CN109450400A - 自适应控制的宽带发射机激励源装置及激励信号产生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应控制的宽带发射机激励源装置及激励信号产生方法,该激励源装置包括信号源、变频电路、选频组件、数控衰减电路、放大滤波电路、耦合器、FPGA模块、射频检波器和A/D模块,信号源用于产生频率信号,对信号源产生的频率信号进行变频、开关滤波、数控衰减和放大滤波后经耦合器输出,同时通过反馈支路上的射频检波器和A/D模块对反馈支路信号进行功率电平提取转换,在FPGA模块内进行平滑处理、差值换算,再根据当前工作状态选择单控信号源或信号源和数控衰减联合控制的方式进行实时功率调整。本发明可实现高精度的功率输出,且可根据不同温度段、频点和程控档位自动实时进行功率调整,无需人工参与,且长期稳定度通过自动校准也能保证。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域,尤其涉及一种自适应控制的宽带发射机激励源装置及激励信号产生方法。
背景技术
功率放大式发射机由高稳定度的频率源作为频率基准,在低功率电平上形成所需波形的高频脉冲串作为激励信号,在发射机中予以放大并驱动末级功放而获得大的脉冲功率来馈给天线。
发射机功率放大电路需要激励源提供全温范围全频段内具有一定杂散抑制、稳定峰值功率的输入驱动信号。现有技术一般采用DA、DDS或PLL等方法产生中频信号,上变频到射频,然后开关切换,分频段滤波后再进行饱和放大的方式产生全温范围全频段内具有一定杂散抑制、相对稳定峰值功率的激励信号;同时,针对需要激励源进行多级档位功率程控的模式,还需要增加衰减电路进行全温、多频点和多级程控档位的输出功率校准。在宽带发射机激励源设计中,满足杂散抑制,保证不同温度、频率和程控档位条件下输出功率稳定是关键点和难点。
现有技术实现的激励源,首先,过饱和放大方式噪声恶化,同时也很难实现±0.5dB的功率精度;其次,针对需要激励源进行多级档位功率程控的模式,在输出非饱和状态下,全温范围全频段内各档功率更难以保证±0.5dB的功率精度,即便分温度段和频点,在不同功率档位分别校准输出功率,也需要大量的人工参与,且随器件老化参数飘移后还需要重新校准。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术中宽带激励源输出功率(尤其在多级功率程控的情况下)精度不高、校准工作量大和长期稳定度不能保证等问题,提出一种自适应控制的宽带发射机激励源装置,通过增加反馈检测回路,实时测算功率,从信号源输出和衰减电路两方面实施控制,自适应校正输出功率。
本发明提供的一种自适应控制的宽带发射机激励源装置,包括信号源、变频电路、选频组件、数控衰减电路、放大滤波电路和耦合器,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射频信号,所述选频组件用于对所述宽带射频信号进行滤波,所述数控衰减电路用于对选频组件输出的信号进行衰减,所述放大滤波电路用于对数控衰减电路输出的信号进行功率放大和杂波滤除,所述耦合器用于对放大滤波电路处理后的信号进行输出,所述激励源装置还包括FPGA模块、射频检波器和A/D模块,所述射频检波器从耦合器提取输出信号的功率电平,送A/D模块进行电平模数转换,所述FPGA模块用于对转换后的有效数据进行平滑处理并与预存参考值进行比较,以及根据比较结果和激励源装置当前工作状态调整信号源的输出功率和/或数控衰减电路衰减量。
进一步,所述信号源为DDS电路。
进一步,所述选频组件为开关滤波电路,所述开关滤波电路包括开关和滤波器,宽带射频信号经开关分路,分别滤波后,再经开关合为一路。
进一步,所述激励源装置还包括温度传感器和存储器,所述温度传感器用于采集环境温度并传送给FPGA模块,所述存储器用于存储不同温度段、频点和程控档位下满足功率指标时对应的信号源和数控衰减电路幅度控制码。
进一步,所述FPGA模块根据比较结果和激励源装置当前工作状态调整信号源的输出功率和/或数控衰减电路衰减量的方法包括:如果经平滑处理的值大于预存参考值,则将FPGA模块控制的信号源的幅度控制码值减小,反之增大;若程控档位较大,当信号源的幅度控制码减小到某一阈值时,则不再继续减小信号源的幅度控制码,而采用控制数控衰减电路的方式。
本发明另一方面提供的一种自适应控制的激励信号产生方法,包括:信号源产生频率信号,变频电路对所述频率信号进行倍频或混频后产生宽带射频信号,选频组件对所述宽带射频信号进行滤波,数控衰减电路对选频组件输出的信号进行衰减,放大滤波电路对数控衰减电路输出的信号进行功率放大和杂波滤除,最后经耦合器输出,该方法还包括:输出信号经射频检波器提取功率电平,送A/D模块进行电平模数转换,将转换后的有效数据在FPGA模块内进行平滑处理并与预存参考值进行比较,根据比较结果和激励源装置当前工作状态调整信号源的输出功率和/或数控衰减电路衰减量。
进一步,所述选频组件为开关滤波电路,所述开关滤波电路包括开关和滤波器,宽带射频信号经开关分路,分别滤波后,再经开关合为一路。
进一步,该方法还利用温度传感器采集环境温度并传送给FPGA模块,利用存储器存储不同温度段、频点和程控档位下满足功率指标时对应的信号源和数控衰减电路幅度控制码。
进一步,所述根据比较结果和激励源装置当前工作状态调整信号源的输出功率和/或数控衰减电路衰减量的方法包括:如果经平滑处理的值大于预存参考值,则将FPGA模块控制的信号源的幅度控制码值减小,反之增大;若程控档位较大,当信号源的幅度控制码减小到某一阈值时,则不再继续减小信号源的幅度控制码,而采用控制数控衰减电路的方式。
进一步,若程控档位大于或等于20dB,当信号源的幅度控制码减小到某一阈值时,则不再继续减小信号源的幅度控制码,而采用控制数控衰减电路的方式。
本发明的自适应控制的宽带发射机激励源装置,采用高精度射频检波和A/D变换,在FPGA内进行平滑处理、差值换算,结合单控DDS即信号源或DDS即信号源和数控衰减联合控制的方式进行功率调整,可以实现高精度的功率输出。且采用耦合检波和A/D形成反馈支路,实现闭环,可根据不同温度段、频点和程控档位自动实时进行功率调整,无需人工参与,且长期稳定度通过自动校准也能保证。
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为本发明实施例的自适应控制的宽带发射机激励源装置结构示意图。
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。
本发明的自适应控制的宽带发射机激励源装置包括信号源、变频电路、选频组件、数控衰减电路、放大滤波电路、耦合器、FPGA模块、射频检波器和A/D模块。信号源用于产生频率信号,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射频信号,选频组件用于对所述宽带射频信号进行滤波,数控衰减电路用于对选频组件输出的信号进行衰减,放大滤波电路用于对数控衰减电路输出的信号进行功率放大和杂波滤除,耦合器用于对放大滤波电路处理后的信号进行输出,射频检波器从耦合器提取输出信号的功率电平,送A/D模块进行电平模数转换,FPGA模块用于对转换后的有效数据进行平滑处理并与预存参考值进行比较,以及根据比较结果和激励源装置当前工作状态调整信号源的输出功率和/或数控衰减电路衰减量。
优选地,采用DDS电路实现信号源,实现相位、频率和幅度可调。由于宽带的源信号出来一般分成几段来分别滤波,优选地,采用开关滤波电路作为选频组件,利用开关切到对应当前频率的段,并利用FPGA模块控制开关切换。
图1示出了本发明实施例的自适应控制的宽带发射机激励源装置结构示意图。如图1所示,该自适应控制的宽带发射机激励源装置包括DDS电路1、变频电路2、开关滤波电路3、数控衰减电路4、放大滤波电路5、耦合器6、FPGA模块9、射频检波器7和A/D模块8。
本发明实施例采用DDS电路1作为信号源发生器,在FPGA模块9控制下产生频率信号,频率信号经变频电路2倍频或混频后产生宽带的射频信号。宽带射频信号经开关分路,分别滤波后,再经开关合为一路,经数控衰减电路4适当衰减后(在只需饱和放大的条件下此处可旁路),经放大滤波电路5进行功率放大、杂波滤除,最后经耦合器6输出。耦合器反馈支路信号经射频检波器7提取功率电平,送A/D模块8进行实时电平模数转换。根据激励源装置当前温度、所在频点和功率程控档位,将转换后有效数据在FPGA模块9内经平滑后与预存参考值进行比较,根据差值实时调整DDS电路1输出电平,即实时调整最终输出功率。当程控档位较大时,采用DDS电路控制结合数控衰减电路4控制的方式(避免DDS输出过小、波动过大)实时调整最终输出功率。具体地调整方法如下:
反馈支路射频检波器7提取到的功率电平大小与源端口输出功率相关,功率越高则对应射频检波器7输出电平幅度越大。A/D模块8采集射频检波器7输出的电平信号,采集后电平幅度大小转换为具体的数值,此数值即对应了一定的源端口输出功率(具体对应关系根据预先测试值确定,即为预存参考值。比如源端口输出0dBm,对应射频检波器7输出0.5V,再对应A/D模块8采集转换后数据为256。同理,根据A/D模块的值反过去可以对应源端口输出的一定的功率)。根据实际工作条件,在激励源处于不同温度条件或者外部控制使激励源工作到不同频率时,源端口输出功率可能发生波动,A/D模块的值会相应波动,此时自动比对预存参考值,偏大则将FPGA模块9控制的DDS电路1的幅度控制码值减小,反之增大,则DDS电路1的输出功率会相应变小或变大,引起最终源端口输出功率的变小或变大,再通过射频检波器7反馈回来,进行循环检测调节。而当程控档位较大时,比如到20多dB衰减(要求激励源输出功率减小20多dB,此时DDS电路1的幅度控制码已经很小,如果继续减小则DDS电路1的输出会变小很多,不能满足要求,设定一个阈值(如50),当DDS电路1的幅度控制码减小到它时,则不再继续减小DDS电路1的幅度控制码,而采用控制后端数控衰减电路4的方式(如DDS电路1保持上轮调节的值,增加数控衰减电路4的衰减量,以此达到减小最终输出功率的目的)。这个阈值可以根据实际情况做调整,不一定是一个固定的数据,但是在调整过程中,不管是调整DDS电路还是数控衰减电路的幅度控制码,都要保证幅度控制码变化1引起的最终输出功率变化尽量在0.5dB以内。总之,调节过程是为了保证最终激励源输出功率满足要求。
在一些实施例中,激励源装置还包括温度传感器10和存储器11,温度传感器10采集环境温度并传送给PFGA模块9,存储器11存储不同温度段、频点和程控档位下满足功率指标时对应的DDS电路和数控衰减电路幅度控制码。
在一些实施例中,采用高精度晶振提供工作时钟。加电后,晶振产生的时钟驱动FPGA模块9工作起来,FPGA模块9开始初始化配置DDS电路1(比如配置它的时钟倍频系数等等),DDS电路1利用参考时钟结合FPGA模块9配置的参数开始在设定的工作频率工作起来。FPGA模块9配置不同的参数则DDS电路1输出的幅度或频率等产生相应变化。
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 (10)
1.一种自适应控制的宽带发射机激励源装置,包括信号源、变频电路、选频组件、数控衰减电路、放大滤波电路和耦合器,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射频信号,所述选频组件用于对所述宽带射频信号进行滤波,所述数控衰减电路用于对选频组件输出的信号进行衰减,所述放大滤波电路用于对数控衰减电路输出的信号进行功率放大和杂波滤除,所述耦合器用于对放大滤波电路处理后的信号进行输出,其特征在于,所述激励源装置还包括FPGA模块、射频检波器和A/D模块,所述射频检波器从耦合器提取输出信号的功率电平,送A/D模块进行电平模数转换,所述FPGA模块用于对转换后的有效数据进行平滑处理并与预存参考值进行比较,以及根据比较结果和激励源装置当前工作状态调整信号源的输出功率和/或数控衰减电路衰减量。
2.根据权利要求1所述的一种自适应控制的宽带发射机激励源装置,其特征在于,所述信号源为DDS电路。
3.根据权利要求1所述的一种自适应控制的宽带发射机激励源装置,其特征在于,所述选频组件为开关滤波电路,所述开关滤波电路包括开关和滤波器,宽带射频信号经开关分路,分别滤波后,再经开关合为一路。
4.根据权利要求1所述的一种自适应控制的宽带发射机激励源装置,其特征在于,所述激励源装置还包括温度传感器和存储器,所述温度传感器用于采集环境温度并传送给FPGA模块,所述存储器用于存储不同温度段、频点和程控档位下满足功率指标时对应的信号源和数控衰减电路幅度控制码。
5.根据权利要求1所述的一种自适应控制的宽带发射机激励源装置,其特征在于,所述FPGA模块根据比较结果和激励源装置当前工作状态调整信号源的输出功率和/或数控衰减电路衰减量的方法包括:如果经平滑处理的值大于预存参考值,则将FPGA模块控制的信号源的幅度控制码值减小,反之增大;若程控档位较大,当信号源的幅度控制码减小到某一阈值时,则不再继续减小信号源的幅度控制码,而采用控制数控衰减电路的方式。
6.一种自适应控制的激励信号产生方法,包括:信号源产生频率信号,变频电路对所述频率信号进行倍频或混频后产生宽带射频信号,选频组件对所述宽带射频信号进行滤波,数控衰减电路对选频组件输出的信号进行衰减,放大滤波电路对数控衰减电路输出的信号进行功率放大和杂波滤除,最后经耦合器输出,其特征在于,该方法还包括:输出信号经射频检波器提取功率电平,送A/D模块进行电平模数转换,将转换后的有效数据在FPGA模块内进行平滑处理并与预存参考值进行比较,根据比较结果和激励源装置当前工作状态调整信号源的输出功率和/或数控衰减电路衰减量。
7.根据权利要求6所述的一种自适应控制的激励信号产生方法,其特征在于,所述选频组件为开关滤波电路,所述开关滤波电路包括开关和滤波器,宽带射频信号经开关分路,分别滤波后,再经开关合为一路。
8.根据权利要求6所述的一种自适应控制的激励信号产生方法,其特征在于,该方法还利用温度传感器采集环境温度并传送给FPGA模块,利用存储器存储不同温度段、频点和程控档位下满足功率指标时对应的信号源和数控衰减电路幅度控制码。
9.根据权利要求6所述的一种自适应控制的激励信号产生方法,其特征在于,所述根据比较结果和激励源装置当前工作状态调整信号源的输出功率和/或数控衰减电路衰减量的方法包括:如果经平滑处理的值大于预存参考值,则将FPGA模块控制的信号源的幅度控制码值减小,反之增大;若程控档位较大,当信号源的幅度控制码减小到某一阈值时,则不再继续减小信号源的幅度控制码,而采用控制数控衰减电路的方式。
10.根据权利要求9所述的一种自适应控制的激励信号产生方法,其特征在于,若程控档位大于或等于20dB,当信号源的幅度控制码减小到某一阈值时,则不再继续减小信号源的幅度控制码,而采用控制数控衰减电路的方式。
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