基于AD8307的射频功率测量电路设计

蒋振，孟进，何方敏，李毅，张家毫



基于AD8307的射频功率测量电路设计

蒋振，孟进，何方敏，李毅，张家毫

（海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室，武汉 430033）

提出的一种基于AD8307的射频功率测量电路设计方案，使用一电阻和一电容将传输线上的射频信号功率耦合进AD8307芯片，AD8307芯片将其转换成直流电压信号输出。该电路测量功率范围可从1 W到100 W，工作频率从高0.1 MHz到100 MHz。测试结果验证的该方案的可行性。

AD8307 射频功率测量

0 引言

准确的射频功率测量技术在现代通信系统中应用越来越广泛，为了保护接收设备前端电路，实时监测在高频设备间或高频电路中传输信号的功率是十分必要的。功率测量的方式一般可归结为两类：吸收式（又称终端式）和通过式。前者利用功率探头作为被测系统的终端负载，它吸收全部被测功率；后者只吸收很小部分功率。具体又分为四种方法：二极管检测法、等效热检测法、均方根到直流变换检测法、对数放大检测法。二极管检测法不能直接测量输入功率的有效值，当被测信号不是正弦波时，测量误差较大；等效热检测法在实际应用中实现难度较大，且设备成本昂贵；均方根到直流变换检测法测量功率精度较高且测量频带较宽，但当输入功率较低时，低温对输出影响较大，且实现成本昂贵[1-6]；本文介绍了一种基于对数放大器AD8307 芯片的通过式功率测量设计方案[7-8]，利用一个高值电阻和一个低值电容来将传输线上的功率耦合到AD8307模块，AD8307芯片将耦合进的功率转换为电压输出。

1 AD8307简介

AD8307[9]是应用于频率在500 MHz以内的，动态范围达92 dB（-75 dBm-+17 dBm）的多级对数放大器。它采用8引脚SOIC-N封装，如图1所示。使用2.7~5.5 V、7.5 mA单电源供电，低功耗，3 V时功耗仅为22.5 mW。可广泛应用于对信号功率需要准确测量的高频通信和仪器仪表系统中。利用AD8307测量功率时，典型的线性斜率为0.025 V/dB，测量范围为-75 dBm~+16 dBm。

3 电路设计

整体电路原理图如图2所示。

AD8307的1脚和8脚之间的输入阻抗in约为1.1 kΩ，通过调整1和3的阻值，可以适当调整射频输入的动态范围，在本电路中，取3=1.5 kΩ，1=100 kΩ，则3与1上的分压比例系数a约为：

即约为：

所以射频输入的动态范围约为-75+44 dBm~ 16+44 dBm，即-29 dBm~ 60dBm（约1 μW~1 kW）。

输出电压（V）与输入功率（dBm）之间的线性关系为

在通常情况下，截距b取1。但是对于不同频率情况下的待测信号，实际功率测量值与在b取1时计算得到了理论值有所偏差。因此为得到更为精确的计算式，需要对截距b做出一定的调整。

图2 整体电路原理结构

3 实验验证及结果分析

图3-图5是AD8307输出电压与不同信号频率（=3 MHz、=15 MHz、=30 MHz）下的测量功率间的关系图（虚线为实测值，实线为理论计算值）。图中理论值是在=1的情况下计算得到的。

从图3-图5容易看出，电压的实际值与理论值两条曲线的斜率几乎是相等的，只是在不同信号频率下，实际值曲线的截距有所偏差，这与实际情况是相符的。在实际应用中，可以通过一定的补偿来减小截距的偏差。

图3 AD8307输出电压（V）与测量功率（dBm）关系图，f=3 MHz

图4 AD8307输出电压（V）与测量功率（dBm）关系图，f=15MHz

图5 AD8307输出电压（V）与测量功率（dBm）关系图，f=30MHz

当没有输入信号时，即输入功率为0 W时，AD8307输出电压约为0.220 V。这个偏置电压是引起图3-图5中电压实际值与理论值曲线截距不同的主要因素。所以，式（3）中的截距应当修正为1.220。得

图6-图8为截距修正后的AD8307输出电压与不同信号频率（f =3 MHz、f =15 MHz、f =30 MHz）下的测量功率间的关系图（虚线为实测值，实线为理论计算值）。

图7 截距修正后AD8307输出电压（V）与测量功率（dBm）关系图，f=15 MHz

从图6-图8可以看出，截距修正后，电压的实测值与理论计算值偏差变小，尤其是在=30 MHz时，两条曲线几乎重合，由此可见修正后的式（4）是可行的。

4 结束语

本文设计了一种基于AD8307的通过式实时功率测量电路，电路结构简单。该电路在吸收很小部分传输线上的功率情况下，能够较为精确地实时测量传输线上的功率，使用方便，并且经过实验验证，证明了该电路的有效性。

图8 截距修正后AD8307输出电压（V）与测量功率（dBm）关系图，f=30 MHz

[1] 沙占友, 薛树琦, 安国臣. 射频功率测量技术及其应用. 电测与仪表, 2005, 42(476).

[2] 沙占友. 功率测量技术及其应用. 电源技术应用, 2006, 9(7).

[3] 余振坤, 曲文英. 射频大功率测量误差分析. 微波学报, 2006, 22(3).

[4] 和宏海. 射频功率测量在通信系统中的应用. 测试技术与应用, 2002, 32(10).

[5] 杨勇, 郑正奇. 3GHz射频功率计的设计和实现. 电子工程师, 2007, 33(2).

[6] 李坤党, 赵浩. 微波功率测量反射信号影响及二极管微波功率计测量不确定度分析. 仪器仪表学报, 2012, 33(8).

[7] 梁维刚. AD8307与Atmega8在射频功率测量中的应用. 广西物理, 2007, 28(1).

[8] 单淑娟, 李明东, 吕国丰. AD8307型对数放大器及其应用. 电子设计工程, 2010, 18(1).

[9] AD8307datasheet.

Design of a RF Power Sensor Circuit Based on the AD8307

Jiang Zhen, Meng Jin, He Fangmin, Li Yi, Zhang Jiahao

(National Key Laboratory for Vessel Integrated Power System Technology, Naval University of Engineering, Wuhan 430033 China)

TM933.3

A

1003-4862（2014）10-0074-03

2014-01-13

蒋振（1990-），男，硕士研究生。硕士研究生。研究方向：电磁兼容。