[发明专利]一种基于USB接口的微波功率测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波功率测试装置，尤其涉及一种基于USB接口的微波功率测试装置。

背景技术

在微波功率测试领域，常见的微波功率测试装置采用如下测试方案：首先通过功率探头将微波信号转换为微弱的直流电压信号，并经过初步放大处理后，通过多芯电缆将模拟信号传送给功率计主机，功率计主机对信号进行后级的放大和滤波，转换为数字信号后由DSP完成信号的校准补偿，再由主机内CPU（中央处理器）读取处理后的数字信号，通过显示界面直接在主机屏幕上显示出来，或者通过串口、GPIB（通用接口总线）、网络等接口与其他控制仪器进行交互。为实现功率的准确测量，主机内部还必须设计校准源，用于各种功率探头的校准。

现有技术中的微波功率测试装置采用“主机+电缆+功率探头”的微波功率测量仪器架构，由于主机要实现电源转换、显示、按键、各种外部接口和仪器的基本功能，其主机尺寸约为（深×宽×高）330毫米×220毫米×105毫米，其探头尺寸通常为40毫米×40毫米×125毫米。由于功率测试主机体积较大，在组建测试系统时需要占据机柜较大空间，并且一般还需要220V电源供电，需要GPIB、串口或者网口等程控接口，连接比较繁琐，携带也不方便，所以一般仅限于实验室使用，不适合现场调试、监控和生产线使用；并且在需要对相邻的多个功率端口进行测试时，需要同时使用多台功率计主机、电缆和功率探头，占用空间更大，程控连接更为繁琐，成本也更高。

因此，在系统组建、现场测试、生产线测试、多通道测试等方面，现有台式结构的微波功率测试装置存在诸多的不便。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是，提供一种结构紧凑，连接简单，系统集成方便快捷，即可用于实验室，也可用于现场测量、监控和生产线使用的微波功率测试装置。

本发明要解决的技术问题是，在单探头体积内集成功率传感、信号调理、采集和数字信号处理电路，使其具有数字信号处理和模拟信号采集与调理功能，并采用USB接口供电，实现USBTMC协议（USB Test&Measurement Class：USB测试测量通信协议），同时实现测试数据和控制命令的传输的技术问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于USB接口的微波功率测试装置，包括外壳、电路板支架、微波功率传感器和模拟电路板和数字电路板；其中模拟电路板和数字电路板通过高密度连接器连接到一起，并通过螺丝固定到电路板支架上，外壳和微波功率传感器再固定到支架上。

其中，模拟电路板包括斩波放大电路、二级放大电路、模数转换电路、校零校准选择电路和温度模数转换电路；

数字电路板包括数字信号处理电路、USB接口电路和电源管理电路；该电源管理电路对整机进行复位、电源转换和电源管理；

数字信号处理电路包括数字信号处理器、同步动态数据存储器、闪存程序存储器和复杂可编程逻辑阵列芯片，其完成功率测试数据的线性、校准因子和温度补偿以及整机的控制和程控命令解析；

上述微波功率传感器将微波信号转换为微弱的直流信号，经由金线进入模拟电路板，然后经过斩波放大电路和二级放大电路放大后，由模数转换电路将模拟信号转换为数字信号；

在整机控制下，由上述校零校准选择电路完成测量过程中的校零和校准操作；

上述温度数模转换电路实时将内部温度转换为数字信号；

上述模数转换电路和温度数模转换电路产生的数字信号经高密度连接器进入数字板，经复杂可编程逻辑阵列初步处理后传输到数字信号处理器，由数字信号处理器完成数据的校准补偿和实时处理，最后由USB接口电路将最终数据传送给上位主机。

作为一种优选，上述微波功率传感器包括热敏电阻、隔直电容、3dB衰减电路、50欧姆匹配电阻和两个平衡配置的检波二极管。

作为另一种优选，上述斩波放大电路利用CPLD（Complex Programmable Logic Device：复杂可编程逻辑器件）产生的两路反相斩波控制信号，使两片MOSFET晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属-氧化层-半导体-场效晶体管)轮流导通，使得两路直流微弱信号转换为一路300Hz至500Hz的低频交流信号。其中，MOSFET晶体管的型号为BSS83增强型。

作为另一种优选，上述二级放大电路（3）为级联放大电路，放大倍数为100倍，放大器型号采用TL072CD或者TL074CD。放大倍数也可以根据需要选用80、96或120倍。