王中航, 許海濤, 謝 明, 莫世波, 林春材

(成都天奧測控技術有限公司，四川 成都 610054)

為了滿足無線通信的需求，調制方式從最初的調幅、調頻、調相等模擬調制向PSK、GMSK、QAM等數字調制發(fā)展，工作方式也從最初連續(xù)波或脈沖信號向跳頻、擴頻或跳擴頻結合演進。而一個武器平臺往往需要具備多種不同頻段的通信方式來傳送語音、數據、導航和敵我識別信號，因此在戰(zhàn)場復雜環(huán)境下對武器平臺這種多調制方式、多工作方式和不同輸出功率的信號進行快速準確的功率測量往往有一定的難度。

測量功率一般可用中國電科41所或者是德科技的功率計來完成，例如是德科技的N1913A功率計可以達到±0.02 dB的測量精度，但工作溫度范圍只有0～55 ℃，而且如果要滿足大功率或者大動態(tài)范圍的測量，一般需要選擇不同的功率傳感器或者前端加衰減器。這種測試設備往往不能滿足武器的現場維修需求，也不能適用現場嚴苛的環(huán)境。本文中的設備旨在為武器的現場檢修和檢測提供專用的功率測試設備。

周啟明從手術室出來后，臉色慘白，渾身發(fā)抖，他睜開眼問她的第一句話是：“有沒有整個切除？”錢海燕看著他滿懷期待的眼神，哭得稀里嘩啦。

國內有不少從業(yè)人員對功率測量進行過研究，文獻[1]中對常見的幾種功率檢波方式的原理進行了介紹，但并沒有實際的設計和測試結果。文獻[2]中對常見的功率測量類型進行了介紹，分為平均功率、脈沖功率、峰值包絡功率和有效值功率。文獻[3]以AD8307為基礎進行了電路設計，對不同輸入頻率時的功率-電壓曲線進行了測試和分析，但沒有具體的應用產品和形成實際的推廣價值。

筆者以對數檢波器理論為基礎進行分析和設計，采用ADC對檢波信號進行采樣，以MCU和FPGA相結合的方式來完成不同調制類型的數據處理。在-40～65 ℃的工作溫度范圍內對測量鏈路進行了校準。經過試驗，本文的功率測量設備可在復雜環(huán)境下滿足武器平臺的測量需求，具有重要的推廣意義。

由于輸入頻率范圍較寬，如果帶內插入損耗波動較大或者回波損耗較差，會使校準數據量大幅增加。設計時應保證整個鏈路的插入損耗平坦，特別是不能出現凹坑，端口回波損耗控制在-15 dB以下。

1 對數檢波原理

射頻功率檢測一般用射頻功率檢波器完成。從應用角度來說，檢波器可以分為對數檢波器、均方根檢波器、包絡檢波器。對數檢波器響應較快，動態(tài)范圍大，但會受到峰均比的影響。均方根檢波器不受調制信號峰均比的影響，但由于均方根檢波器要對時間求均值，因此響應速度較慢。均方根檢波器對低輸入功率精度不高，動態(tài)范圍小。包絡/峰值檢波器具有極快的響應速度，但動態(tài)范圍較小。3種檢波器的優(yōu)缺點對比如表1所示。

表1 3種功率檢波器性能對比

圖1為一個典型的對數檢波器的原理框圖[4]，其核心是一系列級聯的線性放大器，通常放大器的增益在10～20 dB。為了簡化問題，以5級放大器級聯為例，假設每個放大器的增益是20 dB。

“廉動全球——華人好家風” 征文大賽面向全球華人，以“傳承好家訓，培育好家風”為宗旨，自主辦以來，不僅吸引了眾多國內參賽者，還有旅居美國、德國、澳大利亞、印度尼西亞等國家的數千華人華僑踴躍投稿。總投稿量超20000篇，佳作頻出?！皢觾x式”“評委見面會”“評委系列訪談”“頒獎典禮”等系列活動也在全球華人中產生了巨大的影響。家風是真正具有典型的中國特色，能樹立獨特的中國形象，是中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的精華。此次活動，對中華家文化的傳播與傳承起到了非常大的推進作用。

圖1 對數檢波器原理框圖

一個小的正弦波信號輸入到第1級放大器，將會被放大10倍(20 dB)。隨著信號被逐級放大，最后一級會最先達到飽和或者限幅狀態(tài)，形成限幅的波形。隨著輸入信號進一步增大，第4級、第3級也會先后進入飽和狀態(tài)，在圖1中假設所有放大器的限幅值為1 V。每一級放大器的輸出信號都會經過全波整流器，整流的輸出相加后得到4 V的峰值，輸入到低通濾波器濾除整流后的紋波，就得到檢波器的輸出值。

“蔡先生大鑒，適才與我們民族博物館館長提倫紐斯教授商量過您的事情。他認為，您夫人在漢堡大學注冊一事，當不成問題。我草擬了一份入學申請，隨信寄上。務請您夫人盡快向大學提出申請。您若需要其他幫助，不妨去找漢堡大學漢學研究所的助教，他有意結識您及您夫人……希望不久能在此見到您和您夫人，并致以衷心問候。”[14]207

圖2 對數檢波器增益曲線

對數檢波器的傳輸函數為[5]

Uo=Ks·Pin-Ks·b

整個測試設備的硬件分為主控模塊、大功率調理模塊和測量模塊。本文著重介紹測量用到的幾個核心模塊。測量鏈路原理框圖如圖5所示。

表4列示了薪酬激勵和股權激勵對管理層能力與技術創(chuàng)新關系的調節(jié)作用回歸結果。與全樣本基本一致，無論是國有還是民營組，均很大程度上依賴工資薪酬的激勵效應，股權激勵影響依舊不明顯。進一步比較影響系數發(fā)現，國有組高管薪酬的正向激勵程度稍低于民營組，可能是因為，相比民營企業(yè)，在國有背景高新企業(yè)任職的管理者擁有更多形式的其他回報，如潛在的行政晉升激勵以及隱形償付等，因此在給定相同的激勵機制條件下，國有企業(yè)的管理者可能不會熱衷于需要較高成本的研發(fā)投資風險利益，驗證了假設3b。

圖3 對數檢波器輸出波形

從以上對數檢波器的工作原理可以得出，對輸入的恒包絡射頻信號將檢出直流信號，對輸入的變包絡射頻信號將檢出交流信號。對變包絡輸入信號，用ADC采集交流電壓信號后，進而計算功率最大值。

當5級放大器全部處于線性放大時，鏈路總增益最大，每當一級放大器進入飽和狀態(tài)，總增益都會下降。級聯的級數越多，得到的增益曲線就越逼近對數曲線，如圖2所示。

2 系統(tǒng)設計

主控模塊軟件的功能是實現對單刀多擲開關、步進衰減器、ADC采樣進行控制，完成采樣數據處理、鏈路校準補償，以及與上位機通信。每個功能塊的作用簡述如下。

需要注意的是，對數檢波器是對輸入信號的包絡進行檢波，因此對于不同的包絡信號，對數檢波器的輸出也不相同。假設一個10 MHz的正弦波信號被一個100 kHz的三角波信號調制，采用對數檢波后的波形如圖3所示。可以看出，隨著包絡電平的改變，檢波器的輸出呈現出對數函數的形式。

系統(tǒng)的原理框圖如圖4所示。被測武器平臺的不同頻段輸入信號功率差別較大，分兩級進行功率調理，將輸入信號功率調理至檢波器的合理范圍內。測量模塊除了產生檢波后的信號外，還需要產生觸發(fā)信號和溫度數據提供給主控模塊。主控模塊采用MCU+FPGA的方式，MCU主要負責數據計算和外部通信，FPGA主要負責控制、數據采集存儲和數據預處理。

圖4 系統(tǒng)框圖

3 系統(tǒng)硬件設計

式中，Ks為對數檢波器的斜率；Pin為輸入信號功率；-Ks·b為截距，即輸入為0時的輸出值。

錢從哪里來，成了擺在林燕玲面前的一大難題。根據規(guī)劃，項目建設需要將近500萬元，但是他只有省里撥付的20萬元和縣里配套的20萬元，可謂杯水車薪。

圖5 測量鏈路原理框圖

3.1 主控模塊

采用MCU+FPGA的架構進行設計。MCU采用STM32系列的高端單片機實現，完成功率值的計算，同時通過RS422接口與上位機通信。MCU需要外擴Flash來存儲誤差修正參數。FPGA采用Xilinx公司的Spartan6系列器件，完成對功率調理模塊內的單刀多擲開關控制、測量模塊步進衰減器和ADC的采樣控制和數據存儲。FPGA還需要完成采樣數據的預處理，將得到的電壓信號發(fā)送給MCU計算功率值。ADC采用ADI公司的14-bit高速模數轉換器LTC2313-14，確保在測量脈沖信號時能準確地采集到信號的幅值并滿足動態(tài)范圍的要求。

3.2 大功率調理模塊

輸入信號具有頻段多、功率大、動態(tài)范圍大的特點，同時本系統(tǒng)還需具備通聯測試功能，因此使用大功率衰減器對每個頻段的信號進行衰減。單刀多擲開關對信號進行分路，其中一路進入測量模塊進行功率測量。

3.3 測量模塊

測量模塊主要由步進衰減器、射頻開關、對數功率檢波器、觸發(fā)信號產生電路和溫度采集電路組成。對數功率檢波器采用ADI公司的HMC602LP4E，該檢波器具有極好的溫度穩(wěn)定性、高達60 dB的動態(tài)范圍和10 ns的快速響應時間，對本系統(tǒng)的多種輸入信號都有較好的檢波能力。觸發(fā)信號產生電路主要用于界定采樣時間。溫度采集電路用于采集模塊內的環(huán)境溫度，以便于軟件根據不同的環(huán)境溫度對計算結果進行補償。溫度傳感器應盡量靠近檢波器放置。

測量模塊實際輸入信號功率范圍為-25～20 dBm，頻率范圍為2～1300 MHz，校準時功率范圍按-30～25 dBm、頻率范圍按2～1300 MHz進行校準。根據HMC602LP4E的器件手冊，檢波器的線性區(qū)在-55～5 dBm之間，鏈路插損設計為約21 dB，則可以保證到檢波器輸入端的功率落在線性區(qū)內。

1.2.1 甘薯黑斑病菌最佳產孢方法篩選。采用PDA平板接種活化后的黑斑病菌菌碟，將接種好的平板置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5～ 6 d，采用30 mL無菌水洗滌平板表面孢子，紗布過濾去除菌絲后，測量孢子懸浮液中目鏡10倍及物鏡20倍顯微鏡下一個視野內孢子數，設置3個重復，每個重復制片3張。該方法設為對照組①。

臭氧作為一種強氧化劑，可以用來抑制或殺死多種病原菌，因此也可用于果蔬采后病害的防治。Sharpe等[24]研究了臭氧對灰霉菌的抑制作用，發(fā)現用6×10-7 mol/L的臭氧對灰霉菌處理48 h，氣生菌絲長度由4.6 mm下降到1 mm，孢子的形成能力受到抑制，死亡率達到90%以上，顯示出直接的殺菌能力。嚴德卿等[25]研究了臭氧對楊梅果實采后病害的影響，發(fā)現經過臭氧處理后好果率達到96.3%以上，明顯高于未經處理的好果率(76.6%)。

4 系統(tǒng)軟件設計

由于被測平臺具有多個輸入頻段(如HF、UV、L波段)、多種調制方式(如AM、FM、BPSK、調制脈沖等)和多種工作方式(如跳頻、擴頻、跳擴頻)，輸入功率大且動態(tài)范圍較高，因此對數檢波器成為較好的選擇。對數檢波器一般僅適用于正弦波信號，對其他信號其容易受峰均比的影響造成誤差，但誤差往往表現為截距的上下偏移，應用時較容易進行修正。

① 大功率調理模塊控制功能：根據上位機發(fā)來的開關切換指令控制單刀多擲開關動作以便在被測設備和測試設備之間建立信號通道。

張仲平下海多年，早已不把自己當作什么知識分子，他寧愿把自己定位成一個合格的生意人。什么叫合格的生意人？就是在遵紀守法的前提下獲取最大利益的商人。張仲平對自己目前的生活狀態(tài)很滿意，那就是外面的生意做得順風順水，家里夫妻和睦、夫唱婦隨，有那么一種中產階級的從容自信。

那么不找熟人找誰?這是患者們問得最多的一個問題。專家指出，現在不少醫(yī)院推出了導診、首診負責制、投訴待崗制等等服務。這些“正途”都應該引起患者重視，通過這些方式，患者可以及時找到想要找的專家，還可以準確投訴。

② 測量模塊控制功能：根據上位機發(fā)來的控制指令控制步進衰減器將電平調理到合理的范圍之內，控制內部的射頻開關建立信號通道。

③ ADC控制和數據處理功能：控制ADC完成信號采集，并對數據進行存儲和處理，計算得到輸入信號的功率值；由于對數檢波器對不同的調制信號的檢波信號并不相同，對于恒包絡信號，由采到的直流電壓信號即可計算出功率值，而對于變包絡信號，需要先對檢波信號尋找最小電壓值(對應功率最大值)再計算功率值。

④ 功率校準控制功能：根據上位機下發(fā)的校準命令對鏈路進行校準，擬合測量曲線，存儲校準數據，完成誤差修正。以合適的步進對頻率、功率和溫度進行分擋，擋位的劃分以滿足測量精度為原則，過度的分擋會造成校準數據量激增。在線性度較好的區(qū)域可以適當減少擋位，在非線性區(qū)則需要適當地增加擋位。

5 關鍵技術

5.1 誤差修正技術

誤差修正的主要任務是用一定方法補償分離的儀器各組成環(huán)節(jié)的確定性系統(tǒng)誤差[6]。本文中系統(tǒng)誤差主要包括偏移誤差、增益誤差和溫度漂移誤差。偏移誤差是指將儀器的射頻信號輸入端為0測得的零值電壓。增益誤差是指輸入一個標準信號在不同的增益下，得出實際測試數據和理想輸出數據的差異。偏移誤差和增益誤差均以一定頻率步進進行測試和校正，將誤差值存儲在Flash中，進行誤差修正。溫度漂移誤差是指在加溫測試過程中儀器的測試數據與常溫下的測試數據的差異[7]。以一定溫度步進和頻率步進進行測試和校正，將誤差值存儲在Flash中，進行誤差修正。另外，還應考慮不同的調制信號會使對數檢波器的輸出發(fā)生垂直偏移，以及其他原因引起的誤差(如阻抗失配帶來的誤差)[8]。

5.2 精確采樣技術

被測信號中包含窄脈沖信號，如果系統(tǒng)采用連續(xù)采樣的工作方式，那么對系統(tǒng)硬件的要求很高，導致成本上升。如果采用觸發(fā)采樣的工作方式，那么系統(tǒng)需要準確知道脈沖的出現和持續(xù)時間(或消失時間)，否則，ADC會采集到非真實的數據。本系統(tǒng)中采用觸發(fā)采樣的工作方式，以高速比較器來界定脈沖信號的有效時間。同時，盡量減小對數檢波器的“拖尾”問題造成的影響也非常重要。

6 系統(tǒng)調測

6.1 誤差修正

上位機控制標準信號源輸出一定功率和頻率的射頻信號，同時將頻率和功率值下發(fā)到MCU。FPGA計算得到檢波電壓信號后發(fā)送給MCU，每得到一組功率和電壓值即是功率-電壓坐標系的一個點(Pin,Uo)，兩個點即可確定一條直線。只要線段足夠多，即可精確地擬合功率-電壓曲線，如圖6所示。MCU需要將得到的多組功率值和電壓值進行存儲。同時，MCU還需要存儲此時的溫度值和頻率值。

圖6 直線近似曲線校準圖

采用直線近似曲線的方法會導致誤差，實際上有很多軟件或算法可以實現曲線的直接擬合，從而得到曲線的系數，但用曲線直接擬合的方式往往對算法和編程要求較高，也有可能需要人為參與中間過程，效率較低。相比之下，直線近似的方式更容易實現自動化校準，同時也保證了精度。

6.2 多波形采樣

輸入信號的調制方式有AM、FM、BPSK等。當輸入信號是連續(xù)波時，ADC采用較低的采樣速率進行采樣，降低系統(tǒng)的處理速度，節(jié)省功耗；當輸入信號是脈沖信號時，ADC采用較高的采樣速率進行采樣，以防漏掉有用數據。

圖7為AM調制信號的檢波輸出測試圖，上面的曲線為AM檢波信號，下面的曲線為ADC的采樣時鐘，調制信號頻率為1 kHz，載波信號為150 MHz。如前所述，輸入變包絡信號時，檢波信號會隨著包絡的變化而變化。

圖7 AM信號檢波電壓

圖8為脈沖信號的檢波輸出測試圖，從上到下的曲線依次為脈沖檢波信號、觸發(fā)信號和ADC的采樣時鐘。脈沖寬度約為4 μs，脈沖周期約為12 μs，載波信號頻率為1 GHz。可以看出，檢波后的信號上升沿和下降沿時間約為1 μs，遠高于HMC602LP4E器件手冊上給出的10 ns。為了得到較為平滑的檢波信號，在檢波器電路和ADC之前都加入了濾波電路，以犧牲一定的延遲時間換取較低的紋波。

圖8 脈沖信號檢波電壓

7 測試結果

目前僅對測量模塊進行校準和測試，大功率調理模塊可以用矢量網絡分析儀測量鏈路插入損耗，將插入損耗補償進系統(tǒng)即可。為了測試的方便性，用是德科技公司的標準信號源E8257D按頻率、功率、溫度、信號類型進行組合，在25 ℃，-40 ℃，65 ℃三個溫度點對測量模塊進行測試。測量模塊的測試結果如表2所示。

表2 溫度25 ℃，-40 ℃，65 ℃下功率測量值

從測試數據可以看出，總體上，高頻的測量誤差要大于低頻的誤差，高低溫時的誤差明顯大于常溫時的誤差，比較符合對數檢波器的特性。常溫25 ℃的測量誤差均控制在±1 dB內，高溫65 ℃和低溫-40 ℃時的測量精度均控制在±2 dB內，符合要求。

不過，盡管短周期存在周期及基數壓力，空調依然是最為穩(wěn)固的家電細分板塊，格力美的的雙寡頭地位穩(wěn)固，維持市場大體穩(wěn)定，也讓行業(yè)均價處于緩慢提升通道。不過從競爭格局來看，二線品牌還能保持一定市場空間，但其它雜牌生存空間則日益狹小。

8 結束語

本文利用對數檢波器對多種調制信號波形的功率進行了檢測。開發(fā)的射頻功率測量系統(tǒng)具有體積小、檢測精度高、溫度穩(wěn)定性好、動態(tài)范圍大的特點?？稍趹?zhàn)場環(huán)境中快速地對武器平臺的輸出功率進行檢測，給武器平臺的維護帶來了很大的方便。