如何提高微波頻率實現復雜調制信號的準確功率測量效率

一款非常寬帶的新型 RMS 功率檢波器為微波設計工程師在微波頻率實現復雜調制信號的準確功率測量解決了許多難題。 LTC5596RMS 功率檢波器擁有以下主要優勢：

l從100MHz 高達 40GHz (Ka 波段) 的寬輸入頻率范圍；完全阻抗匹配至 50Ω，并 不需要任何外部匹配組件。

• 35dB對數線性動態范圍，在I級器件外殼溫度范圍內(-40°C至+105°C) 具有 ±1dB 準確度。還可提供工作溫度高達 125°C 的H 級器件。

• 非常平坦的頻率響應；200MHz至 30GHz 之間的響應移位通常小于 ±1dB。

• 高輸出驅動能力，能驅動50Ω 負載。

• 高的ESD 額定值(3.5kV HBM 和 1.5kV CDM) 使其易于在生產環境中處理。

• 響應對于大的峰均功率比(PAPR) 非常不敏感，從而使其很適合于高度復雜波形的準確測量，并不需要進行大量的校準工作。

LTC5596 的 RF 輸入準確地阻抗匹配至 50Ω (從 100MHz 至高達 40GHz)，如圖 1 中的實測回程損耗所示。

圖 1：輸入回程損耗與頻率的關系曲線

RF 輸入的“地-信號-地”配置 (圖 2) 專為在 5 密耳厚的 RO3003 或相似襯底上與一個共面接地波導無縫對接而設計，并不需要任何外部匹配組件。

圖 2：LTC5596 引出腳配置和接口連接

此外，LTC5596 的響應在一個寬輸入頻率范圍內幾乎沒有什么變化。這最大限度地降低了在不同頻率進行響應校準的需要。如圖3 所示，由于響應的頻率相依性所引起的測量誤差(相對于在5.8GHz 頻率的響應)在200MHz 至30GHz 的頻率范圍內小于±1dB。

圖 3：表示為輸入功率測量誤差的檢波器響應之頻率相依性 (相對于 5.8GHz)

就其本性而言，均方根 (RMS) 功率檢波器非常適合準確地測量任意波形的平均功率。這是因為此類器件精確地執行用于平均功率(與信號平方的平均值成比例)的定義公式。其他類型的功率檢波器(例如：肖特基二極管檢波器或解調對數放大器)則執行稍有不同的操作，這些操作常常涉及信號包絡。每當輸入波形(但不是平均功率電平)改變時，這會引起其響應發生變化。新式通信系統廣泛地使用復雜調制的高PAPR 信號 (OFDM、WCDMA)，并根據(無線電)鏈路的質量自適應地進行調制和代碼的調整。這確實導致了數以千計PAPR 差別很大的不同波形。在這樣的環境中，采用非 RMS 功率檢波器實現所需的功率測量準確度 (一般為±1dB) 常常只能利用廣泛全面和耗時費力的校準、以及接收波形類型的先驗知識來完成。當采用 LTC5596 RMS 功率檢波器時，對于高達 Ka 波段頻率的信號而言，此類校準通常就不再是必不可少了。

在許多應用中，RF 信號的功率電平通常是在 dB 標度上規定的(這種做法的動機之一是傳輸通路損耗近似為對數線性與距離的關系)。LTC5596產生一個與其輸入端口上的平均功率電平(rms 信號電平，單位為dBm) 成比例的(DC) 輸出電壓。另外，響應在寬工作溫度范圍內也是非常穩定的，從而在整個工作溫度范圍內通常產生小于±1dB 的誤差，如圖4 所示。

圖 4：LTC5596 在 30GHz 的對數線性響應，和相對于 25^oC 時的擬合理想對數線性轉移的誤差。

在 LTC5596 -37dBm至-2dBm 動態范圍內的任何一點上，輸入功率的1dB 變化都會導致29mV 的輸出電壓變化。例如，針對一個1dB 功率步進，二極管型檢波器或電壓線性功率檢波器在高功率電平上產生的輸出信號變化遠遠小于其在低功率電平上產生的輸出信號變化。這使得它非常難以在整個動態范圍內實現足夠準確的功率測量。通過把一個ADC 連接至 LTC5596 輸出，可在整個動態范圍內獲得具有恒定和高分辨率的實測功率數字表示。

此外，LTC5596 還提供了一種簡單方法以對輸出信號實施額外的濾波，這適用于降低殘留的高頻紋波和噪聲?？扇菀椎乩眠B接在OUT 和FLTR 之間的單個電容器縮減器件內部之輸出驅動器放大器的帶寬，并不會犧牲器件的電流驅動能力。采用幾十pF 電容通常就足夠了?；蛘?，也可以把一個濾波器連接至器件的OUT 接口。LTC5596的高驅動能力允許一個很寬的阻抗范圍，而不會改變功率測量準確度。LTC5596非常適合低占空比應用，在此類應用中器件僅在一小部分時間里處于運行狀態。在停機模式中輸出接口變至高阻抗，這最大限度地減少了輸出濾波器中大電容器的放電，并確保一旦器件被重新使能可實現快速穩定。

LTC5596 的 I 級 (-40°C 至 105°C 外殼溫度) 和 H 級 (-40°C 至 125°C 外殼溫度) 器件采用小型 2x2 DFN-8 封裝。H級器件保證對其對數斜率和截取參數具有較嚴格的限值，這簡化或甚至免除了工廠校準的需要。