便攜式功率分析儀設計----鍵盤設計與校準、調試與測試

在功率計算中，關鍵部分是測量脈沖調制信號的峰值功率值。此時捕捉到的峰值僅僅是A/D采樣得到的十六進制表示的電壓值。通過此時電壓和功率的對應關系擬合出電壓值和功率值的曲線。

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

5.2.3頻率校準部分

頻率校準部分主要是校準溫度對頻率的影響。在前面硬件部分講述過，溫度對頻率的影響主要是因為晶振的頻率受到溫度的影響，從而導致1秒門與實際有偏差。溫度的校準也就是對門控的校準。校準程序主要通過查表的方式對門控的溫度誤差進行補償。通過試驗測得一組溫度點和門控誤差對應的數據。讀取溫度傳感器讀取當前溫度的環境溫度，查表獲得對應點的門控誤差。在溫度點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。將門控誤差補償后，

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

5.2.4功率頻響校準

功率的頻響進行校準是功率校準主要部分。在設計中，以脈沖作為門控，對載波進行計數，實現了在脈沖方式下對頻率的粗略測量。在得到信號的頻率后，功率的頻響校準就可以根據測得的頻率值采用查表的方式進行功率頻響校準。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表采用二維表格。根據功率段和頻率段共同因素決定功率補償的系數。所以在設計中對頻響誤差的補償采用插值法，先將功率計測量的功率范圍（-60dBm到20dBm）每隔4dBm取一個功率點d i（i=0，1，2，……，10），功率達到0 dBm以上時，加入功率衰減。再對每個功率點d i從500MHz起到2.4GHz，每隔100KHz取一個點D ij（i=0，1，2，……，10，j=0，1，2，……，13），分別測出D ij點的峰值功率值P W [i][j].同一功率點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）

這樣便可得到一個關于頻率j，功率P_W [i][j]和誤差E[i][j]間的關系表。將以上所得的所有校準數據存入一個數據文件保存，供測量之用。測量時，首先根據式（5-1）將A/D采樣的數據換算成相應的功率值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部分的校準所得校準參數，制作校準表，通過上位機調試軟件（或是功率分析儀自身鍵盤）輸入并保存在ARM的FLASH中。根據前文所述控制程序工作流程，每次測量結束后，功率計算。

5.3調試結果

經過調試與校準，獲得測試結果如下（系統詳細測試結果見附錄二）：

★載波頻率輸入范圍選用AD8318對數檢波器，其最大輸入范圍1MHz～8GHz，在系統設計要求的10MHz～6GHz載波頻率輸入范圍內，擁有良好的檢波精度和大動態范圍，滿足系統要求；

★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。由于開關固定衰減器在溫度穩定性很好，但其插入器件較多，損耗較大，仍然需要改進，該指標基本滿足設計需求；

★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，功率探頭設計采用AD8318擁有高達8ns的響應速度，能夠準確檢測輸入窄脈沖功率變化；后端主機設計選用AD9480高速ADC，保證對檢波輸出電壓信號做準確捕獲，經測試達到設計要求。

第六章結論本

課題是便攜式峰值功率分析儀設計，通過本課題的研究，本論文主要完成一下幾點：

1. 功率測量模塊；本方案采用峰值檢波法實現峰值功率測量；
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長，減小測量誤差；
3. 系統控制部分；本課題設計的整個系統的核心控制部分采用的是高速ARM控制器，實現快速的參數運算和顯示控制；
4. 4PC機通訊接口；本課題設計的峰值功率分析儀同樣提供接口與計算機相連，使用戶可以通過相關的應用軟件利用計算機輔助峰值功率分析儀一起完成功率與頻率測量；
5. 校準；本課題設計中我們將校準主要分為以下4個部分：通道校準、功率測量校準、頻率測量校準、功率頻響校準。

手持式設計和臺式功率計相比，便攜性好，能夠更好的適應現場調試的需求。采用LCD顯示屏，能夠將功率輸出波形直觀的顯示出來，并提供一定的數據存儲空間，以便觀察波形和參數。

同時在設計和調試過程中遇到了以下幾點問題：

1. 在PCB板設計、濾波等方面有待改進，以減小系統的雜散；
2. 功率測量精度較現代先進的功率計還有較大差距；
3. 液晶顯示屏體積較大，影響整機的裝配，應改為外形較小的液晶屏幕；
4. 電源部分的設計還可以進一步修改，以獲得更好的電源輸出質量；

考慮到項目設計和調試過程中碰到的問題以及與國外同類產品的比較，特提出了以下優化建議：

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