便携式功率分析仪设计----键盘设计与校准、调试与测试

在功率计算中，关键部分是测量脉冲调制信号的峰值功率值。此时捕捉到的峰值仅仅是A/D采样得到的十六进制表示的电压值。通过此时电压和功率的对应关系拟合出电压值和功率值的曲线。

由前面的分析可知，经峰值检波后所得包络的峰值与其相应的峰值功率值成线性关系，所以以1dBm为步进从-57dBm到+23dBm分别测出其A/D采样值P_A/D与实际功率值P_W，然后用最小二乘法进行直线拟合得到一条P A/D和P W之间关系直线：

5.2.3频率校准部分

频率校准部分主要是校准温度对频率的影响。在前面硬件部分讲述过，温度对频率的影响主要是因为晶振的频率受到温度的影响，从而导致1秒门与实际有偏差。温度的校准也就是对门控的校准。校准程序主要通过查表的方式对门控的温度误差进行补偿。通过试验测得一组温度点和门控误差对应的数据。读取温度传感器读取当前温度的环境温度，查表获得对应点的门控误差。在温度点之间的温度值通过曲线拟合的直线获得此刻温度的门控的误差。将门控误差补偿后，

其中，freu为温度补偿前的频率值，T d为温度补偿后的门控信号。则fre为补偿后的实际频率。

5.2.4功率频响校准

功率的频响进行校准是功率校准主要部分。在设计中，以脉冲作为门控，对载波进行计数，实现了在脉冲方式下对频率的粗略测量。在得到信号的频率后，功率的频响校准就可以根据测得的频率值采用查表的方式进行功率频响校准。功率受到的频响并不恒定，在不同功率段的频响并不完全一致。所以功率的频响校准表采用二维表格。根据功率段和频率段共同因素决定功率补偿的系数。所以在设计中对频响误差的补偿采用插值法，先将功率计测量的功率范围（-60dBm到20dBm）每隔4dBm取一个功率点d i（i=0，1，2，……，10），功率达到0 dBm以上时，加入功率衰减。再对每个功率点d i从500MHz起到2.4GHz，每隔100KHz取一个点D ij（i=0，1，2，……，10，j=0，1，2，……，13），分别测出D ij点的峰值功率值P W [i][j].同一功率点D ij在不同频率处测得的P W [i][j]相对于1GHz处的P W存在着误差E[i][j]：

E[i][j]= P_W [i][j]- P_W [i][5]（5-3）

这样便可得到一个关于频率j，功率P_W [i][j]和误差E[i][j]间的关系表。将以上所得的所有校准数据存入一个数据文件保存，供测量之用。测量时，首先根据式（5-1）将A/D采样的数据换算成相应的功率值P_W。由频率测量得到的信号频率，由P W和查表得到相应的频响误差E.由式（5-4）可知最终测得的峰值功率值P_WR为：通过上述4部分的校准所得校准参数，制作校准表，通过上位机调试软件（或是功率分析仪自身键盘）输入并保存在ARM的FLASH中。根据前文所述控制程序工作流程，每次测量结束后，功率计算。

5.3调试结果

经过调试与校准，获得测试结果如下（系统详细测试结果见附录二）：

★载波频率输入范围选用AD8318对数检波器，其最大输入范围1MHz～8GHz，在系统设计要求的10MHz～6GHz载波频率输入范围内，拥有良好的检波精度和大动态范围，满足系统要求；

★测量功率范围-60dBm～0dBm，功率测量精度±1dB，在0dBm～+20 dBm范围误差相对较大，这是加入功率衰减部分，其引入的误差使测量精度下降。由于开关固定衰减器在温度稳定性很好，但其插入器件较多，损耗较大，仍然需要改进，该指标基本满足设计需求；

★频率测量范围10MHz～3GHz（由于原有固定分频器损坏），频率测量精度≤±1KHZ，未达到要求仍需修改。

★要求能捕获的最小窄脉冲信号宽度为0.4us，功率探头设计采用AD8318拥有高达8ns的响应速度，能够准确检测输入窄脉冲功率变化；后端主机设计选用AD9480高速ADC，保证对检波输出电压信号做准确捕获，经测试达到设计要求。

第六章结论本

课题是便携式峰值功率分析仪设计，通过本课题的研究，本论文主要完成一下几点：

1. 功率测量模块；本方案采用峰值检波法实现峰值功率测量；
2. 频率测量模块；采用多周期同步测频方法，通过可变分频模块和增加测频时长，减小测量误差；
3. 系统控制部分；本课题设计的整个系统的核心控制部分采用的是高速ARM控制器，实现快速的参数运算和显示控制；
4. 4PC机通讯接口；本课题设计的峰值功率分析仪同样提供接口与计算机相连，使用户可以通过相关的应用软件利用计算机辅助峰值功率分析仪一起完成功率与频率测量；
5. 校准；本课题设计中我们将校准主要分为以下4个部分：通道校准、功率测量校准、频率测量校准、功率频响校准。

手持式设计和台式功率计相比，便携性好，能够更好的适应现场调试的需求。采用LCD显示屏，能够将功率输出波形直观的显示出来，并提供一定的数据存储空间，以便观察波形和参数。

同时在设计和调试过程中遇到了以下几点问题：

1. 在PCB板设计、滤波等方面有待改进，以减小系统的杂散；
2. 功率测量精度较现代先进的功率计还有较大差距；
3. 液晶显示屏体积较大，影响整机的装配，应改为外形较小的液晶屏幕；
4. 电源部分的设计还可以进一步修改，以获得更好的电源输出质量；

考虑到项目设计和调试过程中碰到的问题以及与国外同类产品的比较，特提出了以下优化建议：

由于被测系统输出功率特性不同，单一探头不能满足所有功率检测的需要，所以应该建议参照安捷伦台式功率计设计，配备多种探头，为适用于便携式仪器的需要，在探头设计上体积和功耗仍然十分重要。