基與AD8302的C 波段鑒相器設(shè)計

劉聰　李少甫

摘要：為解決C波段功率合成中相位測量的問題， 該文介紹了一種用于RF/IF幅度和相位測量的AD8302芯片， 并利用它的鑒相功能實現(xiàn)了一款C波段的鑒相器的設(shè)計.首先采用前端變頻電路將信號頻率變換到AD8302可以處理范圍內(nèi)，然后利用AD8302進(jìn)行相位差的測量.測試結(jié)果與芯片說明手冊的鑒相結(jié)果相吻合。

關(guān)鍵詞：AD8302；相位測量；鑒相器；變頻電路；低通濾波電路

中圖分類號：TP331 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）11-2530-03

Abstract： In order to detect the phase difference between the C band microwaves which we need to do power combining， the paper introduces the chip AD8302 which usually be used to measure the gain/loss and phase in RF/IF system. Then the paper reports the design of a C band phase detector that based on the phase measurement function of AD8302. First， the front-end of frequency conversion circuit is introduced， it converts the C band input microwaves to appropriate frequency that can be processed directly in AD8302. Then， AD8302 module measures the phase difference. The last， the measurement result well agrees with the datasheet of the chip.

Key words： AD8302； phase measurement； phasedetector； frequency conversion circuit； low-pass filter circuit

微波相位的測量，幾乎是隨著軍事無線電和廣播通信事業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的[1]。近些年來，由于微波固態(tài)器件的使用越來越頻繁，功率合成技術(shù)在導(dǎo)航和通訊中的各個應(yīng)用部件間的使用也相當(dāng)?shù)亩?，使得微波相位測量變得更加重要。相位差檢測的方法有傳統(tǒng)的I/Q測量法等[2]， 隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，很多數(shù)字化的算法也被引入到相位測量的技術(shù)中來。該文所要測量的信號處于C波段，中心頻率5.8GHz，帶寬400M左右。為解決C波段微波功率合成中的鑒相問題，綜合考慮測量的精度、穩(wěn)定度以及成本，該文利用模擬乘法器芯片AD8302設(shè)計了一套可用于檢測C波段微波相位差的測相系統(tǒng)[3-4]。

1 AD8302介紹

AD8302是ADI公司的用于RF/IF幅度和相位測量的單片集成電路，主要由精密匹配的兩個寬帶對數(shù)檢波器、一個相位檢波器、輸出放大器組、一個偏置單元和一個輸出參考電壓緩沖器等部分組成，能同時測量從低頻到2.7GHz頻率范圍內(nèi)的兩輸入信號之間的幅度比和相位差[5]。在進(jìn)行幅度測量時，其動態(tài)范圍可擴(kuò)展到60dB，而相位測量范圍可達(dá)到180度。理想的相位差測量曲線，當(dāng)兩路信號同相時，電壓輸出為1.8V，其余的電壓輸出對應(yīng)為兩路信號的相位差，如900mV即可對應(yīng)正2 變頻前端設(shè)計

因所待測信號的中心頻率為5.8GHz， 因此需要進(jìn)行變頻處理到合適的工作頻段進(jìn)行測量，設(shè)計思路為電路由本振電路、本振監(jiān)測電路、本振低通濾波電路、本振功分電路、變頻電路、中頻低通濾波電路等部分構(gòu)成。

本振監(jiān)測電路采用微帶線制作的平行線耦合電路，耦合度為20dBm. 本振低通濾波電路采用9階Butterworth低通支線微帶電路，設(shè)計在電路板上。其目的是濾除本振的高次諧波，其幅頻特性如圖5所示。二功分電路采用Wilkinson功分微帶電路，設(shè)計在電路板上。

變頻電路采用Hittite的Hmc219電路，其RF和本振輸入頻率范圍4.5GHz到9GHz，在本振輸入功率13dBm非線性1dB壓縮功率可達(dá)10dBm，中頻輸出頻率范圍DC到2.5GHz，變頻損耗8.5dB左右，本振與RF之間的隔離度25dB左右。Hmc219是雙平衡混頻器，對帶外諧波有較強(qiáng)的抑制。

待測信號經(jīng)過前端變頻后，得到頻率約500M左右的中頻信號。為了濾除高次諧波，設(shè)計了一個6階Butterworth低通支線微帶電路。

1）給鑒相位器供電后（根據(jù)采用的電源芯片，5～7V電壓較為合適），檢查鑒相器的工作情況，在本振監(jiān)測端口接入頻譜儀，VPHS相位差電壓輸出端口接入示波器，參考電壓用萬用表量測應(yīng)當(dāng)為1.8V。

2）首先應(yīng)當(dāng)對移相器進(jìn)行標(biāo)定，這樣才能準(zhǔn)確的進(jìn)行測量，同時能排除移相器可能存在的非線性因素對測量帶來的影響，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對移相器進(jìn)行標(biāo)定。用標(biāo)定好的移相器進(jìn)行測量，這樣在測試過程中可以知道相位的具體變化范圍并對最后測得的數(shù)據(jù)曲線做相應(yīng)的處理，才能反映真實的相位差同鑒相器輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系。

3）測量時利用二功分得到同頻同相位的兩路微波信號，其中B路信號經(jīng)過移相器調(diào)節(jié)與A路信號產(chǎn)生相位差，AB路信號分別送入鑒相器的輸入端。示波器顯示出兩路信號的相對相位差。調(diào)節(jié)移相器使得輸出電壓從10mV左右增加到1.8V再降低到10mV左右，每移動一點相位便記錄對應(yīng)的輸出電壓，詳細(xì)記錄測得的數(shù)據(jù)以便繪制相位差和輸出電壓的關(guān)系曲線同器件手冊的理想曲線進(jìn)行對比。

4 結(jié)論

本文利用AD8302做為鑒相單元設(shè)計了一款用于C波段的鑒相器。因采用了集成電路的形式，本系統(tǒng)可靠性高，成本較低，電路比較簡單，并且測量精度比較高。已經(jīng)在工程中獲得了實際的運用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 潘健，李少甫，蔡文新.S波段短脈沖鑒相器的研究與設(shè)計[J].電視技術(shù)，2011（11）：47-49.

[2] 劉一蕾，王光偉，等.I/Q方法用于高頻信號鑒相[J].高能物理與核物理，2006（8）.

[3] 鄭珍，王海，周渭，等.AD8302型相位差測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子科技，2005（11）：48-52.

[4] 沙占友，劉阿芳，王科.基于AD8302的單片寬頻帶相位差測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].國外電子元器件，2006（1）：57-60.

[5] Analog D Inc.AD8302 LF-2.7GHz RF/IF Gain and Phase Detector [Z].2002.

[6] 李少甫，劉聰，李端，等.C波段高精度數(shù)字化鑒相器[J].無線電工程，2013（5）.54-57.

[7] 劉長軍，黃卡瑪，閆麗萍，等.射頻通信電路設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2005.endprint

摘要：為解決C波段功率合成中相位測量的問題， 該文介紹了一種用于RF/IF幅度和相位測量的AD8302芯片， 并利用它的鑒相功能實現(xiàn)了一款C波段的鑒相器的設(shè)計.首先采用前端變頻電路將信號頻率變換到AD8302可以處理范圍內(nèi)，然后利用AD8302進(jìn)行相位差的測量.測試結(jié)果與芯片說明手冊的鑒相結(jié)果相吻合。

關(guān)鍵詞：AD8302；相位測量；鑒相器；變頻電路；低通濾波電路

中圖分類號：TP331 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）11-2530-03

Abstract： In order to detect the phase difference between the C band microwaves which we need to do power combining， the paper introduces the chip AD8302 which usually be used to measure the gain/loss and phase in RF/IF system. Then the paper reports the design of a C band phase detector that based on the phase measurement function of AD8302. First， the front-end of frequency conversion circuit is introduced， it converts the C band input microwaves to appropriate frequency that can be processed directly in AD8302. Then， AD8302 module measures the phase difference. The last， the measurement result well agrees with the datasheet of the chip.

Key words： AD8302； phase measurement； phasedetector； frequency conversion circuit； low-pass filter circuit

微波相位的測量，幾乎是隨著軍事無線電和廣播通信事業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的[1]。近些年來，由于微波固態(tài)器件的使用越來越頻繁，功率合成技術(shù)在導(dǎo)航和通訊中的各個應(yīng)用部件間的使用也相當(dāng)?shù)亩?，使得微波相位測量變得更加重要。相位差檢測的方法有傳統(tǒng)的I/Q測量法等[2]， 隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，很多數(shù)字化的算法也被引入到相位測量的技術(shù)中來。該文所要測量的信號處于C波段，中心頻率5.8GHz，帶寬400M左右。為解決C波段微波功率合成中的鑒相問題，綜合考慮測量的精度、穩(wěn)定度以及成本，該文利用模擬乘法器芯片AD8302設(shè)計了一套可用于檢測C波段微波相位差的測相系統(tǒng)[3-4]。

1 AD8302介紹

AD8302是ADI公司的用于RF/IF幅度和相位測量的單片集成電路，主要由精密匹配的兩個寬帶對數(shù)檢波器、一個相位檢波器、輸出放大器組、一個偏置單元和一個輸出參考電壓緩沖器等部分組成，能同時測量從低頻到2.7GHz頻率范圍內(nèi)的兩輸入信號之間的幅度比和相位差[5]。在進(jìn)行幅度測量時，其動態(tài)范圍可擴(kuò)展到60dB，而相位測量范圍可達(dá)到180度。理想的相位差測量曲線，當(dāng)兩路信號同相時，電壓輸出為1.8V，其余的電壓輸出對應(yīng)為兩路信號的相位差，如900mV即可對應(yīng)正2 變頻前端設(shè)計

因所待測信號的中心頻率為5.8GHz， 因此需要進(jìn)行變頻處理到合適的工作頻段進(jìn)行測量，設(shè)計思路為電路由本振電路、本振監(jiān)測電路、本振低通濾波電路、本振功分電路、變頻電路、中頻低通濾波電路等部分構(gòu)成。

本振監(jiān)測電路采用微帶線制作的平行線耦合電路，耦合度為20dBm. 本振低通濾波電路采用9階Butterworth低通支線微帶電路，設(shè)計在電路板上。其目的是濾除本振的高次諧波，其幅頻特性如圖5所示。二功分電路采用Wilkinson功分微帶電路，設(shè)計在電路板上。

變頻電路采用Hittite的Hmc219電路，其RF和本振輸入頻率范圍4.5GHz到9GHz，在本振輸入功率13dBm非線性1dB壓縮功率可達(dá)10dBm，中頻輸出頻率范圍DC到2.5GHz，變頻損耗8.5dB左右，本振與RF之間的隔離度25dB左右。Hmc219是雙平衡混頻器，對帶外諧波有較強(qiáng)的抑制。

待測信號經(jīng)過前端變頻后，得到頻率約500M左右的中頻信號。為了濾除高次諧波，設(shè)計了一個6階Butterworth低通支線微帶電路。

1）給鑒相位器供電后（根據(jù)采用的電源芯片，5～7V電壓較為合適），檢查鑒相器的工作情況，在本振監(jiān)測端口接入頻譜儀，VPHS相位差電壓輸出端口接入示波器，參考電壓用萬用表量測應(yīng)當(dāng)為1.8V。

2）首先應(yīng)當(dāng)對移相器進(jìn)行標(biāo)定，這樣才能準(zhǔn)確的進(jìn)行測量，同時能排除移相器可能存在的非線性因素對測量帶來的影響，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對移相器進(jìn)行標(biāo)定。用標(biāo)定好的移相器進(jìn)行測量，這樣在測試過程中可以知道相位的具體變化范圍并對最后測得的數(shù)據(jù)曲線做相應(yīng)的處理，才能反映真實的相位差同鑒相器輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系。

3）測量時利用二功分得到同頻同相位的兩路微波信號，其中B路信號經(jīng)過移相器調(diào)節(jié)與A路信號產(chǎn)生相位差，AB路信號分別送入鑒相器的輸入端。示波器顯示出兩路信號的相對相位差。調(diào)節(jié)移相器使得輸出電壓從10mV左右增加到1.8V再降低到10mV左右，每移動一點相位便記錄對應(yīng)的輸出電壓，詳細(xì)記錄測得的數(shù)據(jù)以便繪制相位差和輸出電壓的關(guān)系曲線同器件手冊的理想曲線進(jìn)行對比。

4 結(jié)論

本文利用AD8302做為鑒相單元設(shè)計了一款用于C波段的鑒相器。因采用了集成電路的形式，本系統(tǒng)可靠性高，成本較低，電路比較簡單，并且測量精度比較高。已經(jīng)在工程中獲得了實際的運用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 潘健，李少甫，蔡文新.S波段短脈沖鑒相器的研究與設(shè)計[J].電視技術(shù)，2011（11）：47-49.

[2] 劉一蕾，王光偉，等.I/Q方法用于高頻信號鑒相[J].高能物理與核物理，2006（8）.

[3] 鄭珍，王海，周渭，等.AD8302型相位差測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子科技，2005（11）：48-52.

[4] 沙占友，劉阿芳，王科.基于AD8302的單片寬頻帶相位差測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].國外電子元器件，2006（1）：57-60.

[5] Analog D Inc.AD8302 LF-2.7GHz RF/IF Gain and Phase Detector [Z].2002.

[6] 李少甫，劉聰，李端，等.C波段高精度數(shù)字化鑒相器[J].無線電工程，2013（5）.54-57.

[7] 劉長軍，黃卡瑪，閆麗萍，等.射頻通信電路設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2005.endprint

摘要：為解決C波段功率合成中相位測量的問題， 該文介紹了一種用于RF/IF幅度和相位測量的AD8302芯片， 并利用它的鑒相功能實現(xiàn)了一款C波段的鑒相器的設(shè)計.首先采用前端變頻電路將信號頻率變換到AD8302可以處理范圍內(nèi)，然后利用AD8302進(jìn)行相位差的測量.測試結(jié)果與芯片說明手冊的鑒相結(jié)果相吻合。

關(guān)鍵詞：AD8302；相位測量；鑒相器；變頻電路；低通濾波電路

中圖分類號：TP331 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）11-2530-03

Abstract： In order to detect the phase difference between the C band microwaves which we need to do power combining， the paper introduces the chip AD8302 which usually be used to measure the gain/loss and phase in RF/IF system. Then the paper reports the design of a C band phase detector that based on the phase measurement function of AD8302. First， the front-end of frequency conversion circuit is introduced， it converts the C band input microwaves to appropriate frequency that can be processed directly in AD8302. Then， AD8302 module measures the phase difference. The last， the measurement result well agrees with the datasheet of the chip.

Key words： AD8302； phase measurement； phasedetector； frequency conversion circuit； low-pass filter circuit

微波相位的測量，幾乎是隨著軍事無線電和廣播通信事業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的[1]。近些年來，由于微波固態(tài)器件的使用越來越頻繁，功率合成技術(shù)在導(dǎo)航和通訊中的各個應(yīng)用部件間的使用也相當(dāng)?shù)亩?，使得微波相位測量變得更加重要。相位差檢測的方法有傳統(tǒng)的I/Q測量法等[2]， 隨著數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，很多數(shù)字化的算法也被引入到相位測量的技術(shù)中來。該文所要測量的信號處于C波段，中心頻率5.8GHz，帶寬400M左右。為解決C波段微波功率合成中的鑒相問題，綜合考慮測量的精度、穩(wěn)定度以及成本，該文利用模擬乘法器芯片AD8302設(shè)計了一套可用于檢測C波段微波相位差的測相系統(tǒng)[3-4]。

1 AD8302介紹

AD8302是ADI公司的用于RF/IF幅度和相位測量的單片集成電路，主要由精密匹配的兩個寬帶對數(shù)檢波器、一個相位檢波器、輸出放大器組、一個偏置單元和一個輸出參考電壓緩沖器等部分組成，能同時測量從低頻到2.7GHz頻率范圍內(nèi)的兩輸入信號之間的幅度比和相位差[5]。在進(jìn)行幅度測量時，其動態(tài)范圍可擴(kuò)展到60dB，而相位測量范圍可達(dá)到180度。理想的相位差測量曲線，當(dāng)兩路信號同相時，電壓輸出為1.8V，其余的電壓輸出對應(yīng)為兩路信號的相位差，如900mV即可對應(yīng)正2 變頻前端設(shè)計

因所待測信號的中心頻率為5.8GHz， 因此需要進(jìn)行變頻處理到合適的工作頻段進(jìn)行測量，設(shè)計思路為電路由本振電路、本振監(jiān)測電路、本振低通濾波電路、本振功分電路、變頻電路、中頻低通濾波電路等部分構(gòu)成。

本振監(jiān)測電路采用微帶線制作的平行線耦合電路，耦合度為20dBm. 本振低通濾波電路采用9階Butterworth低通支線微帶電路，設(shè)計在電路板上。其目的是濾除本振的高次諧波，其幅頻特性如圖5所示。二功分電路采用Wilkinson功分微帶電路，設(shè)計在電路板上。

變頻電路采用Hittite的Hmc219電路，其RF和本振輸入頻率范圍4.5GHz到9GHz，在本振輸入功率13dBm非線性1dB壓縮功率可達(dá)10dBm，中頻輸出頻率范圍DC到2.5GHz，變頻損耗8.5dB左右，本振與RF之間的隔離度25dB左右。Hmc219是雙平衡混頻器，對帶外諧波有較強(qiáng)的抑制。

待測信號經(jīng)過前端變頻后，得到頻率約500M左右的中頻信號。為了濾除高次諧波，設(shè)計了一個6階Butterworth低通支線微帶電路。

1）給鑒相位器供電后（根據(jù)采用的電源芯片，5～7V電壓較為合適），檢查鑒相器的工作情況，在本振監(jiān)測端口接入頻譜儀，VPHS相位差電壓輸出端口接入示波器，參考電壓用萬用表量測應(yīng)當(dāng)為1.8V。

2）首先應(yīng)當(dāng)對移相器進(jìn)行標(biāo)定，這樣才能準(zhǔn)確的進(jìn)行測量，同時能排除移相器可能存在的非線性因素對測量帶來的影響，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對移相器進(jìn)行標(biāo)定。用標(biāo)定好的移相器進(jìn)行測量，這樣在測試過程中可以知道相位的具體變化范圍并對最后測得的數(shù)據(jù)曲線做相應(yīng)的處理，才能反映真實的相位差同鑒相器輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系。

3）測量時利用二功分得到同頻同相位的兩路微波信號，其中B路信號經(jīng)過移相器調(diào)節(jié)與A路信號產(chǎn)生相位差，AB路信號分別送入鑒相器的輸入端。示波器顯示出兩路信號的相對相位差。調(diào)節(jié)移相器使得輸出電壓從10mV左右增加到1.8V再降低到10mV左右，每移動一點相位便記錄對應(yīng)的輸出電壓，詳細(xì)記錄測得的數(shù)據(jù)以便繪制相位差和輸出電壓的關(guān)系曲線同器件手冊的理想曲線進(jìn)行對比。

4 結(jié)論

本文利用AD8302做為鑒相單元設(shè)計了一款用于C波段的鑒相器。因采用了集成電路的形式，本系統(tǒng)可靠性高，成本較低，電路比較簡單，并且測量精度比較高。已經(jīng)在工程中獲得了實際的運用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 潘健，李少甫，蔡文新.S波段短脈沖鑒相器的研究與設(shè)計[J].電視技術(shù)，2011（11）：47-49.

[2] 劉一蕾，王光偉，等.I/Q方法用于高頻信號鑒相[J].高能物理與核物理，2006（8）.

[3] 鄭珍，王海，周渭，等.AD8302型相位差測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].電子科技，2005（11）：48-52.

[4] 沙占友，劉阿芳，王科.基于AD8302的單片寬頻帶相位差測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].國外電子元器件，2006（1）：57-60.

[5] Analog D Inc.AD8302 LF-2.7GHz RF/IF Gain and Phase Detector [Z].2002.

[6] 李少甫，劉聰，李端，等.C波段高精度數(shù)字化鑒相器[J].無線電工程，2013（5）.54-57.

[7] 劉長軍，黃卡瑪，閆麗萍，等.射頻通信電路設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2005.endprint