CN102891656A

CN102891656A - 一种基于内部检波的宽带信号开环功率自动校准方法

Info

Publication number: CN102891656A
Application number: CN2012102223382A
Authority: CN
Inventors: 左永锋; 樊晓腾; 刘亮; 何攀峰; 刘盛; 周俊杰; 徐明哲; 王鹏
Original assignee: CETC 41 Institute
Current assignee: CLP Kesiyi Technology Co Ltd
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: CN102891656B

Abstract

本发明提出了一种基于内部检波电路的宽频带ALC开环功率准确度自动校准与补偿方法，该方法的基本原理是，在信号全频段、ALC全功率范围内，采取合适的频率和功率间隔，建立一个二维的ALC开环功率校准数组来存储校准数据。当ALC环路工作在开环状态时，取出上述数组内的校准数据，采用合适的算法，实时的对当前频率、功率点进行补偿，使得开环输出功率准确、可控。通过使用该方法，可以使ALC开环功率在内部校准软件的控制下，不需任何外部测量仪器和校准比较件，只通过内部检波电路和高效的搜索算法，即可自动、实时的实现全频段内的ALC开环功率补偿。这样，既降低了校准的成本，又提高了校准的效率。

Description

一种基于内部检波的宽带信号开环功率自动校准方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种基于内部检波的宽带信号开环功率自动校准方法。

背景技术

自动电平控制是合成信号发生技术中一种自动、精确控制输出信号幅度的常用方法。通常，ALC(自动电平控制，即auto level contro1)环路为一负反馈自动控制系统，它包括参考预置和补偿电路、求和电路、功分电路、检波电路、调制电路、放大电路及控制部件等，原理框图如图1所示。

ALC的基本工作原理是功率参考提供输出功率的参考电平，检波信号与功率参考电平求和，然后经放大变换后，驱动调制器，使源输出一确定的功率。图中射频输入信号先通过一个调制器再到输出放大器。检波电路、误差放大器和调制器构成功率负反馈环路。检波电路的输出与输出放大器的输出信号的电平成比例，它与参考电平比较后的误差信号经过误差放大器后控制调制器修正输出信号的电平。ALC的伺服作用保证调制器的驱动电压和输出放大器的增益变化时，射频输出端的功率电平保持稳定、准确。图中的脉冲调制器负责脉冲调制使能时，ALC环路的快速开关。

在上述ALC稳幅环路中，当脉冲调制状态为关时，电路工作在前面所述的连续、稳定的负反馈稳幅状态；当脉冲调制为开时，电路为一受脉冲调制开关控制的、在快速开环、闭环状态间不停变换的稳幅系统，此时，若ALC闭环时间(即脉冲宽度)足够长，环路仍可正常工作；然而，在雷达、电子对抗等窄脉冲(通常指脉宽小于2us情况)调制应用领域，由于积分及检波速度跟不上脉冲开关的速度，因此，ALC稳幅环路已不能正常工作，通常设置ALC环路在开环状态下使用，此时，ALC环路已不是一个自动调整输出信号幅度的闭环系统，而是一个受预置、校准及驱动电流控制的开环功率控制系统，因此其幅度误差较大(通常为几个dB至几十个dB)，远远不能满足测试的需求。

为解决这个问题，通常采用ALC环路开环搜索的方式，该方式可以实时、准确的将仪器当前状态下的开环功率调整准确。但由于采用搜索的方式，其频率或功率切换时间通常为毫秒、甚至秒级，无法满足雷达和电子对抗设备状态转换速度和测试效率的需求。因此，必须研究ALC开环状态下输出信号幅度准确、可控技术。

传统的解决方法是分波段软参数校准法，其核心原理是在信号全频率范围内划分若干频段，设定a、b、c三个定标参数来分别调整各频段的开环功率准确度。

图2的直角坐标系中，横轴为预置功率数据，纵轴为校准后的输出功率值；曲线y₁＝f_l(a，b，c，x)为未补偿前的开环功率预置-输出曲线，曲线y₂＝f₂(a，b，c，x)为补偿后的开环功率预置-输出曲线；反复调整上述三个参数，当满足下述条件后，校准完毕：1)、校准后的预置曲线y₂与直线1交与A、B两点，且A＝-B，即A_x＝-B_x，A_y＝-B_y；2)、曲线y₂在两交点A、B间的点距离直线1的距离的均方差尽可能小。上述三个参数a、b、c互相影响，改变其中任何一个都会影响另外两个参数的校准效果，因此需反复调试，使上述三个参数所决定的曲线y₂尽可能满足本波段所有点的功率准确度要求。

该方法的主要缺点是，调试步骤繁琐，全频段准确度差。由于用于补偿开环功率准确度的三个参数相互作用，因此每个参数的调试需反复进行，反复测量调试结果，以确定该参数组合是否能使最大多数点满足要求，因此调试时间很长，过程繁琐。同时，由于扫描时间等原因，整机频段的划分不可能太细，因此由于各频段内频响一致性的原因，其段内开环功率准确度参数不可能满足所有频点的要求，全频段内的开环功率准确度也就无法达到2dB以内，部分频点的开环功率甚至达到几十dB。另外，当仪器工作环境发生变化时，各参数需应用测试仪器重新进行调试，无法依靠机内部件自动完成开环功率准确度的校准。因此，传统的开环功率准确度校准方法在效率、全频段准确度及环境适应性等方面有比较明显的缺点，无法满足整机高功率准确度的要求。

发明内容

本发明提出了一种基于内部检波电路的宽频带ALC开环功率准确度自动校准与补偿方法，该方法的基本原理是，在整机全频段、ALC全功率范围内，采取合适的频率和功率间隔，建立一个二维的ALC开环功率校准数组来存储校准数据。当ALC环路工作在开环状态时，取出上述数组内的校准数据，采用合适的算法，实时的对当前频率、功率点进行补偿，使得开环输出功率准确、可控。通过使用该方法，可以使ALC开环功率在内部校准软件的控制下，不需任何外部测量仪器和校准比较件，只通过内部检波电路和高效的搜索算法，即可自动、实时的实现全频段内的ALC开环功率补偿。这样，既降低了校准的成本，又提高了校准的效率。

附图说明

图1为ALC环路流程图；

图2为传统ALC开环功率准确度校准图

图3为整机校准过程流程图

图4为全通路的开环功率校准流程图

具体实施方式

本校准方法的原理框图如图1所示。图1中，调制器根据误差放大器的输入来调整输入信号的功率变化，从而控制输出信号的幅度。图中的脉冲调制器负责脉冲调制开时，ALC环路的快速开关。功率参考负责提供输出功率的参考电平。上述校准过程的流程图见图3。

校准算法：

在校准开始前，设定整机校准过程中的频率步进和功率步进，指定特定的检波电压误差限ErrorLimit，并根据整机的频率范围和要校准的功率范围，计算得到存放校准数据的数组的大小。

一、在当前功率和频率(pow，freq)点，根据系统功率平坦度数据(功率平坦度数据是信号源闭环时保证功率输出正常的补偿数据)，计算当前功率和频率点对应的功率平坦度补偿数值C，该值作为该点ALC开环校准的初始校准数值；

二、设置ALC环路为闭环状态，为读取闭环检波电压做准备；

三、在闭环状态下获得闭环时稳幅功率的检波电压V₀，该电压值为闭环时该点信号输出功率的体现，因此该电压将作为ALC开环时该点输出功率已达到或者已近似达到闭环时输出功率的参照，即通过设置特定的DAC使开环时检波电压达到该值或者与该值相差在一定误差范围(ErrorLimit)内，那么该点的输出功率将会等于或者相近于该点闭环时的输出功率；

四、设置ALC环路为开环状态，并置功率参考DAC为一固定的中间值0dBm；

五、在ALC环路开环状态下，开始校准，校准将在校准成功或者设定的最大校准次数达到时结束，如果校准成功，将校准值C存入ALC开环校准数组，如果校准没能达到理想情况，但已经达到最大校准次数，选一个最接近闭环检波电压的开环校准值作为该点的校准值，并将该值存入ALC开环校准数组。首先获得开环状态下稳幅功率的检波电压V_i(1≤i＜最大校准次数)；

六、在获得开环状态下的检波电压V_i后，计算开环状态的检波电压V_i和闭环状态下稳幅功率检波电压V₀的差值的绝对值DifValue＝|V_i-V₀|；

七、比较DifValue和校准的误差限ErrorLimit的大小，如果DifValue小于ErrorLimit，我们认为校准成功，将当前的校准值C存入校准数组中，该点在循环校准了i次后校准成功；

八、在第i次校准成功完成前的i-1次校准中，DifValue的值肯定都大于ErrorLimit的值。根据当前的校准值和相关的硬件计算修正值ModifyValue(修正值和具体硬件相关)，当某一次的检波电压V_i大于V₀时，将当前校准数值C减去修正值ModifyValue，当某一次的检波电压V_i小于V₀时，将当前校准数值C加上修正值ModifyValue，然后把计算后得到的新的校准值C送入DAC中，进行第i+1次校准，转到步骤六。

注：以上为校准一个点(pow，freq)的步骤，对于全频段信号，在相应的功率范围(例：-20dBm～+20dBm)频率范围内(例：10MHz～20GHz)，按照一定的功率步进(例：2dBm)和频率步进(例：10MHz)进行全功率段全频率段校准。

补偿算法：

当前频率为Freq，当前功率为Power，并且当前功率和频率在已补偿的功率档和频段范围内。

一、在整机开环校准的数组内找到已校准的频率和功率分别小于和大于Freq和Power的两点Point₁和Point₂，使Point₁(F₁，P₁)的频率F₁和功率P₁小于等于Freq和Power，使Point₂(F₂，P₂)的频率F₂和功率P₂大于等于Freq和Power；

二、根据Point₁和Point₂两点找到另外两个已校准的点Point₃，Point₄，它们的频率和功率分别为(F₁，P₂)和(F₂，P₁)；

三、对应Point₁、Point₂、Point₃、Point₄点的ALC开环校准值为C₁、C₂、C₃、C₄；

四、根据当前找到的四个校准点计算得到另外两点Point₁₃、Point₂₄，其中Point₁₃和Point₁、Point₃两点具有相同频率，功率是当前整机要输出的功率Power，校准值C₁₃是根据Point₁、Point₃两点的功率P₁和P₃和当前功率Power计算得到的C₁₃＝C₁+(C₃C₁)*Coef₁(根据信号的特性计算得到)，相同原理C₂₄＝C₂+(C₄C₂)*Coef₂(根据信号的特计算得到)；

五、当前频率为Freq，Point₁₃、Point₂₄两点的频率和校准值为(F₁，C₁₃)，(F₂，C₂₄)，与四相同原理计算得到当前频率校准值C＝Coef₃*Freq+C₁₃-Coef₃*F₁；其中Coef₃根据信号的特计算得到。

该校准方法基于内部检波电路，无需任何测量设备和标准比较件，因此可降低实施成本，提高校准效率；同时，由于该方法不需要复杂的数学计算和推导，因而可避免中间运算所产生的系统误差。而且当环境发生变化，导致已校准的数据不适合当前机器时，能够实时校准。

该方法校准的实时准确性得到提高，因为该方法依靠内部检波电路，而且检波电路在ALC开环校准补偿系统中，由于校准和补偿系统受环境的影响系数是一样的，因此，当环境发生变化，可以通过重新校准使准确性得到提高。

该方法可实现全通路的开环功率校准，由于内部检波电路位于ALC环路中，因此其检波电压将反应应用系统内的所有ALC开环失真因素，所以，基于该检波电压所实现的ALC开环校准，可以实现全通路的校准。

该方法可自动实施。由于该发明所提出的ALC开环校准的方法是基于内部检波电路的，它不依赖于任何外部测量仪器和标准比较件，因此可以通过上述校准算法，实现全频段的自动校准。

该方法可实时实施。由于该发明所描述的校准方法不依赖于任何外部测试设备，因此当用户的使用环境发生较大变化时，ALC开环补偿系统的合适的补偿数据较出厂补偿数据应发生较大变化，此时，应用该发明所描述的方法，即可实现应用现场的实时校准。

Claims

1.一种基于内部检波电路和功率补偿电路的宽带信号开环功率自动校准方法，其特征在于：该方法遵循校准值和预置功率成比例以及相邻频率和功率点的校准值呈线性的思想，通过内部检波电路可以使开环功率自动校准不依赖于任何外部测试设备，从而降低了校准的成本和难度，提高了校准的便利性和可实施性，实现了全频段、全过程的自动化校准。该方法包括以下步骤：

步骤一，在当前功率和频率点，根据系统功率平坦度数据，计算当前功率和频率点对应的功率平坦度补偿数值C，该值作为该点ALC开环校准的初始校准数值，其中，功率平坦度数据是ALC闭环时保证功率输出正常的补偿数据；

步骤二，设置ALC环路为闭环状态，为读取闭环状态的检波电压做准备；

步骤三，在闭环状态下获得闭环时稳幅功率的检波电压V₀，该电压值为闭环时该点信号输出功率的体现，因此该电压将作为ALC开环时该点输出功率已达到或者已近似达到闭环时输出功率的参照，即通过设置特定的DAC使开环时检波电压达到该值或者与该值相差在一定误差范围(ErrorLimit)内，那么该点的输出功率将会等于或者相近于该点闭环时的输出功率；

步骤四，设置ALC环路为开环状态，并置功率参考DAC为一固定的中间值0dBm；

步骤五，在ALC环路开环状态下，开始校准，校准将在校准成功或者设定的最大校准次数达到时结束，如果校准成功，将校准值C存入ALC开环校准数组，如果校准没能达到理想情况，但已经达到最大校准次数，选一个最接近闭环检波电压的开环校准值作为该点的校准值，并将该值存入ALC开环校准数组。首先获得开环状态下稳幅功率的检波电压V_i，其中1≤i＜最大校准次数n；

步骤六，在获得开环状态下的检波电压V_i后，计算开环状态的检波电压V_i和闭环状态下稳幅功率检波电压V₀的差值的绝对值DifValue＝|V_i-V₀|；

步骤七，比较DifValue和校准误差限ErrorLimit的大小，如果DifValue小于ErrorLimit，认为校准成功，将当前的校准值C存入校准数组中，该点在循环校准了i次后校准成功；

步骤八，在第i次校准成功完成前的i-1次校准中，DifValue的值肯定都大于ErrorLimit的值，根据当前的校准值和相关的硬件计算修正值ModifyValue，当某一次的检波电压V_i大于V₀时，将当前校准数值C减去修正值ModifyValue，当某一次的检波电压V_i小于V₀时，将当前校准数值C加上修正值ModifyValue，然后把计算后得到的新的校准值C送入DAC中，进行第i+1次校准，转到步骤六；

以上为校准一个点的步骤，对于全频段信号，在相应的功率范围频率范围内，按照一定的功率步进和频率步进进行全功率段全频率段校准。

2.根据权利要求1所述的一种基于内部检波电路的宽带信号开环功率自动校准方法，其特征在于基于内部检波电路，通过内部检波电路，可以方便的获取校准基准数据和误差数据，从而可以实现不依赖于外部测试设备的全过程自动校准。

3.根据权利要求1所述的一种基于功率补偿电路的宽带信号源开环功率自动校准补偿方法，其特征在于功率补偿数据通过功率补偿电路迭加到调制通路上，从而实现快速的射频信号的快速幅度调整。

4.根据权利要求1所述的一种基于内部检波电路的宽带信号源开环功率自动校准方法，其特征在于可实现全通路的开环校准。由于内部检波电路位于ALC环路应用系统的通路内，因此其检波电压将反应应用系统内的所有开环失真因素，所以，基于该检波电压所实现的开环校准，可以实现全通路的校准。

5.根据权利要求1、2、3所述的一种内部检波电路的宽带信号源开环功率自动校准方法，其特征在于不依赖于任何外部测量仪器和标准比较件。

6.根据权利要求1所述的一种内部检波电路的宽带信号源开环功率自动校准方法，其特征在于可自动实现全频段开环校准。通过第四部分中第一至第八步所描述的算法，即可实现全频段的自动校准和补偿。

7.根据权利要求1、2、3所述的一种内部检波电路的宽带信号开环功率自动校准方法，其特征在于可实现应用现场的实时校准。由于该发明所描述的校准方法不依赖于任何外部测试设备，因此当用户的使用环境发生较大变化时，开环功率控制通路的出厂校准数据可能会发生较大变化，此时，应用该发明所描述的方法，即可实现应用现场的实时校准。