便携式功率分析仪设计----概述与总体设计

1.1概述

功率是器件性能中的关键指标，尤其对于射频信号，功率是其信号特征的一个重要参数。随着现在移动通信技术的发展，对信号功率进行精确测量已成为通信测量中的关键环节。在直流或低频时，常常通过测量负载上的电压U、电流I和它们之间的相位角φ来代替直接测量功率P＝UIcosφ。在超高频和微波频段，因为信号存在不同的电磁模式，电压和电流失去唯一性，所以在获取信号特征时采用直接功率测量代替电压和电流的测量。在雷达、塔台导航、敌我识别以及数字通信和数据信息传输等系统中，由于大量使用脉冲调制的射频和微波信号，射频脉冲的峰值功率的测量在保障系统可靠性和监控输出信号特性等方面起着至关重要的作用。

频率/功率计已成为目前国际上最通用的电子测量仪器之一，在军事，科研生产及大型设备的维护中具有十分重要的作用。由于频率/功率计功能全，结构复杂，技术要求高，价格大多十分昂贵。技术先进的工业国家都十分重视频率/功率计的研究。因此，加强频率/功率计的开发与生产，为我国测试仪器的发展，打破国外产品在市场上的垄断地位，具有很大的现实意义。另外，频率/功率计也是一种普及型通用测试仪器，市场潜力大，该产品的研制和生产将产生重大的经济效益。从目前的情况来看，在射频功率计上处于领先地位的是美国的Agilent公司。Agilent E4416A为台式单通道功率计，通过搭载不同的功率探头，它的测量频段可以达到100kHz～110GHz，测量功率范围可达-70～+20dBm，实现可选择分辨率0.1和0.01（在对数方式下）或满刻度的1%或0.01%（在线性方式下）。国内的一些科研单位也从事了功率计的研究，并且取得了一定的成绩。但是由于在设计与生产工艺上的不足，使得国内产品尚不能与高性能无线通信测试系统配套。

同时，便携式智能仪器是现代计量测试仪器的重要发展方向。便携式智能仪器主要应用于生产、科研现场，必须具有测量速度快、可靠性高、操作简单、功耗低、小巧轻便等特点。便携式智能仪器遵循低功耗、低成本、高可靠性的设计原则，发展趋势有其自身特点。引入低功耗单片机后，便携式仪器的信息处理能力大大增强，仪器性能跃上了一个新台阶。利用单片机，便携式智能仪器可以进行自动稳零、温度补偿、基准值设定、参数存储、数值计算等软件处理，提高测量准确性和仪器的智能功能。

由于采用了单片机，便携式仪器的功能增强，可以以数字量的形式输出测量信息。今后的便携式智能仪器不仅可以作为现场仪器单独使用，还可以作为智能传感器与上位机连接，成为智能测试系统的分机。近年来，各种便携式电子产品发展迅猛，特别是手持式计算机、移动通信装置、视频或音频产品、照相机、医疗仪器及测试仪器等发展更为神速。便携式仪器正是以它便于携带，造价低廉，使用方便的特点被手机通讯、雷达测试、医疗急救、工程检测等户外工作场所广泛采用。

因此本次设计正是应于这个现实需要，设计出便于在基站、手机和蜂窝基础设施等室外工作环境中检测使用的，具有对射频脉冲信号峰值功率测量和分析功能的便携式功率分析仪。

1.2课题内容及技术指标

本文主要介绍和研究便携式峰值功率分析仪的硬件，软件设计以及实现。

性能指标要求：

输入载波频率的范围：10MHz~6GHz 功率输入检测范围：-57～+23dBm 峰值功率检测精度：±1dB 最大允许功率：+30 dBm 发射频率检测精度：≤±1KHz 最小脉冲检测宽度：0.4us 工作温度：0～50℃ 存储温度：－20～85℃

1.3本文的主要内容安排

本文主要研究便携式功率分析仪设计，论文内容主要包括：

现代测量系统中，常见功率测量方法及其现状和发展； 系统设计与总结方案； 射频脉冲信号功率测量原理，功率测量模块硬件设计，频率测量模块硬件设计以及便携式电源部分设计； 系统软件设计方案，软件算法实现，液晶显示控制与键盘控制，PC机辅助调试部分的软件设计与实现； 系统的调试与校准； 系统精度验证； 结论与建议。

第二章便携式功率分析仪总体设计

2.1便携式功率分析仪的功能要求

便携式功率分析仪是一个能够对被测设备功率输出情况进行显示和分析的手持式功率测量仪器。设计的系统主要实现的功能是：

第一，对被测产品的射频脉冲峰值功率或者连续波平均功率进行实时测量和实时修正；为整机提供功率测量数据；

第二，能够对被测产品的射频载波频率测量，为整机提供频响校准的频率参数；

第三，具有示波功能，能将经检波的输出信号波形、幅值、载波频率等信息显示于本仪