便攜式功率分析儀設(shè)計(jì)----鍵盤設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)、調(diào)試與測試

在功率計(jì)算中，關(guān)鍵部分是測量脈沖調(diào)制信號的峰值功率值。此時(shí)捕捉到的峰值僅僅是A/D采樣得到的十六進(jìn)制表示的電壓值。通過此時(shí)電壓和功率的對應(yīng)關(guān)系擬合出電壓值和功率值的曲線。

由前面的分析可知，經(jīng)峰值檢波后所得包絡(luò)的峰值與其相應(yīng)的峰值功率值成線性關(guān)系，所以以1dBm為步進(jìn)從-57dBm到+23dBm分別測出其A/D采樣值P_A/D與實(shí)際功率值P_W，然后用最小二乘法進(jìn)行直線擬合得到一條P A/D和P W之間關(guān)系直線：

5.2.3頻率校準(zhǔn)部分

頻率校準(zhǔn)部分主要是校準(zhǔn)溫度對頻率的影響。在前面硬件部分講述過，溫度對頻率的影響主要是因?yàn)榫д竦念l率受到溫度的影響，從而導(dǎo)致1秒門與實(shí)際有偏差。溫度的校準(zhǔn)也就是對門控的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)程序主要通過查表的方式對門控的溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償。通過試驗(yàn)測得一組溫度點(diǎn)和門控誤差對應(yīng)的數(shù)據(jù)。讀取溫度傳感器讀取當(dāng)前溫度的環(huán)境溫度，查表獲得對應(yīng)點(diǎn)的門控誤差。在溫度點(diǎn)之間的溫度值通過曲線擬合的直線獲得此刻溫度的門控的誤差。將門控誤差補(bǔ)償后，

其中，freu為溫度補(bǔ)償前的頻率值，T d為溫度補(bǔ)償后的門控信號。則fre為補(bǔ)償后的實(shí)際頻率。

5.2.4功率頻響校準(zhǔn)

功率的頻響進(jìn)行校準(zhǔn)是功率校準(zhǔn)主要部分。在設(shè)計(jì)中，以脈沖作為門控，對載波進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在脈沖方式下對頻率的粗略測量。在得到信號的頻率后，功率的頻響校準(zhǔn)就可以根據(jù)測得的頻率值采用查表的方式進(jìn)行功率頻響校準(zhǔn)。功率受到的頻響并不恒定，在不同功率段的頻響并不完全一致。所以功率的頻響校準(zhǔn)表采用二維表格。根據(jù)功率段和頻率段共同因素決定功率補(bǔ)償?shù)南禂?shù)。所以在設(shè)計(jì)中對頻響誤差的補(bǔ)償采用插值法，先將功率計(jì)測量的功率范圍（-60dBm到20dBm）每隔4dBm取一個(gè)功率點(diǎn)d i（i=0，1，2，……，10），功率達(dá)到0 dBm以上時(shí)，加入功率衰減。再對每個(gè)功率點(diǎn)d i從500MHz起到2.4GHz，每隔100KHz取一個(gè)點(diǎn)D ij（i=0，1，2，……，10，j=0，1，2，……，13），分別測出D ij點(diǎn)的峰值功率值P W [i][j].同一功率點(diǎn)D ij在不同頻率處測得的P W [i][j]相對于1GHz處的P W存在著誤差E[i][j]：

E[i][j]= P_W [i][j]- P_W [i][5]（5-3）

這樣便可得到一個(gè)關(guān)于頻率j，功率P_W [i][j]和誤差E[i][j]間的關(guān)系表。將以上所得的所有校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存入一個(gè)數(shù)據(jù)文件保存，供測量之用。測量時(shí)，首先根據(jù)式（5-1）將A/D采樣的數(shù)據(jù)換算成相應(yīng)的功率值P_W。由頻率測量得到的信號頻率，由P W和查表得到相應(yīng)的頻響誤差E.由式（5-4）可知最終測得的峰值功率值P_WR為：通過上述4部分的校準(zhǔn)所得校準(zhǔn)參數(shù)，制作校準(zhǔn)表，通過上位機(jī)調(diào)試軟件（或是功率分析儀自身鍵盤）輸入并保存在ARM的FLASH中。根據(jù)前文所述控制程序工作流程，每次測量結(jié)束后，功率計(jì)算。

5.3調(diào)試結(jié)果

經(jīng)過調(diào)試與校準(zhǔn)，獲得測試結(jié)果如下（系統(tǒng)詳細(xì)測試結(jié)果見附錄二）：

★載波頻率輸入范圍選用AD8318對數(shù)檢波器，其最大輸入范圍1MHz～8GHz，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的10MHz～6GHz載波頻率輸入范圍內(nèi)，擁有良好的檢波精度和大動(dòng)態(tài)范圍，滿足系統(tǒng)要求；

★測量功率范圍-60dBm～0dBm，功率測量精度±1dB，在0dBm～+20 dBm范圍誤差相對較大，這是加入功率衰減部分，其引入的誤差使測量精度下降。由于開關(guān)固定衰減器在溫度穩(wěn)定性很好，但其插入器件較多，損耗較大，仍然需要改進(jìn)，該指標(biāo)基本滿足設(shè)計(jì)需求；

★頻率測量范圍10MHz～3GHz（由于原有固定分頻器損壞），頻率測量精度≤±1KHZ，未達(dá)到要求仍需修改。

★要求能捕獲的最小窄脈沖信號寬度為0.4us，功率探頭設(shè)計(jì)采用AD8318擁有高達(dá)8ns的響應(yīng)速度，能夠準(zhǔn)確檢測輸入窄脈沖功率變化；后端主機(jī)設(shè)計(jì)選用AD9480高速ADC，保證對檢波輸出電壓信號做準(zhǔn)確捕獲，經(jīng)測試達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

第六章結(jié)論本

課題是便攜式峰值功率分析儀設(shè)計(jì)，通過本課題的研究，本論文主要完成一下幾點(diǎn)：

1. 功率測量模塊；本方案采用峰值檢波法實(shí)現(xiàn)峰值功率測量；
2. 頻率測量模塊；采用多周期同步測頻方法，通過可變分頻模塊和增加測頻時(shí)長，減小測量誤差；
3. 系統(tǒng)控制部分；本課題設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分采用的是高速ARM控制器，實(shí)現(xiàn)快速的參數(shù)運(yùn)算和顯示控制；
4. 4PC機(jī)通訊接口；本課題設(shè)計(jì)的峰值功率分析儀同樣提供接口與計(jì)算機(jī)相連，使用戶可以通過相關(guān)的應(yīng)用軟件利用計(jì)算機(jī)輔助峰值功率分析儀一起完成功率與頻率測量；
5. 校準(zhǔn)；本課題設(shè)計(jì)中我們將校準(zhǔn)主要分為以下4個(gè)部分：通道校準(zhǔn)、功率測量校準(zhǔn)、頻率測量校準(zhǔn)、功率頻響校準(zhǔn)。

手持式設(shè)計(jì)和臺式功率計(jì)相比，便攜性好，能夠更好的適應(yīng)現(xiàn)場調(diào)試的需求。采用LCD顯示屏，能夠?qū)⒐β瘦敵霾ㄐ沃庇^的顯示出來，并提供一定的數(shù)據(jù)存儲空間，以便觀察波形和參數(shù)。

同時(shí)在設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中遇到了以下幾點(diǎn)問題：

1. 在PCB板設(shè)計(jì)、濾波等方面有待改進(jìn)，以減小系統(tǒng)的雜散；
2. 功率測量精度較現(xiàn)代先進(jìn)的功率計(jì)還有較大差距；
3. 液晶顯示屏體積較大，影響整機(jī)的裝配，應(yīng)改為外形較小的液晶屏幕；
4. 電源部分的設(shè)計(jì)還可以進(jìn)一步修改，以獲得更好的電源輸出質(zhì)量；

考慮到項(xiàng)目設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中碰到的問題以及與國外同類產(chǎn)品的比較，特提出了以下優(yōu)化建議：

由于被測系統(tǒng)輸出功率特性不同，單一探頭不能滿足所有功率檢測的需要，所以應(yīng)該建議參照安捷倫臺式功率計(jì)設(shè)計(jì)，配備多種探頭，為適用于便攜式儀器的需要，在探頭設(shè)計(jì)上體積和功耗仍然十分重要。