CN112039519A - 一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法，属于毫米波信号发生器功率控制技术领域，本发明采用超宽带器件实现射频波段至毫米波波段定向检波的单一环路闭环功率控制，该方法中射频ALC环路和超宽带微波毫米波ALC环路分别实现250KHz‑3GHz射频频段、3GHz‑110GHz微波毫米波频段高精度大动态的功率控制，避免了传统多波段拼接造成的通道插损；基波通道及倍频通道共用同一幅度控制电路实现各自通道的幅度调节，避免了倍频通道幅度控制电路引入的插损，有利于倍频通道输出功率的提升。

Description

一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法
技术领域
本发明属于毫米波信号发生器功率控制技术领域，更具体地，涉及一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法。
背景技术
在现代测量仪器领域，信号发生器需要具有很高的功率准确度和动态范围。要实现信号发生器的功率准确度指标，需要对信号发生器输出信号进行稳幅控制，即建立起自动电平控制系统(ALC)，实现基于功率反馈机制的高精度功率控制稳幅环路；同时，需要与程控步进衰减器配合，ALC与程控步进衰减器实现大动态范围高精度功率控制。由于信号发生器输出信号的功率准确度及动态范围会受到频率范围制约，不同的频率范围时，虽然都采用ALC进行功率控制，具体实现上则千差万别。
图1为已有的一种毫米波信号发生器功率控制方案。在此方案中，射频通道输出的10MHz-6GHz射频频段频率信号在内部检波后输出到ALC驱动板，ALC驱动板对检波信号处理后产生射频ALC驱动信号，射频驱动信号控制射频倍频器的调制器，实现高精度的射频稳幅控制，此为射频ALC环路。微波驱动器输出的6GHz-67GHz微波信号经微波定向耦合器耦合一部分信号至微波检波器，微波检波器输出微波检波信号，微波检波信号输出到ALC驱动板，ALC驱动板对检波信号处理后产生微波ALC驱动信号，微波驱动信号控制微波倍频器的调制器，实现高精度的射频稳幅控制，此为微波ALC稳幅环路。在微波ALC稳幅环路中，微波定向耦合器和微波程控衰减器的频率范围均为6GHz-67GHz。毫米波驱动器输出的67GHz-110GHz毫米波信号经毫米波定向耦合器耦合一部分信号至毫米波检波器，毫米波检波器输出毫米波检波信号，毫米波检波信号输出到ALC驱动板，ALC驱动板对检波信号处理后产生毫米波ALC驱动信号，毫米波驱动信号控制毫米波倍频器的调制器，实现高精度的毫米波稳幅控制，此为毫米波ALC环路。在毫米波ALC稳幅环路中，毫米波定向耦合器和毫米波程控衰减器的频率范围均为67GHz-110GHz。
射频ALC环路、微波ALC环路、毫米波ALC环路分别实现射频频段、微波频段、毫米波频段的高精度功率控制，在程控衰减器之前，各ALC环路实现的动态范围为分别为R射频dB、R微波dB、R毫米波dB，分辨率为0.1dB。程控衰减器最小步进10dB，总衰减量90dB，频率范围分别是10MHz-67GHz及67GHz-110GHz。合路器插损为In合路dB。因此，图1所示功率控制方法能否实现的功率分辨率为0.1dB，动态范围射频频段为90dB+ALC动态范围-合路插损，频率范围10MH-110GHz。
现有方案进行毫米波信号的功率控制方案复杂，根据不同的频段，分别采用了微波频段的定向耦合器、检波器、衰减器及毫米波波段的定向耦合器、检波器、衰减器；进行分段ALC控制后需要使用合路器将微波信号与毫米波信号合路，衰减器、合路器引入的插损极大的影响了信号的最大输出功率指标；毫米波倍频器幅度控制电路会引入插损，在毫米波倍频器上进行幅度控制会限制倍频器输出信号最大功率指标。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
优选地，采用超宽带器件实现射频波段至毫米波波段定向检波的单一环路闭环功率控制，包括射频ALC环路和超宽带微波毫米波ALC环路；其中，
射频ALC环路，射频分频倍频器产生的射频频段信号在内部检波后输出到ALC驱动板，ALC驱动板对检波信号处理后产生射频ALC驱动信号，射频ALC驱动信号控制射频分频倍频器的调制器；
超宽带微波毫米波ALC环路，微波倍频器产生的微波信号经毫米波倍频器后再经过超宽带定向耦合器，由超宽带定向耦合器耦合输出的微波波段信号和毫米波波段信号，经过超宽带检波器检波输出到ALC驱动板，ALC驱动板根据输出信号功率大小，调整微波倍频器信号功率。
优选地，射频ALC环路、微波毫米波ALC环路分别实现250KHz-3GHz射频频段、3GHz-110GHz微波毫米波频段高精度功率控制。
优选地，通过射频ALC环路实现射频频段高精度功率控制过程如下：
S11：将射频分频倍频器产生的射频频段信号经过内部检波后，输出射频检波信号到ALC驱动板，ALC驱动板对射频检波信号进行处理，产生射频ALC驱动信号；
S12：通过S11中产生的射频ALC驱动信号控制射频分频倍频器的调制器，再经过超宽带程控衰减器，实现高精度大动态的射频稳幅控制。
优选地，通过微波毫米波ALC环路实现微波毫米波频段高精度功率控制过程如下：
S21：微波倍频器产生的微波信号经毫米波倍频器后，通过超宽带定向耦合器耦合输出微波波段信号和毫米波波段信号，单个器件实现超宽带ALC环路的定向耦合输出；
S22：将S21耦合输出的微波波段信号和毫米波波段信号，通过超宽带检波器检波输出到ALC驱动板，单个器件实现超宽带ALC环路检波信号输出；
S23：ALC驱动板根据S22输出信号功率的大小，调整微波倍频器的功率，再经过超宽带程控衰减器，实现高精度大动态的微波毫米波稳幅控制。
优选地，采用了3GHz-110GHz的超宽带定向耦合器、3GHz-110GHz的超宽带检波器和250KHz-110GHz的超宽带程控衰减器。
优选地，功率分辨率为0.1dB，动态范围射频频段为90dB+ALC动态范围，频率范围250KHz-110GHz。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明利用超宽带器件实现射频波段至毫米波波段定向检波的单一环路闭环功率控制，避免了传统多波段拼接造成的通道插损；本发明基波通道及倍频通道共用同一幅度控制电路实现各自通道的幅度调节，避免了倍频通道幅度控制电路引入的插损，有利于倍频通道输出功率的提升。
附图说明
图1是已有的一种毫米波信号功率控制方案；
图2是本发明超宽带毫米波信号功率控制方案。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图2所示，采用超宽带器件实现射频波段至毫米波波段定向检波的单一环路闭环功率控制，该方法中包括射频ALC环路和超宽带微波毫米波ALC环路。
具体地，射频ALC环路，射频分频倍频器产生的射频频段信号在内部检波后输出到ALC驱动板，ALC驱动板对检波信号处理后产生射频ALC驱动信号，射频ALC驱动信号控制射频分频倍频器的调制器。
具体地，超宽带微波毫米波ALC环路，微波倍频器产生的微波信号经毫米波倍频器后再经过超宽带定向耦合器，由超宽带定向耦合器耦合输出的微波波段信号和毫米波波段信号，经过超宽带检波器检波输出到ALC驱动板，ALC驱动板根据输出信号功率大小，调整微波倍频器信号功率。
射频ALC环路、微波毫米波ALC环路分别实现250KHz-3GHz射频频段、3GHz-110GHz微波毫米波频段高精度功率控制。
具体地，通过射频ALC环路实现射频频段高精度功率控制过程如下：
S11：将射频分频倍频器产生的10MHz-6GHz射频频段信号经过内部检波后，输出射频检波信号到ALC驱动板，ALC驱动板对射频检波信号进行处理，产生射频ALC驱动信号；
S12：通过S11中产生的射频ALC驱动信号控制射频分频倍频器的调制器，最后再经过250KHz-110GHz程控衰减器，实现高精度大动态的射频稳幅控制。
具体地，通过微波毫米波ALC环路实现微波毫米波频段高精度功率控制过程如下：
S21：微波倍频器产生的微波信号经毫米波倍频器后，通过3GHz-110GHz超宽带定向耦合器耦合输出6GHz-67GHz微波波段信号和67GHz-110GHz毫米波波段信号，单个器件实现超宽带ALC环路的定向耦合输出；
S22：将S21耦合输出的6GHz-67GHz微波波段信号和67GHz-110GHz毫米波波段信号，通过3GHz-110GHz超宽带检波器检波输出到ALC驱动板，单个器件实现超宽带ALC环路检波信号输出；
S23：ALC驱动板根据S22输出信号功率的大小，调整微波倍频器的功率，最后再经过250KHz-110GHz超宽带程控衰减器，实现高精度大动态的微波毫米波稳幅控制。
本发明中的射频ALC环路、微波毫米波ALC环路分别实现250KHz-3Ghz射频频段、3GHz-110GHz微波毫米波频段高精度大动态的功率控制。在程控衰减器之前，两个ALC环路实现的动态范围为分别为R射频dB、R微波毫米波dB，分辨率为0.1dB。程控衰减器最小步进10dB，总衰减量90dB，频率范围覆盖250KHz-110GHz。因此，图2所示功率控制方法实现的功率分辨率为0.1dB，动态范围射频频段为90dB+ALC动态范围，频率范围250KHz-110GHz。
以上为本实施例的完整实现过程。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法，其特征在于：采用超宽带器件实现射频波段至毫米波波段定向检波的单一环路闭环功率控制，包括射频ALC环路和超宽带微波毫米波ALC环路；其中，
射频ALC环路，射频分频倍频器产生的射频频段信号在内部检波后输出到ALC驱动板，ALC驱动板对检波信号处理后产生射频ALC驱动信号，射频ALC驱动信号控制射频分频倍频器的调制器；
超宽带微波毫米波ALC环路，微波倍频器产生的微波信号经毫米波倍频器后再经过超宽带定向耦合器，由超宽带定向耦合器耦合输出的微波波段信号和毫米波波段信号，经过超宽带检波器检波输出到ALC驱动板，ALC驱动板根据输出信号功率大小，调整微波倍频器信号功率。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法，其特征在于：射频ALC环路、超宽带微波毫米波ALC环路分别实现250KHz-3GHz射频频段、3GHz-110GHz微波毫米波频段功率控制。
3.根据权利要求1所述的一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法，其特征在于：通过射频ALC环路实现射频频段功率控制过程如下：
S11：将射频分频倍频器产生的射频频段信号经过内部检波后，输出射频检波信号到ALC驱动板，ALC驱动板对射频检波信号进行处理，产生射频ALC驱动信号；
S12：通过S11中产生的射频ALC驱动信号控制射频分频倍频器的调制器，最后再经过超宽带程控衰减器，实现射频频段稳幅控制。
4.根据权利要求1所述的一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法，其特征在于：通过微波毫米波ALC环路实现微波毫米波频段功率控制过程如下：
S21：微波倍频器产生的微波信号经毫米波倍频器后，通过超宽带定向耦合器耦合输出微波波段信号和毫米波波段信号，单个器件实现超宽带ALC环路的定向耦合输出；
S22：将S21耦合输出的微波波段信号和毫米波波段信号，通过超宽带检波器检波输出到ALC驱动板，单个器件实现超宽带ALC环路检波信号输出；
S23：ALC驱动板根据S22输出信号功率的大小，调整微波倍频器的功率，最后再经过超宽带程控衰减器，实现微波毫米波稳幅控制。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法，其特征在于：采用了3GHz-110GHz的超宽带定向耦合器、3GHz-110GHz的超宽带检波器和250KHz-110GHz的超宽带程控衰减器。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种超宽带毫米波信号大动态范围高精度功率控制方法，其特征在于：功率分辨率为0.1dB，动态范围射频频段为90dB+ALC动态范围，频率范围为250KHz-110GHz。
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