一种适用于Ku波段的微波功率检测电路的制作方法

一种适用于ku波段的微波功率检测电路
技术领域
1.本发明属于微波功率检测领域，具体涉及一种适用于ku波段的微波功率检测电路。


背景技术：

2.近年来、微波技术发展迅速，为了获取更宽的频带资源，相关技术应用频段不断提高，目前ku波段(12-18ghz)微波应用较为广泛。在微波通信系统中往往需要在系统控制中反馈功率信号以此更好的对整个系统进行控制和调节，实现微波通信系统的闭环控制。
3.目前应用较多的功率检波方法主要有热辐射测量和晶体管检波两种，晶体管检波尤其是二极管检波因其灵敏度高、成本低，易实现等特点，被广泛应用于功率检测系统中。
4.但是，在现有的二极管功率检测电路中具有应用频段低的共性，不适合目前微波通信系统的高频段发展需求。而采用检波集成芯片和热辐射测量等其他方法构建的微波功率检测电路，虽然应用频段高但又存在相对成本较高的问题。
5.公开号为cn204065231u的专利公开了一种微波功率检测电路，应用二极管检波实现对微波信号功率的检测，但是内容中明确了该电路主要应用于1ghz以下的信号功率检测，实际应用频段较低。
6.公开号为cn206725650u的专利公开了一种功率检波电路，同样应用了二极管检波实现对微波信号的功率检测，但是该电路缺少衰减匹配电路和滤波电路，在高频段工作环境中存在缺陷，同样存在检波频率较低的问题。


技术实现要素：

7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于ku波段的微波功率检测电路。将微波信号的功率转换成直流电平信号，采用二极管检波的方式，通过对二极管检波电路的设计和改进，以克服现有技术中应用频段低，成本高的缺陷。
8.本发明通过以下技术方案得以实现。
9.本发明提供的一种适用于ku波段的微波功率检测电路，包括功率耦合模块、衰减匹配模块以及检波模块，所述功率耦合模块与微波信号相耦合，并将耦合信号发送至衰减匹配模块，衰减匹配模块与检波模块连接；所述衰减匹配模块包括第一电阻r1、第二电阻r2以及第三电阻r3，所述第一电阻r1一端以及第二电阻r2的一端与耦合信号输入端连接，第一电阻r1的另一端接地，所述第二电阻r2的另一端以及第三电阻r3的一端均与衰减匹配模块输出端连接，第三电阻r3的另一端接地；所述检波模块包括第一二极管d1，第一电容c1以及第四电阻r4，所述第一二极管d1的输入端与衰减匹配模块的输出端连接，第一二极管d1的输出端与第一电容c1、第四电阻r4以及检波模块的一端连接并与检波模块的输出端连接，第一电容c1的另一端以及第四电阻r4的另一端均接地；所述检波模块的输出端与后级电压采集电路连接。
10.进一步的，还包括低通滤波器模块，所述低通滤波器模块包括第一电感l1、第二电
感l2、第二电容c2、第三电容c3以及第四电容c4，所述第一电感l1的一端与检波模块的输出端以及第二电感c2的一端连接，另一端与第三电容c3以及第二电感l2的一端连接；第二电感l2的另一端与第四电容c4以及低通滤波器模块的输出端连接，所述第二电容c2、第三电容c3以及第四电容c4的另一端均接地；所述低通滤波器模块的输出端与后级电压采集电路连接。
11.进一步的，还包括信号放大模块，所述信号放大模块包括第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第一运算放大器u1以及第二运算放大器u2；所述第五电阻r5的一端与低通滤波器模块的输出端连接，另一端与第五电容c5以及第一运算放大器u1的正极连接，第六电阻r6的一端接地，另一端与第六电容c6的一端、第七电阻r7的一端以及第一运算放大器的负极相连；所述第八电阻r8的一端与第六电容的另一端、第七电阻的另一端以及第一运算放大器的输出端连接，第八电阻r8的另一端与第七电容c7以及第二运算放大器u2的正极连接；第九电阻r9的一端接地，另一端与第八电容c8的一端、第十电阻r10的一端以及第二运算放大器u2的负极连接；第十一电阻r11的一端与第八电容c8的另一端、第十电阻r10的另一端以及第二运算放大器u2的输出端连接，第十一电阻的r11的另一端与信号放大模块的输出端连接，第五电容c5以及第七电容c7的另一端接地，所述低通滤波器模块的输出端与后级电压采集电路连接。
12.进一步的，所述第一二极管d1为肖特基二极管，型号为：2dk010ur，导通等效电阻为ri＝2.5ω。
13.进一步的，所述第一电阻r1取值为866ω，第二电阻r2取值为5.6ω，第三电阻r3取值为866ω。
14.进一步的，所述第一电容c1的取值为12pf。
15.进一步的，所述第六电阻r6的取值为1kω，第七电阻r7的取值为50kω。
16.进一步的，所述第九电阻r9的取值为1kω，第十电阻r10的取值为100kω。
17.本发明的有益效果在于：本发明电路能实现功率检测的功能，在现有技术的基础上提高了电路的工作频率，整个电路具有结构简单、易实现、制作成本低，应用频段高等优势，还可适用于ku波段以外的微波功率信号检测。
附图说明
18.图1是本发明的电路连接示意框图；
19.图2是本发明的实例实测数据图。
具体实施方式
20.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
21.本发明电路实例如图1所示，该方案电路包括：功率耦合模块、衰减匹配模块、检波模块、低通滤波模块、信号放大模块。所述功率耦合模块与微波信号相耦合，并将耦合信号发送至衰减匹配模块，衰减匹配模块与检波模块连接；所述衰减匹配模块包括第一电阻r1、第二电阻r2以及第三电阻r3，所述第一电阻r1一端以及第二电阻r2的一端与耦合信号输入端连接，第一电阻r1的另一端接地，所述第二电阻r2的另一端以及第三电阻r3的一端均与
衰减匹配模块输出端连接，第三电阻r3的另一端接地；所述检波模块包括第一二极管d1，第一电容c1以及第四电阻r4，所述第一二极管d1的输入端与衰减匹配模块的输出端连接，第一二极管d1的输出端与第一电容c1、第四电阻r4以及检波模块的一端连接并与检波模块的输出端连接，第一电容c1的另一端以及第四电阻r4的另一端均接地；所述检波模块的输出端与低通滤波器模块连接。
22.所述低通滤波器模块包括第一电感l1、第二电感l2、第二电容c2、第三电容c3以及第四电容c4，所述第一电感l1的一端与检波模块的输出端以及第二电感c2的一端连接，另一端与第三电容c3以及第二电感l2的一端连接；第二电感l2的另一端与第四电容c4以及低通滤波器模块的输出端连接，所述第二电容c2、第三电容c3以及第四电容c4的另一端均接地；所述低通滤波器模块的输出端与信号放大模块连接。
23.所述信号放大模块包括第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第一运算放大器u1以及第二运算放大器u2；所述第五电阻r5的一端与低通滤波器模块的输出端连接，另一端与第五电容c5以及第一运算放大器u1的正极连接，第六电阻r6的一端接地，另一端与第六电容c6的一端、第七电阻r7的一端以及第一运算放大器的负极相连；所述第八电阻r8的一端与第六电容的另一端、第七电阻的另一端以及第一运算放大器的输出端连接，第八电阻r8的另一端与第七电容c7以及第二运算放大器u2的正极连接；第九电阻r9的一端接地，另一端与第八电容c8的一端、第十电阻r10的一端以及第二运算放大器u2的负极连接；第十一电阻r11的一端与第八电容c8的另一端、第十电阻r10的另一端以及第二运算放大器u2的输出端连接，第十一电阻的r11的另一端与信号放大模块的输出端连接，第五电容c5以及第七电容c7的另一端接地，所述低通滤波器模块的输出端与后级电压采集电路连接。
24.所述功率耦合模块用于对微波信号进行耦合输出，本发明实例采用微带耦合结构，微波信号经输入端口输入，直通端口连接后级电路，耦合端口输出耦合信号进入衰减匹配模块，隔离端口接50欧姆匹配电阻负载。
25.所述衰减匹配模块由第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3共三个电阻组成，进一步地，第一电阻r1一端接功率耦合模块的耦合信号输出，一端接地，第二电阻r2跨接第一电阻r1和第三电阻r3，第三电阻r3另一端接地，三个电阻构成一个π型衰减匹配网络。本发明实例第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3取值分别为：866ω、5.6ω、866ω，以此提供1db功率衰减和50欧姆的阻抗匹配。
26.所述检波模块采用二极管检波取样，第一二极管d1的正极用作检波信号的输入连接衰减匹配模块的输出，另一极连接电容c1的一端和第四电阻r4的一端，第一电容c1、第四电阻r4的另一端均接地，连接顺序为信号先接第一电容c1再接第四电阻r4。进一步地，该模块为本发明电路中的关键模块，本发明实例选取第一二极管d1为肖特基二极管，型号为：2dk010ur，导通等效电阻为ri＝2.5ω.
27.检波原理为：当第一二极管d1导通时，信号通过第一二极管d1等效导通电阻ri对第一电容c1充电，信号负半周期截止时第一电容c1上的电势通过第四电阻r4放电，第一二极管d1检波实际是一个取样过程，根据奈奎斯特采样原理，采样频率至少为信号频率的2倍，以频带内中心频点15ghz计算。
28.中心频率：f＝15ghz＝15
×
109hz；
29.周期：
30.充电周期：
31.ri为2.5ω，则第一电容c1应小于13pf，根据实际可取值，本实例取第一电容c1为12pf。而放电时间应远大于充电时间，才能让该检波模块更精确的对信号功率进行取样。因此第四电阻r4应远大于ri。
32.所述低通滤波模块用于滤除检波信号中的高频杂波，本实例通过第二电容c2、第一电感l1、第三电容c3、第二电感l2、第四电容c4构成一个两级lc低通滤波结构，本实例构建低通滤波器截止频率约为12khz。
33.所述信号放大模块用于对检波信号进行直流放大而对高频信号产生相对削弱作用。本实例包含两级集成运算放大电路，两级放大电路结构一致，运算放大器的正极作为信号输入端，信号经过lc低通滤波器后串接一个第五电阻r5再并接一个第五电容c5接入该端口。负极连接两个第六电阻r6、第七电阻r7和一个第六电容c6，其中第六电阻r6另一端接地，第七电阻r7和第六电容c6的另一端接集成运放的输出端口，构成一个同相放大电路，直流电压放大倍数约为1 r7/r6。第二级放大电路连接结构与第一级一致，第二级的直流电压放大倍数约1 r10/r9，两级电路构成的整个放大模块放大倍数为(1 r7/r6)(1 r10/r9)。进一步地，以第一级放大电路为例，本实例之所以可以应用于更高频率的信号检波在于所述放大模块在传统集成运算放大电路的基础上增加了第五电容c5和第六电容c6两个电容，第五电容c5用于信号输入端，可有效的将输入信号中的高频成分滤除，进一步地，第六电容c6并接于第七电阻r7上，在高频信号中表现出低阻态，实际对高频信号的放大倍数远远低于对直流信号的放大倍数，可对高频信号产生相对削弱作用。
34.为了获取具体的测试数据，体现本发明的可行性，本实例元器件取值如表1所示，本发明所述实例为应用于ku波段的一个具体实例，本发明对具体电路结构中的器件参数不做限定，本发明的方案不限于本实例，本发明方案经过具体的相关器件计算取值也可以应用于其他频段。可以理解，只要不脱离本方案的精神和构想的基础上进行的改进和变化，均应被认为包含在本发明的保护范围内。
35.表1本发明实例各器件取值表
36.器件标识型号/值器件标识型号/值器件标识型号/值c112pfl168uhr750kωc2680pfl268uhr8500ωc3680pfr1866ωr91kωc4680pfr25.6ωr10100kωc50.1ufr3866ωr11500ωc60.01ufr433kω匹配电阻50ωc70.1ufr5500ωd12dk010urc80.01ufr61kω
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37.本发明的衰减匹配模块，对耦合输出的微波信号进行更好的功率控制并提供较好的阻抗匹配，将更多的功率传递到后级电路中；本发明的检波模块，对微波信号进行检波，选取快恢复二极管并搭配后级的充放电电阻和电容，可获取较大的检测功率动态范围，检测频率较高；本发明的信号放大模块，对检波输出的弱信号进行放大，有别于现有技术的放大电路，本发明所述放大电路能够对高频信号进行一定的削弱，同时对低频直流信号进行放大，更适用于高频信号功率检波。
38.本发明能够对ku波段的微波信号进行实时功率检测，检测频段覆盖整个ku波段(12-18ghz)，本发明通过构建实例电路进行了实际数据测量，分别对12ghz、15ghz和18ghz三个频点在施加一定功率的条件下进行测量，读取放大模块输出后的直流电压值。测试数据结果如图2所示，图中显示在所述三个频点上施加-10dbm～10dbm的信号功率，此功率值是通过耦合模块实际换算到衰减匹配模块输入端的净输入功率，三个频点分别获得了2.75v、2.73v和1.97v的电压动态范围，足以为后级系统提供采样。