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1、射频信号能量记录仪的设计的文献综述射频信号能量记录仪的设计的文献综述崔婉婷信息科学与工程学院 080401097摘 要：本文设计了一种射频信号能量的记录仪。首先从射频信号出发，阐述了射频信号的基本定义；其次分析了射频检波器的工作原理及它的选择标准：最简单的方法基于著名的峰值检波器,该检波器是一种提取信号幅度的器件。进行幅度调制时，直接可以获得感兴趣的信息，而当测量的参数是信号的功率时，则必须进行转换。几十年来，普遍使用二极管检波器，而且现在依然广泛使用；然后当信号经过了检波之后就经过 AD 转换器，AD 转换就是模数转换，转换成数字信号后经过单片机 ，完成对射频信号的记录。关键词：射频信号、检
2、波、AD 转换器、单片机、记录仪一、引言在近十年来，通信技术以惊人的速度发展，而射频无线移动通信技术的发展显得尤为迅猛。射频（Radiofrequency）1，在无线电传输应用中指的是10KHz 至100GHz 的频谱范围。目前在无线通信技术领域，射频多指800MHz 至2.5GHz 的频率范围通信系统的应用。射频技术2在当今各个领域得到广泛应用，如：高速语音、数据、图文与图像传输、蜂窝式个人通信与基地站、低轨道卫星移动通信、无线局域网、无线接入系统（包括Bluetooth）、 全球卫星定位系统、卫星直播电视和多点多址分布系统等3。射频信号测试通常需要在一定的条件下对设备的某几项性能参数进行大
3、量重复的测试, 而目前广泛应用的电子测量仪器如数字示波器和频谱分析仪,其本身并不具备智能化的连续自动测试能力,对该类型仪器的操作较多采用人工单次手动方式4。当前，在我国的移动通信市场上个人终端的主流产品为GSM手机。但是随着移动 用户数量的急剧增长，GSM手机射频系统暴露出来的问题也日趋严重。如：接收 信号灵敏度下降，发射功率值偏离正常工作范围，误码率高，相位误差大，射 频电路所占面积过大等。所以要设计的这个记录仪要测试手机信号5。记录仪 是工业中常用的二次仪表，尤其在机械、化工、炼油、制药等行业中应用相当 广泛。记录仪是获取、转换、记录、处理各种实时数据从而实现过程实时监测 和事后分析的必备
4、工具6。二、基于二极管检波器的发展及现状二极管绝大多数用于包络检波，还在超外差接收机中作为非线性混频元件使用。对于绝对功率测量来说，这种早期的二极管技术应用主要限于射频和低的微波频率范围。二极管利用其整流特性将高频能量转变为直流，这是它们的非线性的电流一电压(i-v)特性造成的结果。普通的硅p-n结经适当的封装后会是一个灵敏的射频检波器。但是p-n结的带宽有限。此外，没有偏置p-n结具有很高的阻抗，因而提供给负载的检波功率极小。射频信号必须足够大才能使结电压达到O7V，开始有明显的电流流动。另一种方法是给二极管加偏置到O7V，只要很小的射频信号就能产生明显的整流电流。但是这种方法会出现大量的噪
5、声和热漂移，在最小可测功率方面几乎没有多大的改善7。那么先介绍检波器的几个关键参数：工作频率、灵敏度和线性等。射频信号频率也许是选择检波器时最先考虑的参数。检波器的速度必须快到足以提取信号的幅度。它也必须能在相当大的频率范围内提供恒定的响应。比如，用于测量GSM移动电话传输功率的检波器必须在880MHz 到 915MHz的范围内有相同的灵敏度。为满足这一要求，两个内部的参数至关重要：灵敏度（或增益）变化与频率之比，以及输入阻抗匹配。灵敏度是指在非常低的输入信号加到输入时，检波器返回有用信息的能力。灵敏度越高，检波器越好，但仅仅通过提高增益并不能实现这一点。当可能有大的信号变化时，最大的输入信号
6、必须同样具有适当的精确度，这就要求有良好的动态范围。出于这一原因，检波器被分为两大类：线性和非线性检波器。对于幅度调制的解调或者当设计师无法校准检波曲线时，要求好的线性。在这里我选择非线性检波器。非线性检波器可以在-30dBm 到 +20dBm之间工作，而且因为特性曲线分为两个线性部分，因此校准也比较简单8。检波器直接检测毫米波信号功率大小9，输出直流信号，整个电路主要由波导到微带的过渡、输入阻抗匹配网络和高低阻抗线等三部分组成，整个电路制作在一块软基片上。初看起来高低阻抗线只起低通滤波器的作用,实际高低阻抗结对微波而言是一些串并联分布电感、电容结构。从检波原理来看,检波过程是信号源通过二极管
7、给电容充电与电容对负载电阻放电的交替重复过程,所以这些电容的大小与分布形式对检波性能有很大的影响。并且如果这些电感与电容分布合理,与检波管结合在一起,输入阻抗可接近于实阻50,从而使电路最大限度近似匹配,提高检波性能10。三、A/D转换电路的概述和发展趋势数据转换系统是连接模拟世界和数字系统的级带，其实现形式是模拟数字转换(ADC)和数字模拟转换(DAC)。电子式模数转换和数模转换电路的发展历史最早可追溯到二次世界大战末期。当时信息论学科正在崛起，它使得数字通信技术得到迅速发展。理论和实践都证明，数字通信一种可靠、经济、保密和方便的通讯方法。显然，要实现数字通讯，首先要在发射端必须将所要传送的
8、声音、图片等连续变换的模拟量转成相应的、分离的数字量发送出去；在接收端，还必须将所接收的数字量还原成声音、图像等模拟量。为此，人们开始研制和发展了模拟数字转换和数字模拟转换电路。11模数转换电路(A/ D) 常被用于测控系统和自动化仪表中的现场数据采集能实现模数转换的方式和手段有多种, 且各具特点, 但有时也难于满足实际的设计要求, 主要反映在测量精度、测量速度、系统的隔离、扩展、接口及抗千扰等几个方面。13随着计算机技术、多媒体技术、信号处理技术、微电子技术的发展，电子技术的应用已经逐渐渗透到军事和民用领域的各个角落，不断推出先进的电子系统。在现代先进的电子系统前端和后端都要用到数据转换器，
9、以改善数字处理系统的性能特别是诸如雷达、声纳、高分辨率视频和图像显示、军事和医疗成像、高性能控制器与传动器，以及包括无线电话和基站接收机在内的现代数字通信系统应用对高速、高分辨率模数转换器的需求不断增加。模数转换和数模转换集成电路的研究对通讯等领域的发展起着至关重要的作用。但是，这些尖端核心技术的电路目前大部分依靠国外进口，因此，开发具有自主知识产权的混合信号处理系统集成电路，特别是超高速的AD转换芯片，这对我国通信、信息技术的发展具有举足轻重的传用11。AD转换器12的发展趋势：在模拟解决方案的优势明显优于数字解决方案的情况下，前端模拟信号处理和数据转换(包括防混迭滤波器)的作用仍然是非常重
10、要的；其次，在视频和通信应用方面，模拟和数字领域的数据传输速率持续增加，从而在数据转换电路设计的上提出了新的挑战；再次，当一个数据转换电路与大量数字电路共存一个芯片时，它将承受大量的衬底噪声和电源噪声，因此数据转换电路的抗噪声能力成了设计混合信号处理系统的最重要的环节；最后，数据转换电路的功耗是当今应用领域的一个非常重要的参数，它将对便携式产品的封装成本和电池的寿命产生很大影响。通常，对给定的精度和转换速度，模数转换比数模转换需要更高的功耗和电路复杂性。因此，模数转换电路常表现为高性能混合信号系统的瓶颈11。四、51单片机的概况和发展趋势单片机亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（
11、CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在可以说单片机是百花齐放的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势 14。单片机的核心是CPU,用超大规模集成技术把CPU 集成在一块芯片上，称为微处理器。单片机在最近几年中得到了极大的发展，目前世界范围内单片机发展的主要领域有4 个：一是欧美，最新开发产品及主要厂商有：National semicu
12、ndutor的cop8 系列单片机，美国的Scenix 的八位单片机，荷兰PHILIPS的51系列单片机，美国AMD公司186 系列16 位嵌入式微机控制器，MOTOROLA的各个系列单片机；二是日本，TOSHIBA 公司开发了从4 位到64 位多系列单片机，日立公司也有从4 位到32位多系列单片机，NEC 公司的75X、78X 系列微机；三是台湾地区,主要有WINBOND的W741/W516，W78/W77，等系列产品微控制器； 四是韩国， 主要有HYUNDAI microelectrionics 的GMS800、GMS30系列微控制器。另外还有LG 公司也生产单片机，可见单片机发展到今天可
13、以说种类繁多、性能各异。但目前我国的许多单片机应用单位仍停留在采用片内无ROM等低档单片机状态15。单片机16的特点是：1、 品种多样，型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要，使系统开发者有很大的选择自由。CPU 从4、8、16、32 到64位，有些还采用了RISC 技术。2、 提高性能，扩大容量。集成度已达200万个晶体管以上，总线速度达到数十微秒。指令执行周期减到数十微秒，ROM 发展到32K、64K。3、增加控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的单片机已发展到在一块含有CPU 的芯片上，除嵌入RAM、ROM存储器和I/O接口外,还有A/D、PWM、UART
14、、Thler/Counter、DMA、Watchdog、Serial、Port、Sensor、driver，以及显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等，构成一个完整的功能强的计算机应用系统。4、低功耗。供电电压从5V 降低到3V、2V 甚至1V 左右。工作电流从mA 降到A级。5、 应用软件配套。提供了软件库，包括标准应用软件，示范设计方法。使用户开发单片机应用系统时更快速、方便。6、 系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB,以方便构成各种应用系统15。 五、总结综上所述，在信息技术高度发展的时代，随着计算机技术的发展， 对各种仪器的使用情况的监控也越来越智能化。针对
15、目前市场上记录仪成本高、可扩展性差、存储容量小、编程复杂等缺点17，以单片机为核心，通过射频检波器检测射频信号，然后以AD转换器吧模拟信号转换成数字信号传输给单片机，最终射频信号能量记录仪18的设计，是可行的。参考文献1 Averna URT - RFRF SignalSignal Record Hubert Grandry;Hassan Chaoui;射频功率检波器的选择标准J;电子设计技术;2003年06期9 DETECTOR BACKGROUND AND DETECTOR DESIGN P387 10刘侨, 胡皓全, 徐军. Ka波段微带检波器设计J. 微波学报 , 2010,(S1)1
16、1沈志远 6比特超高速全并行模数转换集成电路设计D东南大学 200612 Design of a High Speed Analogto-Digital Converter for Data Storage ChannelsAnand Dixit 1998 Advisor: Prof. 13顾启民, 邹永林, 王国新, 谢利峰. 基于单片机的实用多路A/D转换电路J.常熟高专学报 , 2000,(02)14王啸东. 单片机的发展趋势J. 今日科苑 , 2010,(06)15张鹏飞. 单片机技术应用的发展状况研究J. 浙江工商职业技术学院学报 , 2005,(01)16 Microcontroller Interfacing Techniques Document Revision: 1.01 April, 2005 17马飞, 马彦青, 骆育, 罗伟. 基于AVR单片机的智能信息记录仪设计J. 电子元器件应用 , 2
