CN116155352B - 一种星载功率捷变控制电路系统及控制方法 - Google Patents

一种星载功率捷变控制电路系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种星载功率捷变控制电路系统及控制方法，包括：电调衰减控制模块，用于对信号进行功率衰减调节。检波电路模块，用于对输入信号进行检波，经过运放进行放大处理，选择合适放大电压进入后续模块。功率判决模块和功率基准模块，用于进行链路功率变化判决调整以及通过基准电压的变化对信号功率进行捷变控制。功率控制模块，用于对电调衰减控制模块进行衰减量调整。本发明提出的捷变控制电路能够有效控制射频环路内功率变化，保证输出信号功率的稳定性，工程实测能够将调制信号高低温下输出功率变化控制在1dB以内，解决了星载产品在严酷的高低温环境下，功率变化的问题。

Description

一种星载功率捷变控制电路系统及控制方法
技术领域
本发明属于超高速自适应调制解调技术领域，涉及星载功率捷变控制，具体涉及一种星载功率捷变控制电路系统及控制方法。
背景技术
随着卫星业务需求种类不断提升、变化，硬件平台需要具备稳定、自适应性强，同时可控、可变的能力。这就对发射机射频通道提出更高的要求，通道输出功率稳定性、自适应性、可控性是发射通道的重要指标，直接影响系统设计。在通信系统中，调制器往往工作在线性区，系统设计中，调制器后端通常搭配线性化器和行放，弥补每台产品部同工况下的功率差异，来满足系统功率预算输出。随着技术的不断发展，对调制器输出功率稳定性提出了更高的要求。在实际工程应用当中，还存在如下一些难题：
第一，航天器产品往往需要尽可能保证高低温下的指标一致性，而射频器件本身高低温下输出功率特性不同，同时受制于微波器件的个体差异性，保证多台产品的功率一致、稳定，变得困难，需要一种稳定、可控的信号功率控制系统。
第二，目前常用的自动增益控制电路如温补电路，其环路内使用热敏电阻，通过温度映射功率，为了做到精细化处理，需要开环找到功率与温度映射关系，考虑到每台产品差异性其工作量巨大，且对环路内功率突变并不能有效的补偿。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种星载功率捷变控制电路系统及控制方法，解决现有技术中的控制电路功率输出的稳定性有待进一步提升的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种星载功率捷变控制电路系统，包括电调衰减控制模块，电调衰减控制模块通过射频链路与检波电路模块相连，检波电路模块与功率判决模块相连，功率判决模块上连接有功率基准模块，功率判决模块与功率控制模块相连，功率控制模块与电调衰减控制模块相连。
所述的电调衰减控制模块，用于对信号进行功率衰减调节。
所述的检波电路模块，用于对输入信号进行检波，经过运放进行放大处理，选择合适放大电压进入后续模块。
所述的功率判决模块和功率基准模块，用于进行链路功率变化判决调整以及通过基准电压的变化对信号功率进行捷变控制。
所述的功率控制模块，用于对电调衰减控制模块进行衰减量调整。
本发明还具有如下技术特征：
所述的星载功率捷变控制电路系统中：
调制后射频信号RF进入电调衰减控制模块，得到调制信号；其中，所述的电调衰减控制模块为两级电调衰减器Vs和Vp双端控制，所述的电调衰减控制模块的功率衰减量由后续环路反馈决定。
所述的调制信号进行射频链路，之后进入检波电路模块，经过计算处理后得到检波电压[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]；其中，α表示检波电压Vdect的放大倍数，β表示检波参考电压Vref与检波电压Vdect差值的放大倍数；所述的检波电路模块差分输出检波电压Vdect和检波参考电压Vref，Vref-Vdect的差值越大则功率越大，反之则功率越小，接近功率控制上限时，差值接近Vref。
所述的检波电压[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]送入功率判决模块，通过功率判决模块和功率基准模块对射频通道功率变化进行监控，得到判决电压Vamp。
所述的判决电压Vamp进入功率控制模块，功率控制模块根据功率判决电压，经过运放电路运算，形成两级电调衰减器Vs和Vp，输入电调衰减控制模块中，形成闭环控制。
本发明还保护一种星载功率捷变控制方法，该方法采用如上所述的星载功率捷变控制电路系统。
该方法按照以下步骤进行：
步骤1，检波电路模块对信号功率进行检波，检测输出检波参考电压Vref和检波电压Vdect，转到步骤2。
步骤2，步骤1中的检波参考电压Vref和检波电压Vdect经过运放，形成检波电压[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]，转到步骤3。
步骤3，通过功率判决模块和功率基准模块判决步骤2中检波电压[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]的值，判断环路内功率是否变化,若增大则转到步骤401，若减小则转到步骤402。
步骤401，功率控制模块对两级电调衰减电压进行控制，Vs范围为-Vcc至0V，-Vcc衰减最大，Vp范围为-Vcc至0V，0V衰减最大，控制趋势为Vs→-Vcc，Vp→0V，转到步骤5。
步骤402，功率控制模块对两级电调衰减电压进行控制，Vs范围为-Vcc至0V，-Vcc衰减最小，Vp范围为-Vcc至0V，0V衰减最大，控制趋势为Vs→0V，Vp→-Vcc，转到步骤5。
步骤5，判断信号功率是否稳定，若不稳定，则继续执行步骤401或步骤402；若稳定，则转到步骤6。
步骤6，功率控制模块的两级电调衰减闭环动态调整到固定值，即Vs固定，Vp固定，转到步骤7。
步骤7，信号进入电调衰减控制模块，确定两级电调衰减器Vs和Vp分别对应的最大衰减量LOSSvs和LOSSvp，再回到步骤1。
还包括步骤8，若需对环路功率进行捷变控制，调整功率判决模块和功率基准模块输出的基准电压Vcontrol，若减小，则进入步骤401，若增大，则进入步骤402。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明提出的捷变控制电路能够有效控制射频环路内功率变化，保证输出信号功率的稳定性，工程实测能够将调制信号高低温下输出功率变化控制在1dB以内，解决了星载产品在严酷的高低温环境下，功率变化的问题。
(Ⅱ)目前常用的自动增益控制电路如温补电路，其环路内使用热敏电阻，通过温度映射功率，为了做到精细化处理，需要开环找到功率与温度映射关系，考虑到每台产品差异性其工作量巨大。而本发明所提出的功率控制电路为功率闭环控制，经过实测分析，检波电路模块所选器件相较于温补电路，其功率反应更准确，有效解决受装配影响导致的功率突变等问题。
(Ⅲ)同时，本发明通过功率基准及判决模块输出基准电压，能够对射频通道链路的功率进行捷变准确地控制，大大增加了信号功率的自适应性及可控性。
附图说明
图1为本发明的星载功率捷变控制电路系统的整体连接关系示意图。
图2为本发明的星载功率捷变控制方法的逻辑示意图。
图3为本发明的电调衰减控制模块的示意图。
图4为本发明的检波电路模块的示意图。
图5为本发明的功率判决模块和功率基准模块的示意图。
图6为本发明的功率控制模块的示意图。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中的所有设备，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的设备。
针对背景技术中记载的需求和困难，本发明提供了一种星载功率捷变控制电路系统，提出一种星载功率捷变控制电路逻辑方法，具体包括电调衰减控制模块、检波电路模块、功率基准模块及功率判决模块和功率控制模块。该发明首先建立系统架构图，分析如何控制功率变化，建立闭环控制系统，为后续仿真提供模型基础。接着通过仿真软件，结合实际星上产品的应用，搭建仿真验证平台，验证自适应维持通道功率、输出功率可变可控的可行性，最后在星上产品中得以验证。通过仿真验证及产品实测，星载功率捷变控制电路可以从根本上解决了上述需求和问题。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种星载功率捷变控制电路系统，如图1所示，包括电调衰减控制模块，电调衰减控制模块通过射频链路与检波电路模块相连，检波电路模块与功率判决模块相连，功率判决模块上连接有功率基准模块，功率判决模块与功率控制模块相连，功率控制模块与电调衰减控制模块相连。
电调衰减控制模块，用于对信号进行功率衰减调节。
检波电路模块，用于对输入信号进行检波，经过运放进行放大处理，选择合适放大电压进入后续模块。
功率判决模块和功率基准模块，用于进行链路功率变化判决调整以及通过基准电压的变化对信号功率进行捷变控制。
功率控制模块，用于对电调衰减控制模块进行衰减量调整。
进一步的，如图1所示，星载功率捷变控制电路系统中：
调制后射频信号RF进入电调衰减控制模块，得到调制信号。其中，电调衰减控制模块为两级电调衰减器Vs和Vp双端控制，电调衰减控制模块的功率衰减量由后续环路反馈决定。
调制信号进行射频链路，之后进入检波电路模块，经过计算处理后得到检波电压[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]。其中，α表示检波电压Vdect的放大倍数，β表示检波参考电压Vref与检波电压Vdect差值的放大倍数；所述的检波电路模块差分输出检波电压Vdect和检波参考电压Vref，Vref-Vdect的差值越大则功率越大，反之则功率越小，接近功率控制上限时，差值接近Vref。
检波电压[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]送入功率判决模块，通过功率判决模块和功率基准模块对射频通道功率变化进行监控，得到判决电压Vamp。
判决电压Vamp进入功率控制模块，功率控制模块根据功率判决电压，经过运放电路运算，形成两级电调衰减器Vs和Vp，输入电调衰减控制模块中，形成闭环控制。
作为本实施例的一种优选方案，电调衰减控制模块如图3所示，调制信号进入电调衰减控制模块，该模块由两级电调衰减器Vs和Vp构成，其控制逻辑相反，Vs从0V至-cc衰减逐渐增加，最大衰减量为Lossvs，Vp从-cc至0V衰减逐渐增加，最大衰减量为Lossvp。两级电调衰减完全独立控制，其衰减量由功率控制模块决定。
作为本实施例的一种优选方案，检波电路模块如图4所示，检波电路模块对调制信号进行检波及运放计算。对检波参考电压Vref、检波电压Vdect经过合适的比例计算变为[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]。
当链路衰减量为最大即Lossvs+Lossvp时，链路输出功率最小Pmin时，检波电路模块02输出最小值MIN{[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]}。
当链路衰减量为最小即0V时，链路输出功率最大Pmax时，检波电路模块输出最大值MAX{[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]}。在功率控制范围0～(Lossvs+Lossvp)内，其最大值MAX{[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]}和最小值MIN{[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]}，落在0～MAX{Vcontrol}内。
作为本实施例的一种优选方案，功率判决模块和功率基准模块如图5所示，经过计算处理后的检波电压送入功率判决模块，该模块由电压比较器和电压基准源构成。
当[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]＞Vcontrol时，电压比较器输出电压趋于-Vcc，其变化率由反馈电容决定，-Vcc送入功率控制模块。
当[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]＜Vcontrol时，电压比较器输出电压趋于+Vcc，其变化率由反馈电容决定，+Vcc送入功率控制模块。
基准电压Vcontrol由电压基准源生成，基准电压Vcontrol决定控制电路的锁定电压，环路锁定后Vcontrol＝[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]，而链路输出功率Pout≡[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]，继而使得输出功率锁定。采用AD器件做电压基准源，数字精准控制基准电压Vcontrol。
作为本实施例的一种优选方案，功率控制模块如图6所示，功率控制模块根据功率判决模块和功率基准模块的判决电压Vamp以及-Vcc和+Vcc，经过差分运放电路运算，形成和/>其中γ和δ分别为运放放大倍数，Δp和Δs分别为-Vcc和+Vcc的缩放倍数。Vs和Vp进入电调衰减控制模块，形成闭环控制。
实施例2：
本实施例给出一种星载功率捷变控制方法，该方法采用实施例1中给出的星载功率捷变控制电路系统。
如图2所示，该方法按照以下步骤进行：
步骤1，检波电路模块对信号功率进行检波，检测输出检波参考电压Vref和检波电压Vdect，转到步骤2。
步骤2，步骤1中的检波参考电压Vref和检波电压Vdect经过运放，形成检波电压[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]，转到步骤3。
步骤3，通过功率判决模块和功率基准模块判决步骤2中检波电压[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]的值，判断环路内功率是否变化,若增大则转到步骤401，若减小则转到步骤402。
步骤401，功率控制模块对两级电调衰减电压进行控制，Vs范围为-Vcc至0V，-Vcc衰减最大，Vp范围为-Vcc至0V，0V衰减最大，控制趋势为Vs→-Vcc，Vp→0V，转到步骤5。
步骤402，功率控制模块对两级电调衰减电压进行控制，Vs范围为-Vcc至0V，-Vcc衰减最小，Vp范围为-Vcc至0V，0V衰减最大，控制趋势为Vs→0V，Vp→-Vcc，转到步骤5。
步骤5，判断信号功率是否稳定，若不稳定，则继续执行步骤401或步骤402；若稳定，则转到步骤6。
步骤6，功率控制模块的两级电调衰减闭环动态调整到固定值，即Vs固定，Vp固定，转到步骤7。
步骤7，信号进入电调衰减控制模块，确定两级电调衰减器Vs和Vp分别对应的最大衰减量LOSSvs和LOSSvp，再回到步骤1。
步骤8，若需对环路功率进行捷变控制，调整功率判决模块和功率基准模块输出的基准电压Vcontrol，若减小，则进入步骤401，若增大，则进入步骤402。

Claims (3)

1.一种星载功率捷变控制电路系统，其特征在于，包括电调衰减控制模块，电调衰减控制模块通过射频链路与检波电路模块相连，检波电路模块与功率判决模块相连，功率判决模块上连接有功率基准模块，功率判决模块与功率控制模块相连，功率控制模块与电调衰减控制模块相连；
所述的电调衰减控制模块，用于对信号进行功率衰减调节；
所述的检波电路模块，用于对输入信号进行检波，经过运放进行放大处理，选择合适放大电压进入后续模块；
所述的功率判决模块和功率基准模块，用于进行链路功率变化判决调整以及通过基准电压的变化对信号功率进行捷变控制；
所述的功率控制模块，用于对电调衰减控制模块进行衰减量调整；
所述的星载功率捷变控制电路系统中：
调制后射频信号进入电调衰减控制模块，得到调制信号；其中，所述的电调衰减控制模块为两级电调衰减器/>和/>双端控制，所述的电调衰减控制模块的功率衰减量由后续环路反馈决定；
所述的调制信号进行射频链路，之后进入检波电路模块，经过计算处理后得到检波输出电压[Vref-(1+α)*Vdect]*[1+β]；其中，α表示检波电压的放大倍数，β表示检波参考电压/>与检波电压/>差值的放大倍数；所述的检波电路模块差分输出检波电压和检波参考电压/>，/>的差值越大则功率越大，反之则功率越小，接近功率控制上限时，差值接近/>；
所述的检波输出电压[Vref-(1+α )*Vdect]*[1+β]送入功率判决模块，通过功率判决模块和功率基准模块对射频通道功率变化进行监控，得到判决电压；
所述的判决电压进入功率控制模块，功率控制模块根据功率判决电压，经过运放电路运算，形成两级电调衰减器/>和/>，输入电调衰减控制模块中，形成闭环控制。
2.一种星载功率捷变控制方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1所述的星载功率捷变控制电路系统；
该方法按照以下步骤进行：
步骤1，检波电路模块对信号功率进行检波，检测输出检波参考电压Vref和检波电压Vdect，转到步骤2；
步骤2，步骤1中的检波参考电压Vref和检波电压Vdect经过运放，形成检波输出电压[Vref-(1+α )*Vdect]*[1+β ] ，转到步骤3；
步骤3，通过功率判决模块和功率基准模块判决步骤2中检波输出电压[Vref-(1+α )*Vdect]*[1+β ]的值，判断环路内功率是否变化, 若增大则转到步骤401，若减小则转到步骤402；
步骤401，功率控制模块对两级电调衰减电压进行控制，Vs范围为- Vcc至0V，- Vcc衰减最大，Vp范围为-Vcc至0V，0V衰减最大，控制趋势为Vs→- Vcc，Vp→0V，转到步骤5；
步骤402，功率控制模块对两级电调衰减电压进行控制，Vs范围为- Vcc至0V，- Vcc衰减最小，Vp范围为- Vcc至0V，0V衰减最大，控制趋势为Vs→0V，Vp→- Vcc，转到步骤5；
步骤5，判断信号功率是否稳定，若不稳定，则继续执行步骤401或步骤402；若稳定，则转到步骤6；
步骤6，功率控制模块的两级电调衰减闭环动态调整到固定值，即Vs固定，Vp固定，转到步骤7；
步骤7，信号进入电调衰减控制模块，确定两级电调衰减器和/>分别对应的最大衰减量LOSSvs和LOSSvp，再回到步骤1。
3.如权利要求2所述的星载功率捷变控制方法，其特征在于，还包括步骤8，若需对环路功率进行捷变控制，调整功率判决模块和功率基准模块输出的基准电压，若减小，则进入步骤401，若增大，则进入步骤402。
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