CN103499712B - 一种射频信号稳幅反馈装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频信号稳幅反馈装置，采用梁氏引线管的峰峰值检波电路接收当前时刻压控增益后的射频信号并进行检波，幅值求取电路根据检波信号得到射频信号的电压幅度值，幅值偏差求取电路根据该电压幅度值与期望检波幅度值求得电压幅度偏差值，控制电压产生电路将根据电压幅度偏差值与当前时刻压控增益的控制电压得到下一时刻压控增益的控制电压，期望检波幅度值和当前时刻压控增益的控制电压由参考信号产生电路生成，控制电压产生电路将得到的下一时刻的控制电压反馈给参考信号产生电路，同时反馈给射频信号的压控增益装置，通过不断地反馈调整实现射频信号的稳幅。本发明可以实现幅度较大、频率范围较大的射频信号的精确稳幅反馈。

Description

一种射频信号稳幅反馈装置

技术领域

本发明属于射频信号产生技术领域，更为具体地讲，涉及一种射频信号稳幅反馈装置。

背景技术

射频信号源是是现代电子系统中的重要组成部分，是测试、通信、雷达、对抗等系统中的基础和关键技术。射频信号源的频率及其波形质量很大程度上决定着系统的可靠性和准确性。尤其在对于各种模拟元器件、部件、设备和系统的测试中，将直接决定测试结果的可信度，从而影响整个电子系统研发过程。因此更高频率、更高波形质量的射频信号源成为研究者的重点研究对象。

稳定的信号幅度，是判断射频信号源质量的一项重要指标，对电子系统尤其是电子测试的可靠性与准确性起着重要作用。随着电子技术的发展，对射频信号源幅度的精度要求也越来越高。

传统的射频信号稳幅反馈装置中，利用锗二极管搭建检波器，检波频率上限通常仅为几百兆赫兹。而利用检波频率从直流到数GHZ的集成检波器，其允许输入的射频信号幅度范围一般低于5dBm甚至更低。这两种检波方案使得传统的射频信号稳幅设计中存在着输入信号幅度与频率不可兼得的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种射频信号稳幅反馈装置，实现幅度较大射频信号的精确稳幅反馈，并可适应较大频率范围。

为实现上述发明目的，本发明射频信号稳幅反馈装置包括：峰峰值检波电路、幅值求取电路、幅值偏差求取电路、控制电压产生电路、参考信号产生电路，其中：

峰峰值检波电路，其二极管采用梁氏引线管，峰峰值检波电路接收当前时刻压控增益处理后的射频信号S_in进行检波得到其正向峰值检波信号S₁和反向峰值检波信号S₂，将两个信号输出至幅值求取电路；

幅值求取电路，用于根据正向峰值检波信号S₁和反向峰值检波信号S₂得到射频信号S_in的正向峰值电压和反向峰值电压求得射频信号S_in的检波幅度值并将该检波幅度值U_c输出至幅值偏差求取电路；

参考信号产生电路，用于产生参考信号，包括：产生射频信号的期望检波幅度值U_q输出至幅值偏差求取电路；根据控制电压产生电路当前时刻反馈的控制电压信号产生当前时刻压控增益的控制电压U_k，输出至控制电压产生电路；

幅值偏差求取电路，用于根据检波幅度值U_c和期望检波幅度值U_q计算电压幅度偏差值U_b＝U_c-U_q，输出至控制电压产生电路；

控制电压产生电路，用于根据当前时刻压控增益的控制电压U_k和电压幅度偏差值U_b计算下一时刻压控增益的控制电压U_k′＝U_b+U_k，该控制电压信号输出反馈至射频信号的压控增益装置，同时反馈给参考信号产生电路。

其中，峰峰值检波电路包括第一梁氏引线管、第一电容、第二梁氏引线管、第二电容，其中：第一梁氏引线管的正极接收射频信号S_in，负极与幅值求取电路输入端、第一电容的一端分别连接；第二梁氏引线管的负极接收射频信号S_in，正极与幅值求取电路输入端、第二电容的一端分别连接，第二电容的另一端接地。

其中，幅值求取电路包括两个电压跟随器和一个运放减法器，其中第一电压跟随器接收正向峰值检波信号S₁，输出端与运放减法器的同相输入端连接；第二电压跟随器接收反向峰值检波信号S₂，输出端与运放减法器的反相输入端连接。

其中，幅值偏差求取电路为运放减法器，其同相输入端输入信号为检波幅度值U_c，反相输入端输入信号为期望检波幅度值U_q。

其中，控制电压产生电路为运放反相加法器，其反相输入端输入信号为当前时刻压控增益的控制电压U_k和电压幅度偏差值U_b。

进一步地，控制电压产生电路还包括反相器，其输入端与运放反相加法器的输出端连接。

其中，参考信号产生电路包括信号控制器件、数模转换器和衰减器，其中信号控制器件与数模转换器连接，数模转换器与衰减器连接，衰减器输出参考信号。

其中，信号控制器件为FPGA或单片机。

本发明射频信号稳幅反馈装置，采用峰峰值检波电路对当前时刻压控增益后的射频信号进行检波，其中峰峰值检波电路采用梁氏引线管构成的二极管检波电路，再通过幅值求取电路得到射频信号的检波幅度值，幅值偏差求取电路根据该检波幅度值与期望检波幅度值求得电压幅度偏差值，控制电压产生电路将根据电压幅度偏差值与当前时刻压控增益的控制电压得到下一时刻压控增益的控制电压，期望检波幅度值和当前时刻压控增益的控制电压由参考信号产生电路生成，控制电压产生电路将得到的下一时刻的控制电压反馈给参考信号产生电路，同时反馈给射频信号的压控增益装置，通过不断地反馈调整实现射频信号的稳幅。采用本发明，可以实现幅度较大射频信号的精确稳幅反馈，并可适应较大频率范围。

附图说明

图1是本发明射频信号稳幅反馈装置的一种具体实施方式结构图；

图2是图1中峰峰值检波电路与幅值求取电路的输出波形示意图；

图3为本发明一个具体实施例电路图。

图中标记说明：峰峰值检波电路1、幅值求取电路2、幅值偏差求取电路3、控制电压产生电路4、参考信号产生电路5、压控增益装置6、运放减法器21，R1至R12为电阻，D1和D2为梁氏引线管，M1和M2为电压跟随器，M3、M4和M5为运算放大器，M6和M7为衰减器，M8和M9为数模转换器，M10为信号控制器件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图1是本发明射频信号稳幅反馈装置的一种具体实施方式结构图。如图1所示，本发明射频信号稳幅反馈装置包括峰峰值检波电路1、幅值求取电路2、幅值偏差求取电路3、控制电压产生电路4、参考信号产生电路5，射频信号稳幅反馈装置的峰峰值检波电路1接收压控增益装置6输出的当前时刻压控增益处理后的射频信号S_in，经过一系列处理后，由控制电压产生电路4产生下一时刻压控增益的控制电压，输出控制电压信号给压控增益装置6，从而实现射频信号的稳幅。

压控增益装置6一般采用压控运放或者压控衰减器，其增益K₁与其控制电压U_k具有一定的线性关系：K₁＝f(U_k)。幅度为U_a的射频信号过压控增益装置6后得到射频信号S_in，其幅度U_out＝K₁U_a。输出的射频信号S_in分为两路，一路正常输出，另一路输入峰峰值检波电路1。

峰峰值检波电路1，为二极管峰峰值检波电路，其二极管采用梁氏引线管。峰峰值检波电路1用于接收压控增益装置6输出的当前时刻压控增益处理后的射频信号S_in进行检波得到正向峰值检波信号S₁和反向峰值检波信号S₂，将两个波形信号输出至幅值检波电路2。梁氏引线管的渡越时间短，正向偏置电压接近于零，耐压值较高，可保证峰峰值检波电路1的带宽、精度及其检波信号的范围。

幅值求取电路2，用于根据正向峰值检波信号S₁和反向峰值检波信号S₂得到射频信号S_in的正向峰值电压和反向峰值电压求得射频信号S_in的检波幅度值并将该检波幅度值U_c输出至幅值偏差求取电路3。

参考信号产生电路5，用于产生参考信号，包括：产生射频信号的期望检波幅度值U_q输出至幅值偏差求取电路3；根据控制电压产生电路4当前时刻反馈的控制电压信号产生当前时刻压控增益的控制电压U_k，输出至控制电压产生电路4。

期望检波幅度值U_q和当前时刻压控增益的控制电压U_k是作为幅值偏差求取电路3和控制电压产生电路4的参考信号，从而调整压控增益装置6下一时刻进行压控增益时的控制电压。在本装置第一次工作时，参考信号产生电路5产生的控制电压U_k直接根据压控增益装置6的控制电压初始值进行设置。

图2是图1中峰峰值检波电路与幅值求取电路的输出波形示意图。如图2所示，正向峰值检波信号S₁和反向峰值检波信号S₂并不与射频信号S_in的波峰波谷对齐，这是由于峰峰值检波电路1中二极管的损耗，导致峰峰值检波电路1得到的检波结果不是输入射频信号的真实幅度。因此作为参考信号的幅度值不能是输出射频信号自身的期望幅度值，而是期望幅度的射频信号经过峰峰值检波电路1和幅值求取电路2得到的检波幅度值。输入射频信号的真实幅度与峰峰值检波电路1的检波结果是存在一定的线性关系的。因此在实际应用中，可以通过实验得到峰峰值检波电路1的输入射频信号电压幅度与幅值求取电路2输出的检波幅度值的曲线，便于期望检波幅度值U_q的设置。

幅值偏差求取电路3，用于根据检波幅度值U_c和期望检波幅度值U_q计算电压幅度偏差值U_b＝U_c-U_q，输出至控制电压产生电路4。

控制电压产生电路4，用于根据当前时刻压控增益的控制电压U_k和电压幅度偏差值U_b计算下一时刻压控增益的控制电压U_k′＝U_b+U_k，将该控制电压信号输出反馈至射频信号的压控增益装置6，同时反馈给参考信号产生电路5，用于下一时刻用于稳幅的参考信号产生。

压控增益装置6在接收到射频信号稳幅反馈装置反馈的控制电压信号，此时其增益为：K₁＝f(U_k′)＝f(U_b+U_k)。由于压控增益的控制电压与增益之间可近似为线性关系，此处假设为第一象限反比例关系，若U_b＜0，即检波幅度值U_c小于期望检波幅度值U_q，此时得到的控制电压U_k′小于当前时刻的控制电压U_k，因此增益K₁变大，使压控增益输出的射频信号电压幅度升高；反之，若U_b＞0，即检波幅度值U_c大于期望检波幅度值U_q，此时得到的控制电压U_k′大于当前时刻的控制电压U_k，因此增益K₁变小，使压控增益输出的射频信号电压幅度降低。以此通过不断地反馈调整，最终达到稳定射频信号幅度的目的。

需要说明的是在实际应用中压控增益装置6的控制电压与增益大小会随器件与电路结构的不同呈现出第二象限的正反比例关系与第一象限的正反比例关系四种不同的线性关系。因此实际应用中，控制电压产生电路4生成的控制电压信号的正负可以根据压控增益装置6来进行设置。而针对压控增益装置6的增益与控制电压是正比例关系还是反比例关系，可通过设置幅值偏差求取电路3输出的正负来调整。本实施例仅针对第一象限反比例关系，当压控增益为其他方式时，需要对实施例进行相应的修改，在此不再赘述。

实施例

图3为本发明一个具体实施例电路图。

如图3所示，本实施例中峰峰值检波电路1，包括第一梁氏引线管D1、第一电容C1、第二梁氏引线管D2、第二电容C2，其中：第一梁氏引线管D1的正极接收当前时刻压控增益处理后的射频信号S_in，负极与幅值求取电路2输入端、第一电容C1的一端分别连接；第二梁氏引线管D2的负极接收当前时刻压控增益处理后的射频信号S_in，正极与幅值求取电路2输入端、第一电容C1的另一端、第二电容C2的一端分别连接，第二电容C2的另一端接地。这种峰峰值检波电路可以对存在直流偏置的射频信号进行检波，即射频信号的电压最小值可以大于0。

本实施例中，幅值求取电路2包括两个电压跟随器M1、M2和一个运放减法器21，其中第一电压跟随器M1接收正向检波电路输出的正向峰值检波信号S₁得到正向峰值电压输出端与运放减法器21的同相输入端连接；第二电压跟随器M2接收反向检波电路21输出的反向峰值检波信号S₂得到反向峰值电压输出端与运放减法器的反相输入端连接，运放减法器得到检波幅度值运放减法器将检波幅度值输出至幅值偏差求取电路3。在本实施例中，采用电压跟随器，相当于极大地增大了峰峰值检波电路1的负载，可以降低检波电容的放电速度。电压跟随器也增大了整个射频信号稳幅反馈装置的输入阻抗，可以使射频信号稳幅反馈装置在与射频信号压控增益装置6连接时不对原有的射频信号产生较大的影响。幅值求取电路2的运放减法器21包括电阻R1至R4，运算放大器M3，其结构为现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，幅值偏差求取电路3采用运放减法器，其同相输入端输入信号为检波幅度值U_c，反相输入端输入信号为期望检波幅度值U_q，求得电压幅度偏差值U_b＝U_c-U_q。幅值偏差求取电路3的运放减法器包括电阻R5至R8，运算放大器M4，其结构为现有技术，在此不再赘述。

控制电压产生电路4采用运放反相加法器，其反相输入端输入信号为当前时刻压控增益的控制电压U_k和电压幅度偏差值U_b，求得下一时刻压控增益的控制电压U_k′＝-(U_b+U_k)。可见，本实施例中控制电压产生电路4产生的控制电压信号为负电压，如果压控增益装置6只能接收正电压的控制电压信号，只需在运放反相加法器的输出端再连接一个反相器，即可将控制电压信号转换为正电压。控制电压产生电路4的运放反相加法器包括电阻R9至R12，运算放大器M5，其结构为现有技术，在此不再赘述。

参考信号产生电路5包括信号控制器件、数模转换器D/A和衰减器，其中信号控制器件与数模转换器D/A连接，数模转换器D/A与衰减器连接，衰减器输出参考信号，即输出期望检波幅度值U_q至幅值偏差求取电路3，输出当前时刻压控增益的控制电压U_k至控制电压产生电路4。信号控制器件可以采用FPGA（Field－ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列）或单片机，本实施例中信号控制器件M10为FPGA，数模转换器D/A和衰减器为两套，即数模转换器D/AM8、M9，衰减器M6、M7。FPGA通过预先设置的期望检波幅度值和控制电压产生电路4反馈的当前时刻的控制电压信号生成期望检波幅度值和控制电压的数字参考信号，期望检波幅度值的数字参考信号通过数模转换器D/AM8转换成模拟参考信号，再通过衰减器M6控制模拟参考信号的幅度得到期望检波幅度值U_q，输出至幅值偏差求取电路3；控制电压的数字参考信号通过数模转换器D/AM9转换成模拟参考信号，再通过衰减器M7控制模拟参考信号的幅度得到控制电压U_k，输出至控制电压产生电路4。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种射频信号稳幅反馈装置，其特征在于包括：峰峰值检波电路、幅值求取电路、幅值偏差求取电路、控制电压产生电路、参考信号产生电路，其中：

峰峰值检波电路，其二极管采用梁氏引线管，峰峰值检波电路接收当前时刻压控增益处理后的射频信号S_in进行检波得到其正向峰值检波信号S₁和反向峰值检波信号S₂，将两个信号输出至幅值求取电路；峰峰值检波电路包括第一梁氏引线管、第一电容、第二梁氏引线管、第二电容，其中：第一梁氏引线管的正极接收射频信号S_in，负极与幅值求取电路输入端、第一电容的一端分别连接；第二梁氏引线管的负极接收射频信号S_in，正极与幅值求取电路输入端、第一电容的另一端、第二电容的一端分别连接，第二电容的另一端接地；

幅值求取电路，用于根据正向峰值检波信号S₁和反向峰值检波信号S₂得到射频信号S_in的正向峰值电压和反向峰值电压，求得射频信号S_in的检波幅度值并将该检波幅度值U_c输出至幅值偏差求取电路；幅值求取电路包括两个电压跟随器和一个运放减法器，其中第一电压跟随器接收正向峰值检波信号S₁，输出端与运放减法器的同相输入端连接；第二电压跟随器接收反向峰值检波信号S₂，输出端与运放减法器的反相输入端连接；

参考信号产生电路，用于产生参考信号，包括：产生射频信号的期望检波幅度值U_q输出至幅值偏差求取电路；根据控制电压产生电路当前时刻反馈的控制电压信号产生当前时刻压控增益的控制电压U_k，输出至控制电压产生电路；

幅值偏差求取电路，用于根据检波幅度值U_c和期望检波幅度值U_q计算电压幅度偏差值U_b＝U_c-U_q，输出至控制电压产生电路；

控制电压产生电路，用于根据当前时刻压控增益的控制电压U_k和电压幅度偏差值U_b计算下一时刻压控增益的控制电压U′_k＝U_b+U_k，该控制电压信号输出反馈至射频信号的压控增益装置，同时反馈给参考信号产生电路。

2.根据权利要求1所述的射频信号稳幅反馈装置，其特征在于，所述幅值偏差求取电路为运放减法器，其同相输入端输入信号为检波幅度值U_c，反相输入端输入信号为期望检波幅度值U_q。

3.根据权利要求1所述的射频信号稳幅反馈装置，其特征在于，所述控制电压产生电路为运放反相加法器，其反相输入端输入信号为当前时刻压控增益的控制电压U_k和电压幅度偏差值U_b。

4.根据权利要求3所述的射频信号稳幅反馈装置，其特征在于，所述控制电压产生电路还包括反相器，其输入端与运放反相加法器的输出端连接。

5.根据权利要求1至4任一所述的射频信号稳幅反馈装置，其特征在于，所述参考信号产生电路包括信号控制器件、数模转换器和衰减器，其中信号控制器件与数模转换器连接，数模转换器与衰减器连接，衰减器输出参考信号。

6.根据权利要求5所述的射频信号稳幅反馈装置，其特征在于，所述信号控制器件为FPGA或单片机。