CN104270121B - 自适应控制的频率源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应控制的频率源装置。该频率源装置包括信号源、变频电路、FPGA模块、滤波电路和电平控制电路，信号源用于产生频率信号，变频电路用于对频率信号进行倍频或混频后输出宽带信号，宽带信号依次经过滤波电路和电平控制电路后得到宽带输出信号，FPGA模块用于获取频率信号的频点值，并根据频点值调节滤波电路的滤波中心频率和3dB带宽，以及根据频点值稳定电平控制电路的放大增益，使得宽带输出信号的功率稳定在预定范围内。本发明能够对输出信号的杂散抑制和功率进行自适应控制，可以达到宽带、低杂散、高平坦度的指标要求。

Description

自适应控制的频率源装置

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，尤其是一种自适应控制的频率源装置。

背景技术

在设计频率源时，会遇到一些问题，频率源输出的信号在某个频点的杂散抑制虽然满足了要求，但信号的功率波动却超出范围；低频段的整体指标满足要求，但高频段却超出范围。这些问题在宽带以及超宽带频率源的设计中表现得尤为突出。如何解决这些问题，保证频率源在全频段内均满足系统对杂散抑制和功率平坦度的要求，一直是频率源设计领域的热门课题。

为了实现宽带、低杂散、高平坦度的频率源，传统的实现方式如图1 所示。图1 是现有技术一种频率源装置的结构示意图。图中以输出一个倍频程的宽带信号为例，DDS（Direct Digital Frequency Synthesis，直接数字频率合成）或者PLL（Phase lockedloop，锁相环）电路10 输出的信号通过混频或倍频电路11 得到宽带信号，再通过单刀四掷开关12 分为四个频段，每个频段一个通道，各个通道分别通过一个滤波器13 进行滤波后再通过单刀四掷开关14 合成一路输出。另外为了使输出信号获得相对较好的功率平坦度，单刀四掷开关14 输出的信号需要经过过饱和放大器15 过饱和输出。虽然这种方式能够获得较好的功率平坦度，但是缺点也很明显，首先，由于采用多个通道并加入多个开关和滤波器，使得频率源装置的体积和重量急剧增加；其次，由于过饱和放大器是过饱和输出，会使得输出信号的杂散特性有所恶化，并且过饱和放大器的输出功率也很难做到±0.3dBm 量级的平坦度要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种自适应控制的频率源装置，能够对输出信号的杂散抑制和功率进行自适应控制，可以达到宽带、低杂散、高平坦度的指标要求。

本发明采用的技术方案是：提供一种自适应控制的频率源装置，包括信号源和变频电路，所述信号源用于产生频率信号，所述变频电路用于对所述频率信号进行倍频或混频后输出宽带信号，所述频率源装置还包括FPGA 模块、滤波电路和电平控制电路，所述宽带信号依次经过所述滤波电路和电平控制电路后得到宽带输出信号，所述FPGA 模块用于获取所述频率信号的频点值，并根据所述频点值调节所述滤波电路的滤波中心频率和3dB带宽，以及根据所述频点值稳定所述电平控制电路的放大增益，使得所述宽带输出信号的功率稳定在预定范围内。

优选地，所述滤波电路包括第一电压转换器、第二电压转换器和可调滤波器，所述宽带信号经过所述可调滤波器滤波后输入所述电平控制电路，其中，所述FPGA 模块预存有频点值与控制码的对应关系，所述FPGA 模块具体用于获取所述频率信号的频点值，并根据所述频点值以及所述对应关系输出第一控制码和第二控制码；所述第一电压转换器用于根据所述第一控制码向所述可调滤波器输出第一控制电压，以调节所述可调滤波器的中心频率；所述第二电压转换器用于根据所述第二控制码向所述可调滤波器输出第二控制电压，以调节所述可调滤波器的3dB 带宽。

优选地，所述电平控制电路包括可变增益放大器、耦合器、检波器和第三电压转换器，所述可调滤波器输出的宽带信号经所述可变增益放大器进行增益放大后输入所述耦合器，所述耦合器将接收到的宽带信号分成宽带输出信号和反馈信号，其中，所述FPGA 模块还用于根据所述频点值以及所述对应关系输出第三控制码；所述第三电压转换器用于根据所述第三控制码向所述检波器输出参考电压；所述检波器用于根据所述反馈信号的功率生成反馈电压，根据所述反馈电压和所述参考电压生成增益控制电压，并向所述可变增益放大器输出所述增益控制电压，以稳定所述可变增益放大器的放大增益。

优选地，所述电平控制电路还包括温度传感器，所述温度传感器用于获取环境温度值，并将环境温度值输入所述FPGA 模块；所述FPGA 模块具体用于根据所述环境温度值、所述频点值以及所述对应关系输出第三控制码。

优选地，所述增益控制电压为所述反馈电压与所述参考电压的差值电压。

优选地，所述频率源装置还包括放大电路，所述放大电路接入在所述信号源和所述变频电路之间，用于将所述频率信号放大后输入所述变频电路。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过获取信号源输出的频率信号的频点值，根据该频点值来调节滤波电路的滤波中心频率和3dB 带宽以及稳定电平控制电路的增益，宽带信号在经过滤波电路时可以抑制掉带内杂散，在经过电平控制电路时可以将输出功率保持在很小的波动范围内，从而能够实现对输出信号的杂散抑制和功率进行自适应控制，可以达到宽带、低杂散、高平坦度的指标要求，系统构成简单，可以减小体积和重量。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1 是现有技术一种频率源装置的结构示意图。

图2 是本发明实施例的自适应控制的频率源装置的结构示意图。

图3 是图2 所示的滤波电路的结构示意图。

图4 是图2 所示的电平控制电路的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图2 所示，是本发明实施例的自适应控制的频率源装置的结构示意图。本实施例也以输出一个倍频程的宽带信号为例进行说明。本实施例的频率源装置包括信号源20、放大电路21、变频电路22、滤波电路23、电平控制电路24 和FPGA 模块25。

信号源20 用于产生频率信号。放大电路21 接入在信号源20 和变频电路22 之间，用于将频率信号放大后输入变频电路22。放大电路22 在进行放大时，还可以进行滤波，以滤除噪声。变频电路22 用于对频率信号进行倍频或混频后输出宽带信号。在其它实施例中，频率源装置可以不包括放大电路21，信号源20 产生的频率信号可以直接送往变频电路22。信号源20 可以是DDS 或PLL电路，变频电路22 可以是混频或倍频电路。

变频电路22 输出的宽带信号依次经过滤波电路23 和电平控制电路24 后得到宽带输出信号。FPGA 模块25 用于获取频率信号的频点值，并根据频点值调节滤波电路23 的滤波中心频率和3dB 带宽，以及根据频点值稳定电平控制电路24 的放大增益，使得宽带输出信号的功率稳定在预定范围内。滤波电路23 的滤波中心频率和3dB 带宽由于可以随着频点改变，因此能够在任意频点满足杂散抑制的要求，而电平控制电路24 的放大增益也可以在任意频点趋于稳定，从而能够使宽带输出信号的功率稳定在预定范围内，也就是说可以降低宽带输出信号的频率波动，频率波动越小，相应的功率平坦度越高，从而可以使宽带输出信号在全频段内均满足对杂散抑制和功率平坦度的要求。

具体而言，请结合参见图3。滤波电路23 包括第一电压转换器231、第二电压转换器232 和可调滤波器233。变频电路22 输出的宽带信号经过可调滤波器233 滤波后输入电平控制电路24，其中，FPGA 模块25 预存有频点值与控制码的对应关系。FPGA 模块25 具体用于获取频率信号的频点值，并根据频点值以及对应关系输出第一控制码和第二控制码；第一电压转换器231 用于根据第一控制码向可调滤波器233 输出第一控制电压，以调节可调滤波器233 的中心频率；第二电压转换器232 用于根据第二控制码向可调滤波器233 输出第二控制电压，以调节可调滤波器233 的3dB 带宽。

其中，FPGA 模块25 预存的对应关系可以是两种对应表，一种对应表用于查询频点值对应的第一控制码，另一个对应表用于查询频点值对应的第二控制码。第一电压转换器231 和第二电压转换器232 同时输出第一控制电压和第二控制电压，第一控制电压和第二控制电压可以作用于可调滤波器233 内部的不同可调电容，从而分别调节可调滤波器233 的中心频率和3dB 带宽，使可调滤波器233 能够根据不同频点值表现出不同的频率响应特性，进而抑制宽带信号的带内杂散。

请再结合参见图4。电平控制电路24 包括可变增益放大器241、耦合器242、检波器243和第三电压转换器244。可调滤波器233 输出的宽带信号经可变增益放大器241 进行增益放大后输入耦合器242，耦合器242 将接收到的宽带信号分成宽带输出信号和反馈信号。其中，FPGA 模块25 预存的对应关系还包含一种对应表，该对应表用于查询频点值对应的第三控制码。FPGA 模块25 还用于根据频点值以及对应关系输出第三控制码；第三电压转换器244 用于根据第三控制码向检波器243 输出参考电压；检波器243 用于根据反馈信号的功率生成反馈电压，根据反馈电压和参考电压生成增益控制电压，并向可变增益放大器241 输出增益控制电压，以稳定可变增益放大器241 的放大增益。在本实施例中，增益控制电压为反馈电压与参考电压的差值电压，优选为差值电压的绝对值。耦合器242 例如为功分器。

其中，可变增益放大器241、耦合器242、检波器243 构成一个闭环反馈，检波器242根据反馈信号的功率生成的反馈电压如果变大，由于参考电压在当前频点下保持不变，那么增益控制电压将减小，从而可变增益放大器241 的放大增益变小，功分器242 反馈的反馈信号的功率将减小，从而反馈电压将减小。上述过程为动态的过程，通过不断的反馈调节，可变增益放大器241 的放大增益将趋于稳定，使得稳定后的宽带输出信号的功率保持在一个很小的波动范围内。

进一步地，在设计频率源时，除了需要解决杂散抑制与功率平坦度的问题外，还要解决温度稳定度问题，因为在某些情况下，杂散抑制与功率平坦度在常温下满足指标要求，但是在高温和低温下又会超出范围。而图1 中的过饱和放大器15 的放大增益是对温度很敏感的参数，因此图1 所示的频率源装置很难做到较高的温度稳定度。基于这一考虑，本实施例的电平控制电路24 还包括温度传感器244，温度传感器244 用于获取环境温度值，并将环境温度值输入FPGA 模块25；FPGA 模块25 具体用于根据环境温度值、频点值以及对应关系输出第三控制码。其中，FPGA 模块25 预存的对应关系包括三个要素，分别是环境温度值、频点值和控制码，在环境温度值确定后，通过频点值可以查找到对应的控制码，而在另一环境温度值下，同样的频点值对应的控制码可能不相同。通过环境温度值来决定控制码的输出，最终控制可变增益放大器241 的放大增益，可以使得宽带输出信号的功率不再受温度的影响。

通过实验验证，本实施例的频率源装置相比现有技术的频率源装置，能够对输出信号的杂散抑制和功率进行自适应控制，即可以实现杂散抑制，又可以保持较高的功率平坦度，达到宽带、低杂散、高平坦度的指标要求，并且，本实施例的频率源装置的构成更加简单。体积和重量都更小。通过实验验证，本实施例的频率源装置在至少一个倍频程内，杂散抑制优于-70dBc，宽带输出信号的功率波动在-55℃到85℃的温度范围内下可以控制在±0.3dBm 的范围内。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种自适应控制的频率源装置，包括信号源和变频电路，所述信号源用于产生频率信号，所述变频电路用于对所述频率信号进行倍频或混频后输出宽带信号，

其特征在于，所述频率源装置还包括FPGA 模块、滤波电路和电平控制电路，所述宽带信号依次经过所述滤波电路和电平控制电路后得到宽带输出信号；

所述FPGA 模块预存有频点值与控制码的对应关系；所述FPGA 模块用于获取所述频率信号的频点值，并根据所述频点值以及所述对应关系输出第一控制码和第二控制码调节所述滤波电路的滤波中心频率和3dB 带宽，还用于根据所述频点值以及所述对应关系输出第三控制码稳定所述电平控制电路的放大增益，使得所述宽带输出信号的功率稳定在预定范围内。

2.根据权利要求1 所述的频率源装置，其特征在于，所述滤波电路包括第一电压转换器、第二电压转换器和可调滤波器，所述宽带信号经过所述可调滤波器滤波后输入所述电平控制电路；

所述第一电压转换器用于根据所述第一控制码向所述可调滤波器输出第一控制电压，以调节所述可调滤波器的中心频率；

所述第二电压转换器用于根据所述第二控制码向所述可调滤波器输出第二控制电压，以调节所述可调滤波器的3dB 带宽。

3.根据权利要求2 所述的频率源装置，其特征在于，所述电平控制电路包括可变增益放大器、耦合器、检波器和第三电压转换器，所述可调滤波器输出的宽带信号经所述可变增益放大器进行增益放大后输入所述耦合器，所述耦合器将接收到的宽带信号分成宽带输出信号和反馈信号，其中，

所述第三电压转换器用于根据所述第三控制码向所述检波器输出参考电压；

所述检波器用于根据所述反馈信号的功率生成反馈电压，根据所述反馈电压和所述参考电压生成增益控制电压，并向所述可变增益放大器输出所述增益控制电压，以稳定所述可变增益放大器的放大增益。

4.根据权利要求3 所述的频率源装置，其特征在于，所述电平控制电路还包括温度传感器，

所述温度传感器用于获取环境温度值，并将环境温度值输入所述FPGA 模块；

所述FPGA 模块具体用于根据所述环境温度值、所述频点值以及所述对应关系输出第三控制码。

5.根据权利要求3 所述的频率源装置，其特征在于，所述增益控制电压为所述反馈电压与所述参考电压的差值电压。

6.根据权利要求1 所述的频率源装置，其特征在于，所述频率源装置还包括放大电路，所述放大电路接入在所述信号源和所述变频电路之间，用于将所述频率信号放大后输入所述变频电路。