S波段收发组件功率检测系统的设计

摘要：基于单片机技术，研制了S波段收发组件功率检测系统。分析了系统的工作原理和结构组成，详细设计了微波检波器电路和数据处理程序。经过实际应用验证，检测系统不仅简化了硬件设计，提高了可靠性和电磁兼容性，而且满足了多组件正常工作时的功率监测要求，具有很好的实用价值。
关键词：单片机技术；功率捡测；微波检波器

    有源相控阵雷达可广泛应用于军事和民用领域，其主体是有源阵面。每个天线单元上设置具有独立收发功能的T／R组件模块，绀件中的发射功率放大器和接收低噪放大器均与天线辐射单元直接相连。
    T／R组件是有源相控阵雷达的核心部件之一，具有发射功率放大、接收信号放大、收发转换、阵面幅度修正和移相控制、波束扫描等功能。T／R组件发射功率指标的好坏直接影响相控阵雷达系统的作用距离、指向精度等战技指标。一部相控阵雷达少则数百个，多则几千个T／R组件。传统的功率检测方法测试效率低，已经不能满足大数量的收发组件功率检测的要求。为了实现多组件功率的高效实时检测，本文采用单片机技术，研制了S波段收发组件功率检测系统。

1 功率检测系统设计
    功率检测系统对微波信号进行检波，将检波输出电平输入到信息处理控制电路，再由信息处理控制模块输出给显示电路，从而实现了功率实时检测功能。该系统包括微波检波电路、信息处理控制电路以及显示电路三个部分，系统结构框图如图1所示。根据电路功能，可将系统分为输入检波电路和输出处理电路分别进行设计。

1．1 输入检波电路设计
    微波检波电路是检测系统的基础，在整个检测系统中，检波器的输出电平决定了检测指示的结果。直接采用低势垒肖特基二极管的微带检波器无需外加偏置电压，频率响应快、机械性能好，并具有加工成本低、实现简单、易与其他微带电路进行拼接等优点，得到了广泛应用。然而，由于带内阻抗不匹配导致存频带内检波输出电平的线性度差、波动大，从而引起控制电路对实际功率做出错误判断，造成功率指示不准确和虚报故障等一系列问题。
    针对采用低势垒肖特基二极管微带检波器带内阻抗不匹配问题，在频带内进行最优匹配检波电路的设计，检波电路如图2所示，包括匹配网络、检波二极管、RLC低通滤波器。RFC构成直流回路，RL是负载电阻。输入匹配网络完成了检波二极管的输入阻抗与微带线(50Ω)阻抗匹配，从而提高了检波器的灵敏度、线性度和平坦度，降低了检波器的输入驻波比。

    微带基片采用Rogers RT／duroid 5880，介电常数为2．2，厚度为0．78 mm。检波二极管选用AVAGO的HSCH53XX。参考HSCH5340的资料，在ADS软件里建立二极管Spice模型。先用ADS软件对检波二极管的输入阻抗进行分析，可知其输入阻抗的实部很小，大约为几欧姆，虚部很大，大约为几百欧姆，且呈容性。获得二极管的阻抗后便可进行阻抗匹配电路的设计，电路匹配有很多种方法和模式，本文结合所用的检波二极管的特性，通过对匹配电路的理论知识分析和仿真实验总结，最终所得的仿真电路及输出分别如图3和图4所示：

    由仿真结果可知，设计的检波器输出电平在0．5 V以上，设计的检波电路灵敏度高，带内平坦，检波输出电平在频带内线性度好，波动小，能较为准确的检测功率，解决虚报故障的问题，提高了收发组件工作的安全性和稳定性。当需要增加检波器的工作带宽时，可以在末端加开路辐射短接线，与二极管形成低Q阻抗并联，这样就可以完成在宽带匹配，同时，也可以增加小电流偏置，提高二极管阻抗的实部，进一步改善匹配电路。
1．2 输出处理电路设计
    输出处理电路包括A／D转换、脉冲检测和显示电路。

    A／D转换电路部分采用AD7472作为模／数转换器，最高可实现8位无码传输，具有抗干扰性能好，转换精度高等优点。这种设计去掉了传统电路设计方法中的运算放大器，简化了电路，降低了成本。通过对低功耗、高性能、可在线编程的CMOS8位AT89S52单片机系统初始化，上电复位AD7472。

    脉冲检测电路采用MAx961进行脉冲检测判断，当检波信号满足功率要求时则判断为是，进行响应延时及启动ADC，进行功率输出处理；否则便判断为否，继续进行脉冲检测。图5为检测程序流程图。图6为A／D转换、响应延时、数据平均子程序流程图。显示部分采用3位数码管，当数据处理结束后，需把结果显示到数码管上，图7为3位数码管显示子程序流程图。

2 系统性能测试
    通过以上研究和必要的结构设计、加工、安装调试，并经过多次试验和反复修改，得到匹配检波器实物图及输出处理电路实物图如图8和图9所示。

    通过本检查系统与Agilent标准功率计对某收发组件在频带2．9～3．5 CHz进行功率检测，实测结果如表1所示，其中F代表频率，P1代表检测系统实测功率，P2代表Agilent标准功率计测量值。

3 结束语
    本文通过研究、设计、测试和分析，完成了多T／R组件功率的高效实时检测系统的设计。系统采用AD7472作为模／数转换器实现了8位无码传输，低功耗、高性能、可在线编程的CMOS8位AT89S52单片机进行电路控制，采用采用MAX961进行脉冲检测判断，最终采用3位数码管进行结果显示。本系统各部分工作稳定可靠，具有较强的抗干扰能力，满足多组件正常工作时的功率临测要求，具有很好的实用价值。