到用于正向功率测量的测试信号。理论上，端口2匹配时，端口3应无信号输出。实际上，由于受制造工艺和材料所限，即使端口2匹配时，端口3仍有微弱的信号输出，所以应采取措施，使用同频相位相消电路来将该端口的输出减至最小；一旦端口2由于失匹而发生反射时，端口1和端口3是反射功率传输口，而端口4变为隔离口。从端口3可得到用于驻波比测量的反射功率测试信号；此外，正向功率测量信号经第二定向耦合器P105后，在其传输端口4可以取出用于频率测量的测试信号，该信号经两级射频放大后送前置分频器U201进行前置分频处理，前置分频器U201的输出经信号整形电路U202处理后，从插座CN03输出；第一微波功分器P102的输出分为两路一路经二极管检波器U2和外围元件组成的检波器后变成直流信号，再送至运算U3A和U3B放大后产生用于正向功率检测的测量信号Vpower1和Vpower2。为了使检波器工作稳定，二极管检波器U2的内部元件和第一电容C121等组成了温度补偿电路。为减小测量误差，第一可变电阻VR1、第一电阻R125、第二电阻R101和电源Vref为检波器提供一稳定的直流偏置，使其工作于线性检波段；另一路经第一衰减器Y101和第二微波功分器P104后产生供反射系数测量电路U1所用的反向功率测量参考信号和相位相消信号，相位相消信号需要经过RF移相线移相后才能送合路器P103的第2脚；第一定向耦合器P101的端口3输出经第二衰减器Y102后送合路器P103的第3脚，并与第2脚的相位相消信号合路后，从1脚输出用于反射功率测量的测试信号。反射系数测量集成电路U1，其引脚13输出与两路输入信号inpA和inpB的分贝差成比例，其引脚10输出与两路输入信号inpA和inpB的相位差成比例。从插座CN03输出的频率测量信号还需要进行2次分频处理，处理后的结果可送CPU进行计数；输出信号Vpower1和Vpower2及Vphs和Vmag也需要经A/D转换后，送CPU进行测量误差校准处理才能得到精确的测量值。
权利要求1.一种通过式微波信号的提取和测量装置，工作于甚高频和超高频频段，包括分贝差驻波比测量电路、微波功率测量电路、微波功分器、微波频率测量电路、微波测试信号提取电路、微波合路器、微波同频相位相消电路、线性检波和放大，其特征在于所述测量装置串接于被测设备和天馈系统之间或端接在被测设备的输出端，在微波信号提取电路的端口耦合功率、频率及驻波比测量用的测试信号。
2.根据权利要求1所述的通过式微波信号的提取和测量装置，其特征在于所述的微波测试信号提取电路设有第一定向耦合器，第一定向耦合器的耦合线输出端连接第二定向耦合器的输入端。
3.根据权利要求2所述的通过式微波信号的提取和测量装置，其特征在于所述第二定向耦合器主线输出的信号由第一微波功分器分一路信号，经功率检波器、第一运算放大器、第二运算放大器输出；第一微波功分器的另一路信号经第一衰减器、第二微波功分器、专用移相线送入合路器。
4.根据权利要求2所述的通过式微波信号的提取和测量装置，其特征在于所述第二定向耦合器耦合线输出的频率信号经第一放大器、第二放大器、前置分频器和整形电路输出。
5.根据权利要求2所述的通过式微波信号的提取和测量装置，其特征在于所述第一定向耦合器耦合线隔离口输出的信号经第二衰减器进入合路器；所述第二微波功分器另一路信号和合路器输出的信号输入反射系数测量集成电路。
6.根据权利要求5所述的通过式微波信号的提取和测量装置，其特征在于所述通过式微波信号的提取和测量装置工作于900MHz至930MHz频段。
7.根据权利要求6所述的通过式微波信号的提取和测量装置，其特征在于所述第一定向耦合器选用IPI304-20，第二定向耦合器选用IDI304-10，第一微波功分器选用4D1304，第二微波功分器选用4D1304，第一衰减器和第二衰减器的衰减是20dB，反射系数测量集成电路选用AD8302ARU射频增益相位测量集成电路。
专利摘要本实用新型公开了一种通过式微波信号的提取和测量装置，要解决的技术问题是对微波的信号进行准确测量，采用以下技术方案一种通过式微波信号的提取和测量装置，工作于甚高频和超高频频段，包括分贝差驻波比测量电路、微波功率测量电路、微波功分器、微波频率测量电路、微波测试信号提取电路、微波合路器、微波同频相位相消电路、线性检波和放大，测量装置串接于被测设备和天馈系统之间或端接在被测设备的输出端，在微波信号提取电路的端口耦合功率、频率及驻波比测量用的测试信号，能够在线实时的监测大功率发射机的工作状态，在线测量其输出功率、频率和设备与天馈系统间的匹配状态等相关参数，而不影响被测系统。
文档编号G01R23/00GK2606358SQ0322381
公开日2004年3月10日 申请日期2003年2月24日 优先权日2003年2月24日
发明者徐玉锁, 冯汉炯, 尹应增, 叶荣安 申请人:徐玉锁