Истинно линейный детектор радиочастотной мощности

Victor Chang, Eamon Nash - Analog Devices

EDN

Современные высококачественные передатчики требуют точного контроля радиочастотной мощности, поскольку большинство сотовых стандартов для поддержания эффективной сети строго регламентируют уровни излучаемой мощности. Управление мощностью передаваемого сигнала также позволяет создавать более дешевые системы. На Рисунке 1 показана схема, обеспечивающая линейное измерение радиочастотной мощности, не зависящее от формы сигнала. Сложные схемы модуляции, такие как CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов) и TDMA (множественный доступ с временным разделением каналов), сделали традиционные подходы к оценке радиочастотной мощности устаревшими. Детекторы на основе диодов имеют плохую температурную стабильность, а тепловые детекторы имеют большое время отклика. Логарифмические детекторы термостабильны и имеют широкий динамический диапазон, однако их отклик зависит от формы сигнала. Это приводит к изменению выходного сигнала в зависимости от типа модуляции, а, в случае использования технологии расширения спектра – и от загрузки канала.

Рисунок 1.	Выходное напряжение этой схемы прямо пропорционально уровню входной мощности в ваттах.

В системах, использующих несколько типов модуляции, измерение мощности должно быть независимым от формы сигнала. К ним относятся, например, системы точка-точка, сконфигурированные для передачи сигналов QPSK (квадратурная фазовая манипуляция), 16QAM (квадратурная амплитудная модуляция) и 64QAM, а также системы с расширением спектра, такие как CDMA и W-CDMA (широкополосный CDMA). Логарифмический усилитель в контуре автоматической регулировки усиления может управлять усилением усилителя мощности с изменяемым усилением, но выходное напряжение зависит от формы сигнала, поскольку на среднеквадратичный уровень сигнала логарифмический усилитель не реагирует. Например, входные сигналы синусоидальной и прямоугольной формы с одинаковыми среднеквадратичными уровнями напряжения, имеют разные логарифмические характеристики (Рисунок 2). Для коррекции этого различия в мультистандартных системах можно использовать поправочные коэффициенты.

Рисунок 2.	Логарифмические усилители детектируют сигналы в широком динамическом диапазоне, но их отклик не соответствует среднеквадратичному значению.

В альтернативном решении (Рисунок 1) используется микросхема AD8361 – высокочастотный детектор реальной мощности. В отличие от логарифмического усилителя, AD8361 преобразует среднеквадратичное значение в постоянное напряжение и, следовательно, его выходной сигнал соответствует действующему значению входного напряжения. Следовательно, при синусоидальных, прямоугольных или любых других входных сигналах с одинаковыми среднеквадратичными уровнями выходные постоянные напряжения будут одинаковыми, что позволяет в системах с несколькими видами модуляции выполнять измерения, не зависящие от формы сигнала. При добавлении умножителя выходное напряжение схемы становится пропорциональным уровню входной мощности в ваттах. С помощью схемы на операционном усилителе можно легко отрегулировать усиление и смещение этого измерителя мощности, чтобы установить для выходного сигнала масштабный коэффициент в вольтах на ватт. На вход AD8361 может подаваться радиочастотный сигнал сложной формы.

Рисунок 3.	Схема на Рисунке 1 реагирует на среднеквадратичное значение сигнала независимо от его формы.

Умножитель возводит выходное постоянное напряжение в квадрат, чтобы получить напряжение, пропорциональное мощности, рассеиваемой на 50-омном входном сопротивлении схемы. Умножитель AD633 возводит в квадрат среднеквадратичное значение выходного напряжения AD8361 и делит его на 10. AD707 обеспечивает максимальное усиление, равное 6:

Это меньше, чем коэффициент усиления 10, который потребуется для того, чтобы точно компенсировать эффект масштабирования умножителя, и позволяет иметь более широкий динамический диапазон схемы, поскольку при коэффициенте усиления, равном 10, выход будет насыщаться меньшим входным сигналом. С помощью потенциометра R2 можно легко отрегулировать смещения всех цепей. На Рисунке 3 представлены результаты измерений, полученные с помощью этого устройства. На графиках показаны выходные напряжения и ошибки для входных сигналов с частотами 100 МГц и 900 МГц. Детектор работает на частотах до 2.7 ГГц.

1. Datasheet Analog Devices AD633
2. Datasheet Analog Devices AD707
3. Datasheet Analog Devices AD8361