一种信号功率调理装置和系统的制作方法

1.本实用新型涉及信号功率调理技术领域，具体而言，涉及一种信号功率调理装置和系统。


背景技术：

2.在电子通信技术使用过程中，通常需要对信号功率进行调理，如对信号功率进行衰减等，目前的信号功率调理装置，通常采用同轴衰减器对信号进行调理，而同轴衰减器的体积较大，不利于信号功率调理装置的小型化和集成化，而采用单一的芯片式衰减器对信号进行调理时，对于信号功率的衰减幅度较小，无法满足要求。
3.因此，可采用多级衰减器对信号功率进行调理，当采用并行控制方式控制多个衰减器时，由于每个衰减器都需要与控制器相连，由于控制器的引脚数量有限，仍然难以实现信号功率的大幅度调节；当采用串行控制方式控制多个衰减器时，虽然降低了所需引脚的数量，但是难以灵活调节信号功率的衰减幅度，且最多只能控制8个衰减器。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在信号功率调理装置的小型化和集成化程度低，衰减器的叠加数量受限，难以根据需要设置多级衰减器，灵活性较差，对于信号功率调理的调节范围较小且调节幅度较低的技术问题之一。
5.为此，本实用新型第一方面提供了一种信号功率调理装置。
6.本实用新型第二方面提供了一种信号功率调理系统。
7.本实用新型提供了一种信号功率调理装置，包括主控模块和调理模块，所述调理模块与主控模块相连，所述调理模块包括串转并单元和至少两个衰减器，所述串转并单元与主控模块之间串行连接，若干个所述衰减器与串转并单元并行连接，所述主控模块通过串转并单元并行控制若干个衰减器。
8.在上述技术方案中，所述串转并单元包括若干个依次串联的串转并芯片，若干个所述串转并芯片与若干个所述衰减器一一对应连接，若干个所述衰减器依次串联。
9.在上述技术方案中，若干个所述串转并芯片包括一个第一串转并芯片和至少一个第二串转并芯片，所述第一串转并芯片的一端与主控模块相连，另一端与若干个所述第二串转并芯片依次串联。
10.在上述技术方案中，若干个所述衰减器包括若干个第一衰减器和/或若干个第二衰减器，所述第一衰减器的最小衰减值大于或小于所述第二衰减器的最小衰减值。
11.在上述技术方案中，所述第一衰减器的最小衰减值不大于0.25db，所述第二衰减器的最小衰减值不大于0.5db。
12.在上述技术方案中，还包括用于提供通信接口的接口模块，所述主控模块与接口模块相连。
13.在上述技术方案中，所述接口模块设有rs422通信接口，所述主控模块通过rs422
通信接口与上位机进行数据交互。
14.在上述技术方案中，还包括用于存储校准数据的存储模块，所述存储模块与主控模块相连。
15.本实用新型还提供了一种信号功率调理系统，包括如上述任一项技术方案中所述的信号功率调理装置，所述调理模块通过有线传输方式接收输入信号，将调理后的信号作为输出信号。
16.在上述技术方案中，还包括用于测试调理模块输出功率的频谱仪和用于与主控模块进行数据交互的上位机。
17.综上所述，由于采用了上述技术特征，本实用新型的有益效果是：
18.提供了一种信号功率调理装置和系统，实现了信号功率调理装置的集成化和小型化，通过设置并行控制的若干个衰减器，提高了信号功率调理的幅度，且衰减器的叠加数量不受限制，只要空间足够，衰减器的数量可根据需要灵活添加，装置的灵敏度较高，输出信号稳定，输出的小信号在灵敏度附近能够稳定在
±
1db内。
19.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
20.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是本实用新型一个实施例的一种信号功率调理装置中调理模块的结构示意图；
22.图2是本实用新型一个实施例的一种信号功率调理装置的模块示意图；
23.图3是本实用新型一个实施例的一种信号功率调理系统的模块示意图；
24.图4是本实用新型一个实施例的一种信号功率调理装置中建立衰减值与期望输出信号功率值的线性关系的原理图。
具体实施方式
25.为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
27.下面参照图1至图4来描述根据本实用新型一些实施例提供的一种信号功率调理装置和系统。
28.本技术的一些实施例提供了一种信号功率调理装置。
29.如图1至图4所示，本实用新型第一个实施例提出了一种信号功率调理装置，包括主控模块和调理模块，所述调理模块与主控模块相连，所述调理模块包括串转并单元和至少两个衰减器，所述串转并单元与主控模块之间串行连接，若干个所述衰减器与串转并单
元并行连接，所述主控模块通过串转并单元并行控制若干个衰减器。
30.在该实施例中，主控模块可采用stm32f429微主控模块，用于实现常规信号功率调理装置中主控模块的控制功能，即接收上位机下发的指令和参数，并控制调理模块对输入信号进行调理；
31.衰减器采用芯片式衰减器，如pe43670和pe4312，替代了以往采用的同轴衰减器，便于装置集成化和小型化。
32.本实用新型第二个实施例提出了一种信号功率调理装置，且在第一个实施例的基础上，如图1至图4所示，所述串转并单元包括若干个依次串联的串转并芯片，若干个所述串转并芯片与若干个所述衰减器一一对应连接，若干个所述衰减器依次串联。
33.在该实施例中，串转并单元与主控模块之间串行通信，串转并单元与衰减器之间并行通信；通过串转并单元实现若干个衰减器的并行控制，串转并单元与主控模块相连，若干个衰减器与串转并单元相连。
34.串转并芯片可采用74hc595芯片，若干个74hc595芯片依次连接，首个74hc595芯片与主控模块相连，仅需占用3个引脚，若干个74hc595芯片分别与若干个所述衰减器一一对应连接，若干个所述衰减器依次串联；此时主控模块仅需三根线即占用三个引脚即可完成对多级衰减器的控制，只需要主控模块的引脚正确模拟电平变换即可实现数据的注入，一片74hc595芯片有8个数据存储位，如果注入9位数据则将原来的第一位数据溢出到下一片74hc595里，如此可以控制多级74hc595，且串转并位数越多集成度也越高。74hc595以并行控制的方式与衰减器连接，只要空间足够，控制的衰减器数量可以一直增加。
35.本实用新型第三个实施例提出了一种信号功率调理装置，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图4所示，若干个所述串转并芯片包括一个第一串转并芯片和至少一个第二串转并芯片，所述第一串转并芯片的一端与主控模块相连，另一端与若干个所述第二串转并芯片依次串联。
36.在该实施例中，串转并芯片按其连接位置分为第一串转并芯片和第二串转并芯片，第一串转并芯片的一端与主控模块相连，另一端与第二串转并芯片相连，若干个第二串转并芯片依次连接。
37.本实用新型第四个实施例提出了一种信号功率调理装置，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图4所示，若干个所述衰减器包括若干个第一衰减器和/或若干个第二衰减器，所述第一衰减器的最小衰减值大于或小于所述第二衰减器的最小衰减值。
38.所述第一衰减器的最小衰减值不大于0.25db，所述第二衰减器的最小衰减值不大于0.5db。
39.第一衰减器可采用pe43670，第二衰减器可采用pe4312，具体的，可设置一个pe43670衰减器和多个pe4312衰减器组成多级衰减器，整个调理模块的最小衰减可以达到0.25。
40.本实用新型第五个实施例提出了一种信号功率调理装置，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图4所示，还包括用于提供通信接口的接口模块，所述主控模块与接口模块相连。
41.所述接口模块设有rs422通信接口，所述主控模块通过rs422通信接口与上位机进行数据交互。
42.在该实施例中，主控模块通过接口模块实现与上位机之间的数据交互，接口模块用于提供通信接口，如rs422通信接口，既可以获取上位机下发的指令和参数，也能给上位机反馈信息。
43.本实用新型第六个实施例提出了一种信号功率调理装置，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图4所示，还包括用于存储校准数据的存储模块，所述存储模块与主控模块相连。
44.在该实施例中，存储模块可采用nor flash，用于存储上位机下发的参数以及存储校准数据，获取校准数据的方式为：模拟若干个信号功率调理参数不同的输入信号进入调理模块，调理模块按固定步进的衰减量或者指定的衰减量对输入信号进行衰减，使用频谱仪等测量装置测量调理模块输出功率的实际功率，将当前的衰减量和实际输出信号功率存储在存储模块中作为校准数据；
45.此时，主控模块可用于按照参数调取存储模块中的校准数据，根据指令控制调理模块对输入信号进行衰减，即根据用户的期望输出信号功率值在存储模块中搜寻同一或相近信号功率调理参数条件下能够达到与期望输出信号功率值相同或相近的输出信号功率数据所对应衰减值数据，并控制调理模块以该衰减值数据作为衰减值对输入信号进行调理，以降低由于电路和元器件造成信号功率波动或信号功率调理参数不同而带来的误差；
46.可采用以下两种方式对输出信号功率进行校准：
47.(1)所述主控模块利用校准数据获取与期望输出信号功率值对应的调理值数据包括：将用户设定的信号功率调理参数设置为目标值，在存储模块中搜寻与目标值相同或最相近的信号功率调理参数所对应的校准数据，以该校准数据中的衰减值数据作为与期望输出信号功率值对应的调理值数据。
48.在存储模块中存储大量校准数据，包括不同信号功率调理参数下多个衰减值数据所对应的输出信号功率数据，如在出厂前在不同输入信号频率下降衰减值按1或0.5或0.25的步进逐点测量其对应的输出信号功率数据，将这些数据存储在存储模块中形成数据表，用户输入期望输出信号功率值和信号功率调理参数后，通过查表的方式得到与期望输出信号功率值对应的衰减值；可以找到与期望输出信号功率值完全对应的衰减值时，则以该衰减值进行下一步，无法找到与期望输出信号功率值完全对应的衰减值时，则将最相近的信号功率调理参数下最接近期望输出信号功率值的输出信号功率数据所对应的衰减值输入至调理模块。
49.(2)所述主控模块利用校准数据获取与期望输出信号功率值对应的调理值数据包括：将用户设定的信号功率调理参数设置为目标值，在存储模块中搜寻最接近目标值两端的信号功率调理参数所对应的校准数据，得到在用户设定的信号功率调理参数下衰减值数据与输出信号功率数据的线性关系，计算期望输出信号功率值对应的衰减值数据，以该衰减值数据作为调理值数据。
50.可在存储模块中存储相对较少的校准数据，或者只将一些特征点的校准数据存储在存储模块中，根据信号功率调理参数的类型可建立二维模型、三维模型或多维模型，校准数据为模型中若干个离散的点；根据期望输出信号功率值和信号功率调理参数在存储模块中搜寻数据，找到相同或相近信号功率调理参数下与期望输出信号功率值两侧最接近点，以任一类型的信号功率调理参数为参数，将期望输出信号功率值两侧的校准数据拟合为一
条直线并视为输出曲线上的一小段，根据信号功率调理参数的类型数量，可利用多次直线方程表达式得到当前信号功率调理参数下，衰减值数据和输出信号功率数据的线性关系，将期望输出信号功率值带入线性关系中可以得出对应的衰减值，控制模块以该衰减值控制调理模块对输入信号进行调理。
51.信号功率调理参数包括三种类型，为温度、输入信号频率和输出信号功率，也可根据实际需要或精度要求增加信号功率调理参数的类型，如湿度、输入信号功率等。
52.采用本实施例的信号功率调理装置进行信号功率调理时，具体采用以下方法：
53.s1、模拟输入信号，使信号功率调理装置在不同信号功率调理参数下分别采用若干个衰减量对输入信号进行调理并测量输出信号功率；
54.s2、将s1中不同衰减量所对应的输出信号功率及其对应的信号功率调理参数存储在信号功率调理装置中作为校准数据；
55.s3、将输入信号接至信号功率调理装置，并设定信号功率调理参数，根据信号功率调理参数读取信号功率调理装置中的校准数据，利用校准数据获取与期望输出信号功率值对应的调理值数据；
56.s4、按照所述调理值数据对输入信号进行调理并输出结果。
57.将信号功率调理装置分别与上位机、信号源和频谱仪相连；利用信号源模拟输入信号输入至信号功率调理装置中，在上位机中设置信号功率调理参数，上位机发送指令使信号功率调理装置按固定步进的衰减量对输入信号进行衰减，通过频谱仪测量输出信号功率并发送给上位机，上位机将当前衰减量和输出信号功率以及信号功率调理参数存储在信号功率调理装置的存储模块中作为校准数据；通过该种方式隔绝了信号功率调理装置部分电路的干扰；
58.在上位机中设置当前的信号功率调理参数：包括温度、输入信号频率以及输出信号功率等，将输入信号接入信号功率调理装置，主控模块按照上位机发来的指令在存储模块中寻找与当前信号功率调理参数和期望输出信号功率对应的校准数据，可通过直接查表，找到相同或相近的校准数据直接作为调理值数据，也可找到与当前信号功率调理参数和期望输出信号功率两侧最相近的校准数据点，将离散的校准数据点拟合为一条直线，将该直线视为输出曲线上的一小段，通过多次直线方程表达式得到当前信号功率调理参数下，在期望输出信号功率值附近输出信号功率数据与衰减值数据线性关系，带入期望输出信号功率，即可得到对应的衰减值。
59.s3中利用校准数据获取与期望输出信号功率值对应的调理值数据包括：
60.s31、在校准数据中寻找与期望输出信号功率值两端最接近的输出信号功率值及其对应的衰减值、与用户输入的温度两端最接近的温度值及其对应的衰减值、与用户输入的输入信号频率两端最接近的输入信号频率及其对应的衰减值；
61.s32、在同一温度和同一输入信号频率下，建立衰减值与输出信号功率的线性关系；
62.s33、根据s32中建立的衰减值与输出信号功率的线性关系，在同一温度下，建立衰减值与输入信号频率的线性关系；
63.s34、根据s33中建立的衰减值与输入信号频率的线性关系，建立衰减值与温度的线性关系，最终得出衰减值与期望输出信号功率值的线性关系；
64.s35、根据s34计算期望输出信号功率值对应的衰减值。
65.图4为利用校准数据获取与期望输出信号功率值对应的调理值数据中建立衰减值与期望输出信号功率值的线性关系的原理图，其中：
66.f
in
为用户设定的输入信号频率；p
in
为用户设定的期望输出信号功率值；t
in
为当前环境温度或设定的环境温度；
67.按照步骤s31在存储模块的校准数据中找到与t
in
两端最接近的温度值为t1和t2；在t1温度下，与f
in
两端最接近的输入信号频率为f
11
和f
12
；在t2温度下，与f
in
两端最接近的输入信号频率为f
21
和f
22
；
68.在温度为t1、输入信号频率为f
11
时，与p
in
两端最接近的输出信号功率值为p
111
和p
112
，p
111
和p
112
对应的衰减值分别为a
111
和a
112
；
69.在温度为t1、输入信号频率为f
12
时，与p
in
两端最接近的输出信号功率值为p
121
和p
122
，p
121
和p
122
对应的衰减值分别为a
121
和a
122
；
70.在温度为t2、输入信号频率为f
21
时，与p
in
两端最接近的输出信号功率值为p
211
和p
212
，p
211
和p
212
对应的衰减值分别为a
211
和a
212
；
71.在温度为t2、输入信号频率为f
22
时，与p
in
两端最接近的输出信号功率值为p
221
和p
222
，p
221
和p
222
对应的衰减值分别为a
221
和a
222
；
72.则在步骤s32中不同温度和输入信号频率下衰减值与输出信号功率的线性关系分别为：
[0073][0074][0075][0076][0077]
其中，a
′
11
为在温度为t1、输入信号频率为f
11
时，p
in
对应的衰减值；a
′
12
为在温度为t1、输入信号频率为f
12
时，p
in
对应的衰减值；a
′
21
为在温度为t2、输入信号频率为f
21
时，p
in
对应的衰减值；a
′
22
为在温度为t2、输入信号频率为f
22
时，p
in
对应的衰减值。
[0078]
在步骤s33中，同一温度下，衰减值与输入信号频率的线性关系为：
[0079][0080][0081]
其中，a
″1为在温度为t1、输入信号频率为f
in
时，p
in
对应的衰减值；a
″2为在温度为t2、输入信号频率为f
in
时，p
in
对应的衰减值。
[0082]
在步骤s34中，建立衰减值与温度的线性关系，得出衰减值与期望输出信号功率值的线性关系为：
[0083][0084]
其中，a
out
即为在温度为t
in
、输入信号频率为f
in
时，期望输出信号功率值p
in
对应的衰减值。
[0085]
需说明的是，取消存储模块也并不影响本技术中信号功率调理装置的调理功能，增加存储模块的目的在于对输出信号功率进行校正，减少电路和元器件干扰和调理参数差异造成的误差，此时在调理过程中无需使用频谱仪，具有良好的电磁兼容性和耐恶劣环境性。
[0086]
本实用新型第七个实施例提出了一种信号功率调理系统，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图4所示，包括如上述任一实施例中所述的信号功率调理装置，所述调理模块通过有线传输方式接收输入信号，将调理后的信号作为输出信号。
[0087]
还包括用于测试调理模块输出功率的频谱仪和用于与主控模块进行数据交互的上位机。
[0088]
当信号功率调理装置未设置存储模块时，为校准输出功率，可采用频谱仪对信号功率调理装置的输出信号功率进行测量，计算实际输出信号功率与期望输出信号功率的差值作为误差值，根据误差值的大小对信号功率调理装置的衰减值进行调整，直至输出功率达到目标值所允许误差范围内。
[0089]
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0090]
凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。