CN103873005A - 射频信号源及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频信号源及其工作方法，本发明的射频信号源，去除了现有的射频信号源中从第二对数放大器到第二加法器之间的前馈通路，而是直接将幅度调制信号经线性放大器放大后前馈至可变衰减器控制端，具体的，积分器的输出端是与指数放大器输入端连接，指数放大器输出端连接经二加法器第一输入端，第二加法器第二输入端连接线性放大器输出端，线性放大器输入端是输入幅度调制信号，第二加法器输出端连接可变衰减器控制端。本发明可以改善高的调制频率下幅度调制信号的调制深度和失真。

Description

射频信号源及其工作方法

技术领域

本发明涉及测试测量技术领域，尤其涉及射频信号源及其工作方法。

背景技术

在测试测量技术领域，射频信号源是射频微波工作者必备的测试测量仪器之一，它可以根据使用者的设定输出不同频率幅度的射频信号，其主要输出CW（Continuous Wave，连续波）射频信号，当然随着雷达等技术的发展，对射频信号源提出了更高的要求，还要求其能输出脉冲信号。

ALC（Automatic Level Control，自动电平控制）电路是微波射频信号源中重要的电路组成部分，它会直接影响到射频幅度、精度以及温度稳定性，也是信号源幅度校准工作的核心，同时也承担了射频信号源AM（Amplitude Modulation，幅度调制）工作。

由于受ALC电路环路带宽的限制，现有技术提出了一种前馈技术，图1为现有技术中实施前馈技术的ALC电路的结构示意图，如图1所示，图1中射频输入信号由1A口输入，经过由可变衰减器101构成的AM调制器后在1B口输出AM射频信号，这个幅度较小的AM射频信号经过射频功率放大器103放大后通过1F口输出射频输出信号。射频输出信号经耦合器104耦合至检波器112和电阻113。

若1H口输入的AM调制信号频率比较低，远远低于ALC电路带宽时，AM调制信号首先通过对数放大器111将其信号对数放大，然后与经过对数放大器110压缩后的由检波器112检波后的射频信号、以及1G口输入的参考电平相比较，再由加法器109得出误差电压，去控制由积分电容107和积分运放108构成的积分器，积分输出电压首先通过加法器106，然后去控制指数放大器105，最后指数放大器105通过连接可变衰减器控制端1C来调节可变衰减器101的衰减量，达到AM调制的目的。

若1H口输入的AM调制信号频率较高，远远高于ALC电路带宽时，AM调制信号通过对数放大器111将其指数放大，这时经过指数放大后的AM调制信号不再通过ALC电路环路，而是直接通过加法器106去控制指数放大器105，最后指数放大器105调节可变衰减器101的衰减量来达到AM调制的目的。

上述拓宽调制带宽的技术就是现有技术提出的前馈技术。然而这种拓宽带宽的方法也有几个不足之处：AM调制信号首先需要经过对数放大器111将信号对数放大，然后又需要指数放大器105进行指数放大，当AM调制信号幅度较大时，信号经过压缩和扩展失真就会很大，导致在高的调制频率下，AM调制深度上不去，失真也会很严重；由于前馈属于开环系统，AM调制信号幅度精度和失真都不能通过ALC电路环路校准，而是由对数放大器111、指数放大器105和可变衰减器101的温度稳定性和线性度来决定，难以保证指标。

发明内容

本发明实施例提供一种射频信号源，用以改善高的调制频率下幅度调制信号的调制深度和失真，该射频信号源包括：

可变衰减器、射频功率放大器、耦合器、第一电阻、检波器、第一对数放大器、第一加法器、第二对数放大器、电阻电容网络、积分器、指数放大器、第二加法器、线性放大器；其中：

可变衰减器输入端为射频信号源输入端，输出端连接射频功率放大器输入端；射频放率放大器输出端连接耦合器输入端口；

耦合器直通端口为射频信号源输出端；耦合器隔离端口连接第一电阻第一端，第一电阻第二端接地；耦合器耦合端口连接检波器输入端；检波器输出端连接第一对数放大器输入端；

第一对数放大器输出端连接第一加法器第一输入端；第一加法器第二输入端输入参考电压；第一加法器第三输入端连接第二对数放大器输出端；第一加法器输出端连接积分器输入端；第二对数放大器输入端输入幅度调制信号；

积分器输出端连接指数放大器输入端；指数放大器输出端连接第二加法器第一输入端；第二加法器第二输入端连接线性放大器输出端；线性放大器输入端输入所述幅度调制信号；第二加法器输出端连接可变衰减器控制端。

本发明实施例还提供一种上述射频信号源的工作方法，用以改善高的调制频率下幅度调制信号的调制深度和失真，该方法包括：

射频输入信号经可变衰减器输入端输入，射频输出信号经耦合器直通端口输出；

射频输出信号经耦合器和检波器，获得检波后的射频信号，该检波后的射频信号经第一对数放大器放大；

幅度调制信号一路经第二对数放大器放大后，与参考电压和第一对数放大器输出的射频信号进行比较，输出误差电压至积分器；一路经线性放大器放大后，送入第二加法器；

第二加法器将线性放大器输出信号和指数放大器输出信号求和后，送入可变衰减器控制端，控制可变衰减器的衰减量。

本发明实施例的射频信号源，去除了现有的射频信号源中从第二对数放大器到第二加法器之间的前馈通路，而是直接将幅度调制信号经线性放大器放大后前馈至可变衰减器控制端，这种直接前馈调制好处是避免了对数和指数转换的误差，直接进行幅度调制，调制频率的最大带宽及精度完全由线性放大器和可变衰减器决定，达到改善高的调制频率下AM射频信号的调制深度和失真的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为现有技术的自动电平控制电路的结构示意图；

图2为本发明实施例的射频信号源的结构示意图；

图3为本发明实施例的线性放大器采用有源全通滤波器的一个具体实例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图2为本发明实施例的射频信号源的结构示意图。如图2所示，本发明实施例的射频信号源可以包括：

可变衰减器201、射频功率放大器203、耦合器204、第一电阻213、检波器212、第一对数放大器210、第一加法器209、第二对数放大器211、积分器217、指数放大器205、第二加法器206、线性放大器216；其中：

可变衰减器201输入端为射频信号源输入端，输出端连接射频功率放大器203输入端；射频放率放大器203输出端连接耦合器204输入端口；

耦合器204直通端口为射频信号源输出端；耦合器隔离端口连接第一电阻213第一端，第一电阻213第二端接地；耦合器204耦合端口连接检波器212输入端；检波器212输出端连接第一对数放大器210输入端；

第一对数放大器210输出端连接第一加法器209第一输入端；第一加法器209第二输入端输入参考电压；第一加法器209第三输入端连接第二对数放大器211输出端；第一加法器209输出端连接积分器217输入端；第二对数放大器211输入端输入幅度调制信号（AM调制信号）；

积分器217输出端连接指数放大器205输入端；指数放大器205输出端连接第二加法器206第一输入端；第二加法器206第二输入端连接线性放大器216输出端；线性放大器216输入端输入幅度调制信号；第二加法器206输出端连接可变衰减器201控制端。

具体实施时，积分器217可以有多种实施方式，如图2所示，例如可以包括：

积分电容207、第一积分运放208；

积分电容207第一端连接第一积分运放208第一输入端，为积分器217输入端；

第一积分运放208第二输入端接地；

积分电容207第二端连接第一积分运放208输出端，为积分器217输出端。

当然，本领域技术人员也可以根据实际需要采用其它元件和连接方式构成积分器217。

具体实施时，图2中第二加法器206具体是将线性放大器216输出端2J、指数放大器205输出和可变衰减器201的控制端2C连接在一起。

比较图1和图2可知，图2中去除了从第二对数放大器211到第二加法器206之间的前馈通路，而是直接从AM调制信号输入处1H直接前馈至可变衰减器控制端2C。

图2中AM调制信号从5H端口输入，被分为两个通路，一路与图1中的相同，通过第二对数放大器211将调制信号对数转换，然后求和积分，属于ALC电路环内调制；另一路通过线性放大器216，然后直接与ALC电路环内指数放大器205的输出求和，第二加法器206得到控制电压去控制可变衰减器201的控制端2C，可变衰减器201将从2A输入的射频输入信号调制为AM射频信号，最后从2F口输出。这种直接前馈调制好处是避免了对数和指数转换的误差，直接进行AM调制，调制频率的最大带宽及精度完全由线性放大器216和可变衰减器501决定。而非图1所示现有技术的第二对数放大器111、指数放大器105和可变衰减器101决定。也即用线性放大器216直接替代第二对数放大器111和指数放大器105。

具体实施时，可变衰减器501可以是线性可变衰减器。

具体实施时，考虑到第二对数放大器211、积分器217和指数放大器205三者组合其增益不一定为1，而且有相位变化，所以线性放大器216可以采用带相位延迟的线性放大器，达到和这三者相同的效果。线性放大器216有一定相位移动，可以对ALC电路环路相位进行补偿，使ALC电路环内调制和环外调制切换的地方相位一致。

具体实施时，线性放大器216可以和第二对数放大器211公用同一输入端口5H。

具体实施时，线性放大器216的频率特性与第二对数放大器211、积分器217和指数放大器205的组合相同。线性放大器216可以是一个有增益的低通滤波器。指数放大器205和第二对数放大器211串联连接后实际上相当于线性放大器，而积分器217实际上相当于低通滤波器。具体实施时，线性放大器216可以使用有源全通滤波器。

图3为本发明实施例的线性放大器采用有源全通滤波器的一个具体实例的结构示意图。如图3所示，线性放大器包括：

第二电阻301、第三电阻302、第四电阻304、电容303、第二积分运放305；

第二电阻301第一端3H为线性放大器输入端（图2中2H），连接电容303第一端；第二电阻301第二端、第三电阻302第一端、第二积分运放305第一输入端相互连接；

第三电阻302第二端为线性放大器输出端（图2中2J），连接第二积分运放305输出端；

电容303第二端、第四电阻304第一端、第二积分运放305第二输入端相互连接；第四电阻304第二端接地。实施时，第三电阻302和第一电阻301决定增益，电容303和第四电阻304决定相位延迟。

如图2所示，具体实施时，本发明实施例的射频信号源的工作方法可以包括：

射频输入信号由可变衰减器201输入端2A输入，在可变衰减器201输出端2B输出AM射频信号，这个幅度较小的AM射频信号经射频功率放大器203放大后得到射频输出信号，由耦合器直通端口2F输出；

射频输出信号经耦合器204和检波器212，获得检波后的射频信号，该检波后的射频信号经第一对数放大器210放大；

幅度调制信号由5H输入，一路经第二对数放大器211放大由第二对数放大器输出端2I输出后与第一加法器209第二输入端2G输入的参考电压和第一对数放大器210输出的射频信号进行比较，输出误差电压至积分器217；一路经线性放大器216放大后，送入第二加法器206；

第二加法器206将线性放大器216输出信号和指数放大器205输出信号求和后，送入可变衰减器201控制端2C，控制可变衰减器201的衰减量。

综上所述，本发明实施例的射频信号源，去除了现有的射频信号源中从第二对数放大器到第二加法器之间的前馈通路，而是直接将幅度调制信号经线性放大器放大后前馈至可变衰减器控制端，具体的，积分器的输出端是与指数放大器输入端连接，指数放大器输出端连接经二加法器第一输入端，第二加法器第二输入端连接线性放大器输出端，线性放大器输入端是输入幅度调制信号，第二加法器输出端连接可变衰减器控制端，这种直接前馈调制好处是避免了对数和指数转换的误差，直接进行幅度调制，调制频率的最大带宽及精度完全由线性放大器和可变衰减器决定，达到改善高的调制频率下AM射频信号的调制深度和失真的目的，实施中可使射频信号源AM调制频率由原来的不足100k，拓展到300k。

本发明实施例适用于宽频带（频段覆盖VHF（Very high frequency，甚高频）到C波段，即30M~8G）AM调制电路，可以有效的拓宽调制频率的带宽和改善AM调制失真。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种射频信号源，其特征在于，包括：

可变衰减器、射频功率放大器、耦合器、第一电阻、检波器、第一对数放大器、第一加法器、第二对数放大器、积分器、指数放大器、第二加法器、线性放大器；其中：

可变衰减器输入端为射频信号源输入端，输出端连接射频功率放大器输入端；射频放率放大器输出端连接耦合器输入端口；

耦合器直通端口为射频信号源输出端；耦合器隔离端口连接第一电阻第一端，第一电阻第二端接地；耦合器耦合端口连接检波器输入端；检波器输出端连接第一对数放大器输入端；

第一对数放大器输出端连接第一加法器第一输入端；第一加法器第二输入端输入参考电压；第一加法器第三输入端连接第二对数放大器输出端；第一加法器输出端连接积分器输入端；第二对数放大器输入端输入幅度调制信号；

积分器输出端连接指数放大器输入端；指数放大器输出端连接第二加法器第一输入端；第二加法器第二输入端连接线性放大器输出端；线性放大器输入端输入所述幅度调制信号；第二加法器输出端连接可变衰减器控制端。

2.如权利要求1所述的射频信号源，其特征在于，积分器包括：

积分电容、第一积分运放；

积分电容第一端连接第一积分运放第一输入端，为积分器输入端；

第一积分运放第二输入端接地；

积分电容第二端连接第一积分运放输出端，为积分器输出端。

3.如权利要求1或2所述的射频信号源，其特征在于，线性放大器为带相位延迟的线性放大器。

4.如权利要求3所述的射频信号源，其特征在于，线性放大器为有增益的低通滤波器。

5.如权利要求4所述的射频信号源，其特征在于，线性放大器为有源全通滤波器。

6.如权利要求5所述的射频信号源，其特征在于，线性放大器包括：

第二电阻、第三电阻、第四电阻、电容、第二积分运放；

第二电阻第一端为线性放大器输入端，连接电容第一端；第二电阻第二端、第三电阻第一端、第二积分运放第一输入端相互连接；

第三电阻第二端为线性放大器输出端，连接第二积分运放输出端；

电容第二端、第四电阻第一端、第二积分运放第二输入端相互连接；第四电阻第二端接地。

7.一种权利要求1至6任一所述射频信号源的工作方法，其特征在于，包括：

射频输入信号经可变衰减器输入端输入，射频输出信号经耦合器直通端口输出；

射频输出信号经耦合器和检波器，获得检波后的射频信号，该检波后的射频信号经第一对数放大器放大；

幅度调制信号一路经第二对数放大器放大后，与参考电压和第一对数放大器输出的射频信号进行比较，输出误差电压至积分器；一路经线性放大器放大后，送入第二加法器；

第二加法器将线性放大器输出信号和指数放大器输出信号求和后，送入可变衰减器控制端，控制可变衰减器的衰减量。

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