CN112910430A - 自动调节射频信号功率增益的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种自动调节射频信号功率增益的控制方法及装置，包括设定射频信号的目标输出功率值；测量t时刻射频信号功率输出电压值；获取测量射频信号功率输出电压过程中的系统误差；根据系统误差，引入一个高斯噪声；按照下式获取t时刻射频信号功率输出电压预测值的方差；获取t时刻卡尔曼增益系数；得到射频信号功率输出最优预测电压值；获取射频信号功率输出最优预测电压值的方差；与现有控制方法相比，本发明将控制过程循环的次数由上百次缩减到十次左右，大幅缩短了可控制过程的时间，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明属于射频技术领域，具体涉及到一种自动调节射频信号功率增益的控制方法及装置。
背景技术
在射频微波领域的研究中，我们经常需要改变射频信号的功率增益。一般是通过控制压控衰减器两端的电压来达到。此外，保持输出功率稳定，一般需要引入负反馈机制，就是控制输入电压值，来改变输出电压，即加载在压控衰减器上面的电压来达到。
自动控制原理告诉我们，这是一个最简单的二元系统，控制单元和受控单元之间的关系是简单的二元一次方程Y＝kX+b。通常来说，增益系数k是固定的，每次的控制量是一个常数，是线性控制。这就带来了一个问题，那就是控制周期长，效率低下，往往需要很长时间才能达到设定值。这就降低了工作效率，目前急需一种快速稳定地调节射频信号功率的方法，用于提高工作效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有射频信号功率调节的缺点，提供一种设计合理、调节速度快、稳定的自动调节射频信号功率增益的控制方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是一种自动调节射频信号功率增益的控制方法，包括以下步骤：
S1.设定射频信号的目标输出功率值；
S2.测量t时刻射频信号功率输出电压值；
S3.获取测量射频信号功率输出电压过程中的系统误差；
S4.根据外部环境干扰，引入一个高斯噪声；
S5.按照下式获取t时刻射频信号功率输出电压预测值的方差，
Pmt＝Pt-1+Q
式中，Pmt为t时刻射频信号功率输出电压预测值的方差，Pt-1为上一时刻射频信号功率输出电压最优预测值的方差，Q为高斯噪声对应的方差；
S6.按照下式获取t时刻卡尔曼增益系数，
式中，Kt为t时刻卡尔曼增益系数，R为系统误差；
S7.根据t时刻测量射频信号功率输出电压值和t-1时刻射频信号功率输出预测电压值按照下式对t时刻射频信号功率输出电压值进行估计，得到射频信号功率输出最优预测电压值；
Vct＝Vct-1-Kt×(VTAR-Vdett)
式中，Vct为t时刻射频信号功率输出最优预测电压值，Vct-1为t-1时刻射频信号功率输出最优预测电压值，VTAR为射频信号的目标输出功率值所对应的电压值，Vdett为t时刻射频信号功率输出电压值；
S8.获取射频信号功率输出最优预测电压值的方差；
S9.重复上述步骤S2～S8，直至t时刻的射频信号功率输出最优预测电压值趋于稳定，则射频信号的输出功率稳定到目标输出功率。
作为一种优选的技术方案，所述的步骤S3中系统误差的获取方式为：连续测量一组射频信号功率输出电压值，计算这组电压信号的方差即为系统误差。
本发明还提供一种自动调节射频信号功率增益的控制装置，包括：信号源、压控衰减器、放大器、耦合器、检波器、自动增益控制器；
所述的信号源，用于发出射频信号；
所述的压控衰减器，输入端与信号源相连，输出端与放大器相连，用于控制输入的射频信号功率大小；
所述的放大器，用于将压控衰减器输出的信号放大；
所述的耦合器，用于将放大器的输出端信号按功率比例分成两路，一路提供输出，一路输出至检波器用于检测信号功率；
所述的检波器，输入端与耦合器相连，用于采集射频信号功率输出检波电压；
所述的自动增益控制器，输入端与检波器相连，输出端与压控衰减器相连，用于按照如权利要求1或2所述的自动调节射频信号功率增益的控制方法对检波器采集的检波电压信号进行处理，得到射频信号功率输出最优预测电压值来控制压控衰减器。
作为一种优选的技术方案，所述的自动增益控制器具体包括模数转换器、控制器、数模转换器；
所述的模数转换器，输入端与检波器相连，输出端与控制器相连，用于将检波器输出的检波电压信号转换成数字信号；
所述的控制器，输出端与数模转换器相连，用于对输入的数字信号经过运算处理后输出到数模转换器；
所述的数模转换器，用于将控制器输出的数字信号转换成电压信号输出到压控衰减器。
本发明的有益效果如下：
本发明的自动调节射频信号功率增益的控制方法只需要装置状态的一个初始值，加上控制量与受控量之间的函数关系，再加上每一时刻的测量值，就能非常真实地预测下一时刻装置的状态，该状态又可以作为下一时刻的初值，用相同的方法迭代出下一时刻的预测状态。本发明的控制方法会根据电压测量值与设定值的差来确定增益系数，每个控制循环的增益系数都在变化，当前电压值与目标电压值相差越大，控制量越大，能很快达到目标电压，与现有控制方法相比，将控制过程循环的次数由上百次缩减到十次左右，大幅缩短了可控制过程的时间，提高了工作效率。
本发明的控制方法占用内存小，运行速度快，能够有效提升装置的运行速度和性能，而且还将测量误差，环境误差，估计误差等考虑进去，能够更真实地反应装置的真实状态。
附图说明
图1是本发明自动调节射频信号功率增益的控制方法的流程示意图。
图2是本发明自动调节射频信号功率增益的控制装置的原理框图。
图3是试验1中射频信号功率输出最优预测电压值的变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。
实施例1
在图1中，本实施例的自动调节射频信号功率增益的控制方法，包括以下步骤：
S1.设定射频信号的目标输出功率值；
S2.测量t时刻射频信号功率输出电压值；
S3.获取测量射频信号功率输出电压过程中的系统误差
连续测量一组射频信号功率输出电压值，计算这组电压信号的方差即为系统误差；
S4.根据外部环境干扰，引入一个高斯噪声；
S5.按照下式获取t时刻射频信号功率输出电压预测值的方差，
Pmt＝Pt-1+Q
式中，Pmt为t时刻射频信号功率输出电压预测值的方差，Pt-1为上一时刻射频信号功率输出电压最优预测值的方差，Q为高斯噪声对应的方差；
S6.按照下式获取t时刻卡尔曼增益系数，
式中，Kt为t时刻卡尔曼增益系数，R为系统误差；
S7.根据t时刻测量射频信号功率输出电压值和t-1时刻射频信号功率输出预测电压值按照下式对t时刻射频信号功率输出电压值进行估计，得到射频信号功率输出最优预测电压值；
Vct＝Vct-1-Kt×(VTAR-Vdett)
式中，Vct为t时刻射频信号功率输出最优预测电压值，Vct-1为t-1时刻射频信号功率输出最优预测电压值，VTAR为射频信号的目标输出功率值所对应的电压值，Vdett为t时刻射频信号功率输出电压值；
S8.获取射频信号功率输出最优预测电压值的方差；
S9.重复上述步骤S2～S8，直至t时刻的射频信号功率输出最优预测电压值趋于稳定，则射频信号的输出功率稳定到目标输出功率。
在图2中，本实施例的自动调节射频信号功率增益的控制装置由信号源、压控衰减器、放大器、耦合器、检波器、自动增益控制器连接构成，信号源，用于发出射频信号，压控衰减器，输入端与信号源相连，输出端与放大器相连，用于控制输入的射频信号功率大小，放大器，用于将压控衰减器输出的信号放大，耦合器，用于将放大器的输出端信号按功率比例分成两路，一路提供输出，一路输出至检波器用于检测信号功率，检波器，输入端与耦合器相连，用于采集射频信号功率输出检波电压，自动增益控制器，输入端与检波器相连，输出端与压控衰减器相连，用于对检波器采集的检波电压信号按照本实施例的自动调节射频信号功率增益的控制方法进行处理后控制压控衰减器衰减幅度。检波器和自动增益控制器构成一个负反馈链路，通过控制加载在压控衰减器上面的电压来间接控制射频信号功率的增益。
本实施例的自动增益控制器具体包括模数转换器、控制器、数模转换器。模数转换器的输入端与检波器相连，输出端与控制器相连，用于将检波器输出的检波电压信号转换成数字信号，控制器的输出端与数模转换器相连，用于对输入的数字信号经过运算处理后输出到数模转换器，数模转换器，用于将控制器输出的数字信号转换成电压信号输出到压控衰减器。
试验1
为了验证本发明的有益效果，发明以实施例1的装置和方法做了如下试验：
设定初始射频信号功率输出最优预测电压值Vc0＝0，射频信号的目标输出功率值PTAR＝+20dBm，该功率值对应的电压VTAR＝0.5V，用检波器采集200次射频信号功率输出电压值计算方差，得到系统误差R为0.00002，即两个时刻之间外界对电压的影响在0.02V之内，对应的引入一个高斯噪声，该噪声的方差Q为0.0004。由图3可知，循环次数在十次左右电压就趋于稳定，代表射频信号功率很快趋于稳定。
Claims (4)
1.一种自动调节射频信号功率增益的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.设定射频信号的目标输出功率值；
S2.测量t时刻射频信号功率输出电压值；
S3.获取测量射频信号功率输出电压过程中的系统误差；
S4.根据外部环境干扰引入高斯噪声；
S5.按照下式获取t时刻射频信号功率输出电压预测值的方差，
Pmt＝Pt-1+Q
式中，Pmt为t时刻射频信号功率输出电压预测值的方差，Pt-1为上一时刻射频信号功率输出电压最优预测值的方差，Q为高斯噪声对应的方差；
S6.按照下式获取t时刻卡尔曼增益系数，
式中，Kt为t时刻卡尔曼增益系数，R为系统误差；
S7.根据t时刻测量射频信号功率输出电压值和t-1时刻射频信号功率输出预测电压值按照下式对t时刻射频信号功率输出电压值进行估计，得到射频信号功率输出最优预测电压值；
Vct＝Vct-1-Kt×(VTAR-Vdett)
式中，Vct为t时刻射频信号功率输出最优预测电压值，Vct-1为t-1时刻射频信号功率输出最优预测电压值，VTAR为射频信号的目标输出功率值所对应的电压值，Vdett为t时刻射频信号功率输出电压值；
S8.获取射频信号功率输出最优预测电压值的方差；
S9.重复上述步骤S2～S8，直至t时刻的射频信号功率输出最优预测电压值趋于稳定，则射频信号的输出功率稳定到目标输出功率。
2.根据权利要求1所述的自动调节射频信号功率增益的控制方法，其特征在于所述的步骤S3中系统误差的获取方式为：连续测量一组射频信号功率输出电压值，计算这组电压信号的方差即为系统误差。
3.一种自动调节射频信号功率增益的控制装置，其特征在于包括：信号源、压控衰减器、放大器、耦合器、检波器、自动增益控制器；
所述的信号源，用于发出射频信号；
所述的压控衰减器，输入端与信号源相连，输出端与放大器相连，用于控制输入的射频信号功率大小；
所述的放大器，用于将压控衰减器输出的信号放大；
所述的耦合器，用于将放大器的输出端信号按功率比例分成两路，一路提供输出，一路输出至检波器用于检测信号功率；
所述的检波器，输入端与耦合器相连，用于采集射频信号功率输出检波电压；
所述的自动增益控制器，输入端与检波器相连，输出端与压控衰减器相连，用于按照如权利要求1或2所述的自动调节射频信号功率增益的控制方法对检波器采集的检波电压信号进行处理，得到射频信号功率输出最优预测电压值来控制压控衰减器。
4.根据权利要求3所述的自动调节射频信号功率增益的控制装置，其特征在于：所述的自动增益控制器具体包括模数转换器、控制器、数模转换器；
所述的模数转换器，输入端与检波器相连，输出端与控制器相连，用于将检波器输出的检波电压信号转换成数字信号；
所述的控制器，输出端与数模转换器相连，用于对输入的数字信号经过运算处理后输出到数模转换器；
所述的数模转换器，用于将控制器输出的数字信号转换成电压信号输出到压控衰减器。
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