CN110768684A - 一种时隙信号的幅度控制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种时隙信号的幅度控制装置与方法。其中，时隙信号的幅度控制装置，包括中频定向耦合器，用于传输和取样中频时隙信号，耦合输出的中频时隙信号一部分送至中频检波器进行检波处理，另一部分送至射频信号发生电路；射频信号发生电路，用于将接收的中频时隙信号经变频滤波后转换成宽带射频时隙信号并经可变增益放大器来控制宽带射频时隙信号的幅值；依次串联连接的可变增益放大器、射频定向耦合器、射频检波器和积分保持电路构成自动电平控制环路；积分保持电路的输出端与可变增益放大器的其中一个输入端相连；射频检波器和积分保持电路之间还串接有单刀单掷开关，单刀单掷开关的启闭状态受比较器的输出控制。

Description

一种时隙信号的幅度控制装置与方法

技术领域

本公开属于幅度控制设备领域，尤其涉及一种时隙信号的幅度控制装置与方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

自动电平控制技术主要应用于雷达发射机、信号发生器等电子测量领域中，它对实现信号源幅度的平坦度、分辨率、准确度以及输出动态范围等起关键作用，传统模拟信号发生器采用负反馈原理实现输出信号幅度的闭环控制，控制精度高、幅度波动小，但受限于视频带宽适用于连续波的幅度控制，对宽带时隙信号或脉冲信号则无法使用闭环控制方案，导致宽带时隙信号发生器的输出功率稳定性差。在通信制式信号或脉冲调制信号发生器中，对信号输出功率的幅度稳定度、精度等指标都提出了非常高的要求，使得传统的自动电平控制闭环控制方案无法直接应用。

射频时隙信号是一种开关型数字信号，因时隙占用情况的不同，峰值和均值检波结果差异较大。对于时隙信号幅度的传统模拟自动电平控制稳幅方案，如使用均值检波，由于部分时隙的功率偏高影响射频通道放大器的线性度和整体幅度准确度，如果使用峰值检波方案，由于时隙功率不同造成可变增益放大器的增益频繁调节，影响信号输出功率的准确度和精度。针对上述问题，现有的时隙信号的幅度控制装置采用如图1所示的方案。

现有时隙信号的幅度控制采用数字自动电平控制方案，该幅度控制装置包括射频信号发生电路、压控衰减器、功率放大器、射频定向耦合器、射频检波器、检波输出信号转换、ADC、FPGA、DAC、控制转换单元等。射频时隙信号首先进入压控衰减器，通过功率放大器放大输出功率，经定向耦合器和射频检波器将宽带时隙信号转换成模拟电压信号，检波器输出电压范围较窄，需通过电平转换电路扩展检波输出电压的范围，之后由高分辨率的ADC将模拟电压转换成数字信号送入FPGA，由FPGA进行数据处理，获取射频时隙信号的幅度值，即正向检测电压，FPGA根据工作频率从存储器读取当前工作状态对应的自动电平控制电压校准值，将正向检测电压并与基准值进行比较，比较结果通过DAC转换为模拟电压，通过转换控制单元去控制压控衰减器完成自动电平控制幅度的调节，在上述数字自动电平控制幅度控制装置中，FPGA需要引入时隙信号的帧同步信号，主机程序控制上述负反馈稳幅动作在工作时隙内进行，在空闲时隙内FPGA保持数据不变。

发明人发现，与模拟自动电平控制环路相比，现有的时隙信号幅度控制装置采用数字自动电平控制稳幅方案，电路实现比较复杂，为提高测量精度，需要额外增加检波输出电压转换电路、高精度高速的ADC采样电路及对应的时钟电路，该装置需要给FPGA提供时隙信号的同步数据用于辅助对时隙忙闲的判断，电路复杂度高；通常情况下我们使用的检波器灵敏度都非常高，而从检波电压输出到模拟衰减器的输入控制环节经历了模拟-数字-模拟的连续转换环节，连续转换带来的误差会影响到时隙信号的幅度精度，造成幅度波动偏大；此外相比于模拟自动电平控制环路，数字自动电平控制环路需要比较复杂的控制与校准软件算法并需占用大量的FPGA资源。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提供一种时隙信号的幅度控制装置与方法，其采用中频检波器和射频检波器的双检波器方案，中频检波器和比较器用于将中频时隙信号转换成自动电平控制环路中的积分保持开关控制信号，自动电平控制环路中增加电压保持电路，使自动电平控制环路在信号时隙占用空闲状态间切换时保持电压连续性，提高输出信号的幅度稳定性。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开的第一方面提供一种时隙信号的幅度控制装置，其包括：

中频定向耦合器，用于传输和取样中频时隙信号，耦合输出的中频时隙信号一部分送至中频检波器进行检波处理，另一部分送至射频信号发生电路；

射频信号发生电路，用于将接收的中频时隙信号经变频滤波后转换成宽带射频时隙信号并经可变增益放大器来控制宽带射频时隙信号的幅值；

依次串联连接的可变增益放大器、射频定向耦合器、射频检波器和积分保持电路构成自动电平控制环路；其中，积分保持电路的输出端与可变增益放大器的其中一个输入端相连；

所述射频定向耦合器，用于传输和取样宽带射频时隙信号，耦合输出宽带射频时隙信号并送入射频检波器进行检波处理；

所述射频检波器和积分保持电路之间还串接有单刀单掷开关，所述单刀单掷开关的启闭状态受比较器的输出控制，用于实现自动电平控制环路的保持和工作状态切换；所述比较器，用于将中频检波器输出信号的电压与参考电压比较，使得中频时隙信号忙时输出高电平，中频时隙信号空闲时输出低电平。

本公开的第二个方面提供一种时隙信号的幅度控制装置的控制方法，其包括：

通过中频定向耦合器输出的中频时隙信号一部分传送至中频检波器进行检波处理，另一部分送至射频信号发生电路；

中频检波器输出的信号经过比较器与预设的参考电压比较，使中频时隙信号的时隙占用时输出高电平，中频时隙信号空闲时输出低电平，用于控制单刀单掷开关的启闭状态；

射频信号发生电路将接收的中频时隙信号经变频滤波后转换成宽带射频时隙信号并经可变增益放大器来控制宽带射频时隙信号的幅值；

变增益放大器输出的信号经射频定向耦合器传送至射频检波器进行检波处理；

射频检波器输出的信号通过单刀单掷开关传输至积分保持电路，单刀单掷开关的通断由比较器的输出信号来控制，信号时隙占用时，单刀单掷开关接通，自动电平控制环路闭环；信号时隙空闲时，单刀单掷开关断开，自动电平控制环路断开。

本公开的有益效果是：

针对时隙信号的幅度控制，本公开采用模拟自动电平控制稳幅环路控制，通过中频检波器和高速比较器对环路中的积分保持开关进行控制，电路和控制方案简单、成本低，提高了时隙信号的输出幅度精度和稳定性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开提供的传统时隙信号的幅度控制装置结构示意图；

图2是本公开实施例提供的时隙信号的幅度控制装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图2所示，本实施例的一种时隙信号的幅度控制装置，其包括：

中频定向耦合器，用于传输和取样中频时隙信号，耦合输出的中频时隙信号一部分送至中频检波器进行检波处理，另一部分送至射频信号发生电路；

射频信号发生电路，用于将接收的中频时隙信号经变频滤波后转换成宽带射频时隙信号并经可变增益放大器来控制宽带射频时隙信号的幅值；

依次串联连接的可变增益放大器、射频定向耦合器、射频检波器和积分保持电路构成自动电平控制环路；其中，积分保持电路的输出端与可变增益放大器的其中一个输入端相连；

所述射频定向耦合器，用于传输和取样宽带射频时隙信号，耦合输出宽带射频时隙信号并送入射频检波器进行检波处理；

所述射频检波器和积分保持电路之间还串接有单刀单掷开关，所述单刀单掷开关的启闭状态受比较器的输出控制，用于实现自动电平控制环路的保持和工作状态切换；所述比较器，用于将中频检波器输出信号的电压与参考电压比较，使得中频时隙信号忙时输出高电平，中频时隙信号空闲时输出低电平。

在具体实施中，所述积分保持电路的一个输入端还与数字模拟转换器相连，所述数字模拟转换器用于控制射频信号发生电路输出信号的幅值。

作为一种实施方式，所述中频检波器为连续波对数检波器，输出电压与输入功率成反比关系，功率越高，输出电压越低。

上述技术方案的优点在于，连续波对数检波器具有上升时间快，恢复时间短等优点，而且能够响应高重频信号，可满足复杂信号环境下信号幅度检测的需求。

作为一种实施方式，所述可变增益放大器为模拟压控放大器。

作为另一种实施方式，所述可变增益放大器为压控衰减器和功率放大器的组合。

可以理解的是，可变增益放大器也可采用其他压控放大器来实现。

作为一种实施方式，所述射频检波器输入功率/输出电压的对应关系应与可变增益放大器的控制电压/增益的对应关系保持一致。

这样能够保持信号稳定的一致性，提高信号电压幅值的控制效率。

作为一种实施方式，在积分保持电路与单刀单掷开关的连接点处还连接有一电容，所述电容接地，用于在自动电平控制环路保持期间控制射频信号发生电路输出信号的幅值不变。

作为一种实施方式，所述比较器为迟滞比较器。

其中，迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器，它可以使比较器的输出不会受到输入信号在门限值附近变化而引起误翻转。

采用射频和中频双检波器分别完成信号的检波输出与通道保持开关控制，通过积分保持电路使得时隙信号持续期间能够保持输出幅度的高稳定度。可变增益放大器、射频定向耦合器、单刀单掷开关、积分保持电路构成一个模拟自动电平控制环路，对于宽带时隙信号，射频检波器输出快速变化的方波信号，宽带时隙信号占用时，自动电平控制环路正常稳幅，宽带时隙信号空闲时，中频检波器通过比较器控制断开自动电平控制环路中的模拟开关，由积分保持电路维持电压不变，这样宽带时隙信号持续工作期间自动电平控制环路都能处于稳定工作状态，射频时隙信号的幅度能够一直保持高精度和高稳定性。

本实施例的时隙信号的幅度控制装置的控制方法，包括：

通过中频定向耦合器输出的中频时隙信号一部分传送至中频检波器进行检波处理，另一部分送至射频信号发生电路；

中频检波器输出的信号经过比较器与预设的参考电压比较，使中频时隙信号的时隙占用时输出高电平，中频时隙信号空闲时输出低电平，用于控制单刀单掷开关的启闭状态；

射频信号发生电路将接收的中频时隙信号经变频滤波后转换成宽带射频时隙信号并经可变增益放大器来控制宽带射频时隙信号的幅值；

变增益放大器输出的信号经射频定向耦合器传送至射频检波器进行检波处理；

射频检波器输出的信号通过单刀单掷开关传输至积分保持电路，单刀单掷开关的通断由比较器的输出信号来控制，信号时隙占用时，单刀单掷开关接通，自动电平控制环路闭环；信号时隙空闲时，单刀单掷开关断开，自动电平控制环路断开。

作为一种实施方式，所述的时隙信号的幅度控制装置的控制方法，还包括：

单刀单掷开关接通时积分保持电路对检波器输出的模拟电压进行视频滤波，断开时积分保持电路通过对地电容保持当前电压值不变。

作为一种实施方式，所述的时隙信号的幅度控制装置的控制方法，还包括：

数字模拟转换器输出可变增益放大器的控制电压，通过积分保持电路施加到可变增益放大器控制端。

本实施例采用中频检波器和射频检波器的双检波器方案，中频检波器和比较器用于将中频时隙信号转换成自动电平控制环路中的积分保持开关控制信号，自动电平控制环路中增加电压保持电路，使自动电平控制环路在信号时隙占用空闲状态间切换时保持电压连续性，提高输出信号的幅度稳定性。

通过上述幅度控制方法，宽带时隙信号在时隙占用时在自动电平控制环路中检波电压实时跟踪到数字模拟转换器的输出，保持幅度的稳定性；在信号时隙空闲期间，通过积分保持电路维持可变增益放大器的控制电压不变，从而在时隙信号持续期间，可变增益放大器的控制电压处于基本不变或微调整的动态平衡状态中，避免了时隙信号幅度的瞬时突变。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种时隙信号的幅度控制装置，其特征在于，包括：

中频定向耦合器，用于传输和取样中频时隙信号，耦合输出的中频时隙信号一部分送至中频检波器进行检波处理，另一部分送至射频信号发生电路；

射频信号发生电路，用于将接收的中频时隙信号经变频滤波后转换成宽带射频时隙信号并经可变增益放大器来控制宽带射频时隙信号的幅值；

依次串联连接的可变增益放大器、射频定向耦合器、射频检波器和积分保持电路构成自动电平控制环路；其中，积分保持电路的输出端与可变增益放大器的其中一个输入端相连；

所述射频定向耦合器，用于传输和取样宽带射频时隙信号，耦合输出宽带射频时隙信号并送入射频检波器进行检波处理；

所述射频检波器和积分保持电路之间还串接有单刀单掷开关，所述单刀单掷开关的启闭状态受比较器的输出控制，用于实现自动电平控制环路的保持和工作状态切换；所述比较器，用于将中频检波器输出信号的电压与参考电压比较，使得中频时隙信号忙时输出高电平，中频时隙信号空闲时输出低电平。

2.如权利要求1所述的一种时隙信号的幅度控制装置，其特征在于，所述积分保持电路的一个输入端还与数字模拟转换器相连，所述数字模拟转换器用于控制射频信号发生电路输出信号的幅值。

3.如权利要求1所述的一种时隙信号的幅度控制装置，其特征在于，所述中频检波器为连续波对数检波器，输出电压与输入功率成反比关系，功率越高，输出电压越低。

4.如权利要求1所述的一种时隙信号的幅度控制装置，其特征在于，所述可变增益放大器为模拟压控放大器；

或所述可变增益放大器为压控衰减器和功率放大器的组合。

5.如权利要求1所述的一种时隙信号的幅度控制装置，其特征在于，所述射频检波器输入功率/输出电压的对应关系应与可变增益放大器的控制电压/增益的对应关系保持一致。

6.如权利要求1所述的一种时隙信号的幅度控制装置，其特征在于，在积分保持电路与单刀单掷开关的连接点处还连接有一电容，所述电容接地，用于在自动电平控制环路保持期间控制射频信号发生电路输出信号的幅值不变。

7.如权利要求1所述的一种时隙信号的幅度控制装置，其特征在于，所述比较器为迟滞比较器。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的时隙信号的幅度控制装置的控制方法，其特征在于，包括：

通过中频定向耦合器输出的中频时隙信号一部分传送至中频检波器进行检波处理，另一部分送至射频信号发生电路；

中频检波器输出的信号经过比较器与预设的参考电压比较，使中频时隙信号的时隙占用时输出高电平，中频时隙信号空闲时输出低电平，用于控制单刀单掷开关的启闭状态；

射频信号发生电路将接收的中频时隙信号经变频滤波后转换成宽带射频时隙信号并经可变增益放大器来控制宽带射频时隙信号的幅值；

变增益放大器输出的信号经射频定向耦合器传送至射频检波器进行检波处理；

射频检波器输出的信号通过单刀单掷开关传输至积分保持电路，单刀单掷开关的通断由比较器的输出信号来控制，信号时隙占用时，单刀单掷开关接通，自动电平控制环路闭环；信号时隙空闲时，单刀单掷开关断开，自动电平控制环路断开。

9.如权利要求8所述的时隙信号的幅度控制装置的控制方法，其特征在于，所述的时隙信号的幅度控制装置的控制方法，还包括：

单刀单掷开关接通时积分保持电路对检波器输出的模拟电压进行视频滤波，断开时积分保持电路通过对地电容保持当前电压值不变。

10.如权利要求8所述的时隙信号的幅度控制装置的控制方法，其特征在于，所述的时隙信号的幅度控制装置的控制方法，还包括：

数字模拟转换器输出可变增益放大器的控制电压，通过积分保持电路施加到可变增益放大器控制端。

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