CN103873033A - 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在现有的射频信号源基础上，加入电阻电容网络和第三加法器，经第二对数放大器放大后的幅度调制信号一路输入第一加法器第三输入端，一路输入第二加法器第一输入端，一路经电阻电容网络加至第三加法器第二输入端，第三加法器第一输入端接收指数放大器的输出信号，第三加法器将指数放大器的输出信号与电阻电容网络提供的信号求和，将求和后的信号输入可变衰减器控制端，以控制可变衰减器的衰减量。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，同时也承担了产生射频信号源的AM（Amplitude Modulation，幅度调制）信号的工作。

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、第二加法器、电阻电容网络、积分器、指数放大器、第三加法器；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；第二对数放大器输入端输入幅度调制信号；第二对数放大器输出端分别连接第一加法器第三输入端、第二加法器第一输入端和电阻电容网络第一端；第一加法器输出端连接积分器输入端；

积分器输出端连接第二加法器第二输入端；第二加法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三加法器第一输入端；第三加法器第二输入端连接电阻电容网络第二端；第三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；

幅度调制信号经第二对数放大器放大后，一路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；一路输入第二加法器；一路经电阻电容网络输入第三加法器；

第三加法器将电阻电容网络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，在前馈ALC电路环路基础上增加电阻电容前馈网络，增加高AM调制频率下的前馈量，改善高的调制频率下AM射频信号的调制深度和失真。

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为本发明实施例的电阻电容网络的一个具体实例的结构示意图；

图4为本发明实施例的采用电阻和电容并联的方式构成电阻电容网络的具体实例示意图；

图5为本发明实施例的采用电阻和电容并联的方式构成电阻电容网络的具体实例示意图；

图6为本发明实施例的幅度调制信号输入第二对数放大器时的波形和经第二对数放大器放大输出的波形示意图。

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、第二加法器206、电阻电容网络（RC网络，RC：Resistor Capacitor）218、积分器217、指数放大器205、第三加法器202；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；第二对数放大器211输入端输入幅度调制信号（AM调制信号）；第二对数放大器211输出端分别连接第一加法器209第三输入端、第二加法器206第一输入端和电阻电容网络218第一端；第一加法器209输出端连接积分器217输入端；

积分器217输出端连接第二加法器206第二输入端；第二加法器206输出端连接指数放大器205输入端；指数放大器205输出端连接第三加法器202第一输入端；第三加法器202第二输入端连接电阻电容网络218第二端；第三加法器202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、积分运放208；

积分电容207第一端连接积分运放208第一输入端，为积分器217输入端；

积分运放208第二输入端接地；

积分电容207第二端连接积分运放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，电阻电容网络218也可以有多种实施方式，图3为本发明实施例的电阻电容网络的一个具体实例的结构示意图，如图3所示，电阻电容网络例如可以包括：

串联连接的第二电阻301和电容302。

当然，本领域技术人员也可以根据实际需要采用其它电阻和电容的连接方式构成电阻电容网络218，例如可以采用多个电阻和多个电容串联的方式，或者也可以采用电阻和电容并联的方式来构成电阻电容网络218。图4、图5分别给出了两个采用电阻和电容并联的方式构成电阻电容网络的具体实例。图4中，电阻电容网络是在电阻和电容之间接接地电容，图4的电阻电容网络具体可以包括：电阻401、电容402、403，其中电阻401第一端为电阻电容网络第一端（或第二端），电阻401第二端分别连接电容402第一端和电容403第一端，电容402第二端为电阻电容网络第二端（或第一端），电容403第二端接地。图5中，电阻电容网络是在电阻和电容之间接接地电阻，图5的电阻电容网络具体可以包括：电阻501、503和电容502，其中电阻501第一端为电阻电容网络第一端，电阻501第二端分别连接电容502第一端和电阻503第一端，电容502第二端为电阻电容网络第二端，电阻503第二端接地。

具体实施时，电阻电容网络218采用的电阻和电容的具体取值，可以根据图2中指数放大器205的延迟和需要补偿的量来确定。图2中第三加法器202具体是将电阻电容网络218、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。

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；

幅度调制信号由第二对数放大器211输入端2H输入，经第二对数放大器211放大后，一路与第一加法器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；一路输入第二加法器206；一路经电阻电容网络218输入第三加法器202；

第三加法器202将电阻电容网络218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。

由图2可以得知，可变衰减器201的控制端2C不仅受指数放大器205控制而且受电阻电容网络218控制。经过第二对数放大器211放大后的AM调制信号被分为3路：其中两路与图1一样，分别注入第一加法器209和第二加法器206。而另一路经过电阻电容网络218前馈至第三加法器202，第三加法器202将电阻电容网络218的信号和指数放大器205的信号求和后送给可变衰减器201的控制端2C，两者共同控制可控衰减器201的衰减量。

图6为本发明实施例的幅度调制信号输入第二对数放大器时的波形和经第二对数放大器放大输出的波形示意图。如图6所示，第二对数放大器输入端2H的AM调制频率波形为6H波形，经过第二对数放大器211放大之后的波形为6I波形，即第二对数放大器211输出端2I（如图2所示）的波形。可以看到，当AM调制信号幅度达到正向最大时，如图6中的A点，信号被压缩至A＇，而当AM调制信号幅度达到负向最大时，如图6中的B点，信号被扩展至B＇。当AM调制信号负向增大时，2I处信号的输出幅度就会急剧增大，由于受电源或器件的限制，调制深度自然就上不去。从图6中的6I处信号波形可以看出B＇点的谐波分量要比A＇点的谐波分量大，故通过电阻电容网络前馈至可变衰减器的信号也就越大，损失的信号也就得到补偿。

如图6中6I波形所示，当AM调制信号频率较高且调制深度较大时，第二对数放大器211放大后的波形B＇点谐波很丰富，由于受指数放大器205带宽的限制，B＇点波形中的高次谐波分量就会丢失，最后经过指数放大器205输出的波形就会失真，进而给可变衰减器的控制信号也存在失真，最后输出的AM射频信号也就有失真。而本发明实施例中加入电阻电容网络218后，高次谐波分量会通过其补偿，这样也就改善了最终AM射频信号失真。同时加入的电阻电容网络218展宽了对数放大器211带宽，故也提高了高的调制频率下的AM调制深度。

综上所述，本发明实施例的射频信号源，在现有的射频信号源基础上，加入电阻电容网络和第三加法器，经第二对数放大器放大后的幅度调制信号一路输入第一加法器第三输入端，一路输入第二加法器第一输入端，一路经电阻电容网络加至第三加法器第二输入端，第三加法器第一输入端接收指数放大器的输出信号，第三加法器将指数放大器的输出信号与电阻电容网络提供的信号求和，将求和后的信号输入可变衰减器控制端，以控制可变衰减器的衰减量，从而在前馈ALC电路环路基础上增加电阻电容前馈网络，增加高AM调制频率下的前馈量，改善高的调制频率下AM射频信号的调制深度和失真，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 (4)

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、第二加法器、电阻电容网络、积分器、指数放大器、第三加法器；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；第二对数放大器输入端输入幅度调制信号；第二对数放大器输出端分别连接第一加法器第三输入端、第二加法器第一输入端和电阻电容网络第一端；第一加法器输出端连接积分器输入端；

积分器输出端连接第二加法器第二输入端；第二加法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三加法器第一输入端；第三加法器第二输入端连接电阻电容网络第二端；第三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、积分运放；

积分电容第一端连接积分运放第一输入端，为积分器输入端；

积分运放第二输入端接地；

积分电容第二端连接积分运放输出端，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，电阻电容网络包括：

串联连接的第二电阻和电容。

4.一种权利要求1至3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；

幅度调制信号经第二对数放大器放大后，一路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；一路输入第二加法器；一路经电阻电容网络输入第三加法器；

第三加法器将电阻电容网络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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