S波段收發(fā)組件功率檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：基于單片機(jī)技術(shù)，研制了S波段收發(fā)組件功率檢測系統(tǒng)。分析了系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)組成，詳細(xì)設(shè)計(jì)了微波檢波器電路和數(shù)據(jù)處理程序。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，檢測系統(tǒng)不僅簡化了硬件設(shè)計(jì)，提高了可靠性和電磁兼容性，而且滿足了多組件正常工作時(shí)的功率監(jiān)測要求，具有很好的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)技術(shù)；功率撿測；微波檢波器

有源相控陣?yán)走_(dá)可廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域，其主體是有源陣面。每個(gè)天線單元上設(shè)置具有獨(dú)立收發(fā)功能的T／R組件模塊，紺件中的發(fā)射功率放大器和接收低噪放大器均與天線輻射單元直接相連。
T／R組件是有源相控陣?yán)走_(dá)的核心部件之一，具有發(fā)射功率放大、接收信號(hào)放大、收發(fā)轉(zhuǎn)換、陣面幅度修正和移相控制、波束掃描等功能。T／R組件發(fā)射功率指標(biāo)的好壞直接影響相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的作用距離、指向精度等戰(zhàn)技指標(biāo)。一部相控陣?yán)走_(dá)少則數(shù)百個(gè)，多則幾千個(gè)T／R組件。傳統(tǒng)的功率檢測方法測試效率低，已經(jīng)不能滿足大數(shù)量的收發(fā)組件功率檢測的要求。為了實(shí)現(xiàn)多組件功率的高效實(shí)時(shí)檢測，本文采用單片機(jī)技術(shù)，研制了S波段收發(fā)組件功率檢測系統(tǒng)。

1 功率檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
功率檢測系統(tǒng)對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行檢波，將檢波輸出電平輸入到信息處理控制電路，再由信息處理控制模塊輸出給顯示電路，從而實(shí)現(xiàn)了功率實(shí)時(shí)檢測功能。該系統(tǒng)包括微波檢波電路、信息處理控制電路以及顯示電路三個(gè)部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。根據(jù)電路功能，可將系統(tǒng)分為輸入檢波電路和輸出處理電路分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1．1 輸入檢波電路設(shè)計(jì)
微波檢波電路是檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在整個(gè)檢測系統(tǒng)中，檢波器的輸出電平?jīng)Q定了檢測指示的結(jié)果。直接采用低勢壘肖特基二極管的微帶檢波器無需外加偏置電壓，頻率響應(yīng)快、機(jī)械性能好，并具有加工成本低、實(shí)現(xiàn)簡單、易與其他微帶電路進(jìn)行拼接等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于帶內(nèi)阻抗不匹配導(dǎo)致存頻帶內(nèi)檢波輸出電平的線性度差、波動(dòng)大，從而引起控制電路對(duì)實(shí)際功率做出錯(cuò)誤判斷，造成功率指示不準(zhǔn)確和虛報(bào)故障等一系列問題。
針對(duì)采用低勢壘肖特基二極管微帶檢波器帶內(nèi)阻抗不匹配問題，在頻帶內(nèi)進(jìn)行最優(yōu)匹配檢波電路的設(shè)計(jì)，檢波電路如圖2所示，包括匹配網(wǎng)絡(luò)、檢波二極管、RLC低通濾波器。RFC構(gòu)成直流回路，RL是負(fù)載電阻。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)完成了檢波二極管的輸入阻抗與微帶線(50Ω)阻抗匹配，從而提高了檢波器的靈敏度、線性度和平坦度，降低了檢波器的輸入駐波比。

微帶基片采用Rogers RT／duroid 5880，介電常數(shù)為2．2，厚度為0．78 mm。檢波二極管選用AVAGO的HSCH53XX。參考HSCH5340的資料，在ADS軟件里建立二極管Spice模型。先用ADS軟件對(duì)檢波二極管的輸入阻抗進(jìn)行分析，可知其輸入阻抗的實(shí)部很小，大約為幾歐姆，虛部很大，大約為幾百歐姆，且呈容性。獲得二極管的阻抗后便可進(jìn)行阻抗匹配電路的設(shè)計(jì)，電路匹配有很多種方法和模式，本文結(jié)合所用的檢波二極管的特性，通過對(duì)匹配電路的理論知識(shí)分析和仿真實(shí)驗(yàn)總結(jié)，最終所得的仿真電路及輸出分別如圖3和圖4所示：