
对讲机射频功率计
简介
这是一款超小体积便携RF射频功率计,其尺寸只有拇指大小。可以用于对讲机手台,车台射频功率测试。
简介:这是一款超小体积便携RF射频功率计,其尺寸只有拇指大小。可以用于对讲机手台,车台射频功率测试。开源协议
:CC BY-NC-SA 4.0
描述

简介:
这是一款超小体积便携RF射频功率计,其尺寸只有拇指大小。可以用于对讲机手台,车台射频功率测试。其原理是将射频功率转为模拟电压再通过单片机模数转换采样,转为数据量显示在屏幕上,通过外部串入射频衰减器并调整增益偏置从而实现高量程兼容。若不添加衰减器 0dBm偏置增益情况下 为最低量程 3.16nW~1mW。若测量值超过此功率范围必须添加衰减器,否则将致使设备损坏。
开源协议:CC-BY-NC-SA-4.0
请勿将该产品及其衍生品用于任何形式的商业用途,违者必究。
基础参数:
测量频率范围:0~10Ghz (AD8319为0~8Ghz)
射频功率量程:3.14nW~7.94KW (软件偏置自动量程)
输入增益范围:-55dBm~99dBm (需调整偏置参数并串入对应增益衰减器)
偏置调整范围:0~99dBm (默认偏置60dBm)
精度:0.2/单位量程 (10位ADC)
电池容量:250mAH
满电续航:约1小时
外形尺寸:41.7*26*15mm (长*宽*高)
使用方法:
结构:


界面信息:
增益:当前测量总输入增益(含偏置值)
功率:当前测量总输入功率(含偏置值)
偏置:衰减器衰减总增益(根据实际值设定)
电量:电池剩余电量百分比(若低于电量0%将导致测量值出现较大偏差,请及时充电)
操作:
电源键:长按电源键5秒开/关机 用完请及时关机
参数键:单击偏置值+1 当偏置值超过99会自动归零
设定键:单击进入设置状态,再按保存当前参数 (注:设定值断电不保存)
首先将设备与被测信号源和衰减器建立硬件连接,按住电源键5秒开机,若偏置值与实际串入衰减器衰减值有偏差,单击设定键,进入设置状态,按下参数键修改参数,调到所需设定值后再次按下设定键保存修改参数。即可接通信号正常测量。
电池与充电:
插入Type-c为电池充电,红灯为充电中,蓝灯为充满。由于该系统有最低供电电压要求,电池的放电是从4.2V~3.5V 3.5V为放电截至电压,所以实际续航是有减小的,因为不是全周期充放电。(主要问题是电压基准问题)
关于衰减器:
设备默认偏置增益值为60dBm 实际使用可选择2个30dBm的衰减器串联接入。
衰减器功率如何选择:
比如说,已知待测设备功率不超过10W 那么我一级衰减器应该选择大于等于此参数的衰减器,这里使用15W-30dBm的衰减器。计算二级衰减器的功率。已知我设备总功率不超过10W,按10W来计算就是40dBm 一级衰减了30dBm 那还剩10dBm 10dBm对应射频功率10mW 也就是说二级我们只需要选一个大于10mW的衰减器就行,但是实际上没那么小功率的。这里选择的是2W-30dBm的衰减器。如果能买到现成的60dBm衰减器,也可以一步到位。只串联一级。 理论最大输入值40dBm 经60dBm衰减后剩-20dBm,其增益值在传感器可测量范围区间内(0~-55dBm)(注意:在串入多级衰减器或线路存在多处连接/转接的情况下,此时应考虑接口本身的插入损耗和线损。虽然一般来说衰减器在设计的时候会将其本身的插入损耗计算在内。但多级连接仍可能存在较大误差)
测量原理:
射频功率信号首先经过射频衰减器定量衰减,以达到传感器量程范围内,然后通过对数放大器将增益转换为模拟电压,由MCU自带ADC转为数字量通过屏幕显示出来,串口打印数据回传到上位机。
如何实现宽范围测量:在这个系统中,传感器量程和输入衰减量是已知的,输入信号先经过射频衰减器定量衰减,其概念可以类比为单片机ADC在测量高电压的时候先通过电阻分压法,将原始值线性缩小到可测量的范围中,再由单片机采样,然后将外部衰减值,通过程序补偿回去得到原始值,这里则是先用衰减器对射频信号定量衰减,然后采样转换输入到单片机中,然后再通过单片机对衰减值进行补偿,从而得到原始值。
功率与增益的换算关系(Deepseek提供)

整体架构:

射频前端处理部分主要由衰减器构成的纯模拟信号处理,目前该系统精度主要受限于单片机模数转换本身的采样精度(STC8H1K17的ADC通道为10位精度)
硬件架构:
射频前端:一级衰减器:HBTE-CA015-6-30-S-17 15W 6GHz 30dB 射频固定衰减器
二级衰减器:中创2W6G SMA固定衰减器
对数放大器:亚德诺AD8317 (此处可替换为AD8319以节省成本)

AD8317线性区图表

线性区取-55~0dBm 以兼容AD8319 对应电压值为0.375V ,1.5V 1dBm 步进系数1.122

PCB上相关电路应增加屏蔽罩以隔绝外部干扰 (屏蔽罩立创商城编号C964878)

主控选用STC8H1K17 QFN-20 (性价比还可以,之前库存买太多了,清库存)
原设计是想用STC8H1K08 结果代码写完超限了,08装不下换17了

电源管理为EC190708 这是一个3秒开关机芯片控制LDO使能

主供电:采用MICRONE(南京微盟)的超低噪声LDO方案
ME6217C33M5G(注:此处必须选用低噪声LDO)

电池充电:TP4057 500mAH线性充电芯片

显示器:0.96寸LCD ST7735驱动

PCB3D视图:装配参考


VRTG为下载调试测试点 VG为电池接口
软件架构:

函数说明:
(内容肝了好多,结果最后发现代码体积超限单片机装不下,最后只能砍了部分非关键代码,保留主要功能,所以内容和界面看起来比较单调)
文件架构:
main.c存储主函数逻辑调用
main.h存储主函数逻辑
ui.h存储系统主要交互界面内容
主函数逻辑:

比较实用的函数:
增益转瓦特函数(浮点数输入输出)

串口打印带单位的浮点数函数

串口打印参数,带自动变换单位

ADC测量值转增益函数(无符号整形量输入,浮点数输出)

ADC测量值转电压函数(无符号整形量输入,浮点数输出)

参数与修改:
如需要改初始增益,该值在main.h文件头

注:射频电路本身的PCB走线,焊接都会对增益有损耗,这个损耗误差是需要程序补偿的,如二次开发需校准增益值改main.h文件末尾
ADC_value_read函数的这个字符(别问为什么没放在文件头,问就是定义新变量然后报错内存超限,内存不够了,所以塞这了)

建模仿真:
整体预览

隐藏外壳和五金件内部构造

在实际装配中,屏幕和电路板的间隙可以用防静电海绵填充以固定屏幕
外壳刚开始是打算走JLC免费CNC的,但是后面尝试改了几次都不符合免费规则,不知道为啥,这就纯三轴机床就能加工出来的东西。该版本外壳3D打印加工已测试,CNC打样未测试。
耗材与采购:
PCB打样:常规工艺 BOM主要元件来自LCSC
屏蔽罩:立创商城编号C964878
0.96寸LCD屏 :
https://item.taobao.com/item.htm?id=912541963040&pisk=gZTgOYwaBhSsGWMdve_s4-PKCcodBN_XuKUAHZBqY9WIGlEt1i52iKYvXIWAoKvDnOIqCNLDKQOx1Eh17qf2epbv6OBvKjv9GrHscNU4ndOrCCBx1EXVKdJccf6A3tvvghhKy4d61Z_VoY3-yW0KVbvg0G5Zgy5AGXCZOhu24Z_qexqLuGglldRx4YwaY6WCisrVuK7UY_5cus5NuXXFi_Z4QKJqt65firya7lRFY_XU_1SV_67F6_UN3t7qtBWCwt7VuK7EtsGIKrWkueTEp5qhFpRTUe5GjTRNQCd98ZeRECS8orXGrGq9_944uexLw6MlQ0NdhNB6N1vjPP_NmhJGTZ008Nv6_ESHkvFFqw6c4FRo4XRHoOjy7MV7zwOCgKSDAY4RsNKhqFxsGJRweOxP5IFoBBjkxg1FYSqNW3dJlg8ZS86dVsvlZd2G4qrU4sLUl5_btoZfb61heyOOJ_UHi9FxtXqSfG5C6YhntoZbFrzoeXc3V-sNO1HR.&spm=tbpc.boughtlist.suborder_itemtitle.1.286e2e8d9IPlDj&sku_properties=29656%3A15406572

屏幕替代方案:中景园
https://item.taobao.com/item.htm?abbucket=13&detail_redpacket_pop=true&id=611057315553

电池:502030三元锂离子聚合物电池
https://item.taobao.com/item.htm?abbucket=13&detail_redpacket_pop=true&id=802127149498
外壳螺丝:M2*5 共4颗
https://detail.tmall.com/item.htm?detail_redpacket_pop=true&id=755340097265

调测与下载:(所需文件见开源工程附件)

程序下载单片机选AI8H1K17(其实就是STC8H1K17 不知道为啥后面改名了)老版本选STC8H1K17
串口选实际连接的串口,下载选内部IRC时钟 24Mhz (重要)
串口通信调试波特率为115200
屏幕焊接方向注意:

关于校准:
由于本人并没有高精度射频校准仪器
该设备目前参数的校准来自于这款射频功率计

有条件的各位朋友可以自行校准,校准方法见程序章节末尾
装配与测试:










关于二次开发:如需二次开发请遵循开源协议:CC-BY-SA-4.0的相关要求
程序上有预留串口数据打印功能,但是本版本并未引出该功能,只作为测试阶段调试使用。后续可集成USB转TTL或者用STC内置USBCOM功能连接电脑,可以做个上位机软件对功率数据做实时的处理,如统计最大值最小值,绘制功率变化图表等功能,也可以把这个单独作为传感器子单元,配合其他系统做开发。

关于作者的一些话:
本来以为没多难的,结果最难的是程序,开发的时候开发板用的是开天斧三,主控STC8H8K64U,功能和内容搓了很多,都测试成功了,结果上板子之后发现,程序体积超限,

STC8H1K08总共8K的FLASH 我搓的程序空间占用28K 超限300%,那就只能砍功能了
最后大刀极限砍,也只能砍到9.12KB

但是已经属实有点没法看了,而且还差1K多压不下去
然后果断换方案,换STC8H1K17,并且释放出部分功能

有AI真好,编程过程中AI辅助解决问题,效率高了真的很多。
备注:
该设备可以配合对数周期天线做功率测向分析,天线参考该工程
https://oshwhub.com/dingcheng/pcb-dui-shu-zhou-qi-tian-xian
测试视频:

设计图
未生成预览图,请在编辑器重新保存一次BOM
暂无BOM
克隆工程

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