CN117938180A - 基于功率补偿功能的控制电路及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于功率补偿功能的控制电路及系统，所述电路包括：增益放大模块、耦合模块以及ALC反馈模块；所述增益放大模块的输出端与所述耦合模块的输入端连接，所述耦合模块的输出端与所述ALC反馈模块的输入端连接，所述ALC反馈模块的输出端与所述增益放大模块的输入端连接；所述增益放大模块用于对输入信号进行放大，得到第一运放信号；所述耦合模块用于对所述第一运放信号进行功率分配，得到耦合信号；所述ALC反馈模块用于根据所述耦合信号计算输出信号的功率，根据所述功率对所述耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号，根据所述第二运放信号控制所述增益放大模块。

Description

基于功率补偿功能的控制电路及系统

技术领域

本申请涉及微波射频技术领域，尤其涉及一种基于功率补偿功能的控制电路及系统。

背景技术

功率分配器(power divider，简称功分器)在工业领域应用广泛，其性能对整个系统的工作效率有直接影响。传统的功分器在带宽和通用性方面存在局限，特别是在进行宽频段设计时，需要根据工作频率选择对应频段的功分器，成本较高。

相比之下，基于微带结构的威尔金森功分器具有结构紧凑、性能稳定、良好的幅度相位特性、良好的输出端端口隔离度以及宽带工作频率等优点。这使得威尔金森功分器相比传统T型功分器更适用于宽带射频链路中。然而，威尔金森功分器的微带线多节弯折走线可能导致功率信号传输的插入损耗指标劣化，从而影响射频链路的整体性能。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种基于功率补偿功能的控制电路及系统，以解决或部分解决上述问题。

基于上述目的，本申请提供了一种基于功率补偿功能的控制电路，包括：增益放大模块、耦合模块以及ALC反馈模块；

所述增益放大模块的输出端与所述耦合模块的输入端连接，所述耦合模块的输出端与所述ALC反馈模块的输入端连接，所述ALC反馈模块的输出端与所述增益放大模块的输入端连接；

所述增益放大模块用于对输入信号进行放大，得到第一运放信号；

所述耦合模块用于对所述第一运放信号进行功率分配，得到耦合信号；

所述ALC反馈模块用于根据所述耦合信号计算输出信号的功率，根据所述功率对所述耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号，根据所述第二运放信号控制所述增益放大模块。

在一种可能的实现方式中，所述耦合模块的输出端包括直通输出端和耦合输出端；所述增益放大模块的输入端包括运放输入端和反馈输入端。

在一种可能的实现方式中，所述输入信号通过以下方式获取：

将单路输入信号输入到预设的功率分配器中，得到若干路多路输出信号；

将所述若干路多路输出信号中的任意一路多路输出信号作为所述增益放大模块的运放输入端的输入信号。

在一种可能的实现方式中，所述ALC反馈模块外接有直流电源，所述直流电源用于为所述增益放大模块提供用于信号运放的偏置电压。

在一种可能的实现方式中，所述ALC反馈模块，包括：检波器、滤波器、运算放大器以及压控衰减器；

所述检波器的输入端与所述耦合模块的耦合输出端连接，所述检波器的输出端与所述滤波器的输入端连接，所述滤波器的输出端与所述运算放大器的输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述压控衰减器的输入端连接，所述压控衰减器的输出端与所述增益放大模块的反馈输入端连接。

在一种可能的实现方式中，所述检波器用于接收所述耦合模块的耦合输出端输出的耦合信号，根据所述耦合信号以及所述耦合模块的耦合比计算所述耦合模块的直通输出端的输出信号的功率；

所述滤波器用于对所述耦合信号进行滤波，去除所述耦合信号中的谐波，得到处理后的耦合信号；

所述运算放大器用于根据所述输出信号的功率对所述处理后的耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号；

所述压控衰减器用于根据所述第二运放信号控制所述增益放大模块的偏置电压，以控制所述增益放大模块。

基于同样的目的，本申请还提出了一种基于功率补偿功能的控制系统，包括：

信号源，

预设的功率分配器，以及如上述任意一项所述的基于功率补偿功能的控制电路。

在一种可能的实现方式中，所述预设的功率分配器包括若干个输出端；

所述信号源的输出端与所述预设的功率分配器的输入端连接，所述预设的功率分配器的所有输出端均连接有对应的所述基于功率补偿功能的控制电路。

在一种可能的实现方式中，所述信号源用于提供单路输入信号。

在一种可能的实现方式中，所述预设的功率分配器用于接收所述单路输入信号，将所述单路输入信号进行功率分配，得到若干路多路输出信号。

从上面所述可以看出，本申请提供的基于功率补偿功能的控制电路及系统，控制电路包括：增益放大模块、耦合模块以及ALC反馈模块；增益放大模块的输出端与耦合模块的输入端连接，耦合模块的输出端与ALC反馈模块的输入端连接，ALC反馈模块的输出端与增益放大模块的输入端连接；增益放大模块用于对输入信号进行放大，得到第一运放信号；耦合模块用于对第一运放信号进行功率分配，得到耦合信号；ALC反馈模块用于根据耦合信号计算输出信号的功率，根据功率对所述耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号，根据第二运放信号控制增益放大模块。控制系统包括：信号源，预设的功率分配器，以及上述的基于功率补偿功能的控制电路。本申请通过在预设的功率分配器的每一路输出端增加基于功率补偿功能的控制电路的方式，实现对每一路输出信号功率的检测及补偿，且该控制电路不影响功分器原本的宽带工作频率及高隔离度指标，不仅从根源上解决了传统功分器走线过长导致的插入损耗指标劣化的问题，适用性强，同时提高了功率分配信号的稳定性，实现了功率分配的精准输出控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的威尔金森功分器结构示意图。

图2为本申请实施例提供的基于功率补偿功能的控制电路示意图。

图3为本申请实施例提供的耦合器等效电路示意图。

图4为本申请实施例提供的基于功率补偿功能的控制系统示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术部分所述，威尔金森功分器是一种常用的射频器件，由射频工程师E.J.Wilkinson在1960年的文章中提出。它主要用于将一路信号按照一定的比例分成两路信号或者多路信号，或者将两路信号或者多路信号组合成一路信号。它具备可以有效地隔离输入和输出信号，防止电流和信号干扰的优点。然而，它同样存在集成度低的缺点，需要较多的传感器和电路，占用空间较大，集成度不足，安装需要的空间也比较大，使用不方便。为了保证威尔金森功分器的精度和性能，其等效电路比较复杂，需要专业的技术人员来进行调试和维护，增加了使用难度和成本。

为此，申请提供了一种基于功率补偿功能的控制电路及系统，控制电路包括：增益放大模块、耦合模块以及ALC反馈模块；增益放大模块的输出端与耦合模块的输入端连接，耦合模块的输出端与ALC反馈模块的输入端连接，ALC反馈模块的输出端与增益放大模块的输入端连接；增益放大模块用于对输入信号进行放大，得到第一运放信号；耦合模块用于对第一运放信号进行功率分配，得到耦合信号；ALC反馈模块用于根据耦合信号计算输出信号的功率，根据功率对所述耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号，根据第二运放信号控制增益放大模块。控制系统包括：信号源，预设的功率分配器，以及上述的基于功率补偿功能的控制电路。本申请通过在预设的功率分配器的每一路输出端增加基于功率补偿功能的控制电路的方式，实现对每一路输出信号功率的检测及补偿，且该控制电路不影响功分器原本的宽带工作频率及高隔离度指标，不仅从根源上解决了传统功分器走线过长导致的插入损耗指标劣化的问题，适用性强，同时提高了功率分配信号的稳定性，实现了功率分配的精准输出控制

以下，通过具体的实施例进一步详细说明本申请的技术方案。

参考图1，为本申请实施例提供的威尔金森功分器结构示意图。

在具体实施中，威尔金森功分器主要结构包括中央传输线、分支传输线以及内部耦合器，其中，中央传输线被连接到输入端口，作为输入信号的主要传输路径。分支传输线与输出端口相连，用于将输入信号分配到若干个输出端口。内部耦合器被用来连接中央传输线和分支传输线，以实现功率的分配。在分支传输线的连接点处，耦合器将一部分功率耦合到负载上，同时将另一部分功率传输到另一个分支传输线上。

基于微带结构的威尔金森功分器结构紧凑，性能稳定，具备良好的幅度相位特性，良好的输出端端口隔离度以及宽带工作频率，相比传统T型功分器更加适用于宽带射频链路中。

然而，威尔金森功分器的微带线多节弯折走线可能导致功率信号传输的插入损耗指标劣化，从而影响射频链路的整体性能。，因此，本申请在现有的威尔金森功分器基础上进行优化，通过在每一路输出端增加功率反馈回路对信号进行补偿，避免了功率损耗的同时可实现对每一路输出信号功率的精确控制。

参考图2，为本申请实施例提供的基于功率补偿功能的控制电路示意图。

基于功率补偿功能的控制电路主要包括：增益放大模块、耦合模块以及ALC反馈模块。增益放大模块的输出端与耦合模块的输入端连接，耦合模块的输出端与ALC反馈模块的输入端连接，ALC反馈模块的输出端与增益放大模块的输入端连接；增益放大模块用于对输入信号进行放大，得到第一运放信号；耦合模块用于对第一运放信号进行功率分配，得到耦合信号；ALC反馈模块用于根据耦合信号计算输出信号的功率，根据功率对耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号，根据第二运放信号控制增益放大模块。

作为一个可选的实施例，输入信号通过以下方式获取：

将单路输入信号输入到预设的功率分配器中，得到若干路多路输出信号；其中，预设的功率分配器即威尔金森功分器。

将若干路多路输出信号中的任意一路多路输出信号作为增益放大模块的运放输入端的输入信号。

作为一个可选的实施例，耦合模块的输出端包括直通输出端和耦合输出端，增益放大模块的输入端包括运放输入端和反馈输入端。

增益放大模块即可变增益放大器(VGA)，是一种可以根据输入信号的幅度或功率变化来改变其增益的放大器。这种放大器通常用于通信、雷达、音频处理等领域，以实现信号的放大、传输和处理。

在本申请实施例中，增益放大模块对输入信号进行放大，得到第一运放信号。

需要说明的是，可变增益放大器在实现信号放大的同时，还可以保持信号的线性度和稳定性，避免信号失真或噪声干扰。此外，可变增益放大器还可以根据需要实现不同的放大倍数和带宽，以满足不同应用场景的需求。

参考图3，为本申请实施例提供的耦合器等效电路示意图。

多路输出信号从耦合器的输入端口(1)输入时，大部分信号从直通输出端口(2)直通输出，其中一小部分信号从耦合输出端口(3)耦合出来，端口(4)通常接一个匹配负载。耦合度可表示为从输入端口(1)输入的功率和被耦合到耦合输出端口(3)部分的比值，表示为：耦合度(C)＝10log(P1/P3)。

在本申请实施例中，优选使用检波器采集耦合器耦合端输出的功率信号，根据耦合度(C)推算得到输出端的功率大小。耦合模块对第一运放信号进行功率分配，得到耦合信号。

耦合模块即耦合器，耦合器是一种用于传输信号的电子器件，它可以将一路信号分成两路或多路信号，或者将多路信号合成一路信号。耦合器的主要作用是实现信号的分配和组合，以适应不同的应用需求。

在具体实施中，本申请可以根据不同的工作原理和结构选择不同类型的耦合器，例如光纤耦合器、射频耦合器、微波耦合器等。在微波系统中，耦合器通常用于将一路微波功率按比例分成几路，以实现信号的分配和传输。

本申请中选择耦合器的性能指标主要包括插入损耗、隔离度、带宽等。插入损耗是指耦合器对信号的衰减程度，隔离度是指耦合器对不同端口之间的信号隔离能力，带宽则是指耦合器的工作频率范围。

在微波系统中，常用的耦合器类型包括定向耦合器、功率分配器和各种微波分支器件等。这些器件可以实现对微波信号的精确控制和分配，以满足不同应用场景的需求。

作为一个可选的实施例，ALC反馈模块包括：检波器、滤波器、运算放大器以及压控衰减器。ALC反馈模块根据耦合信号计算输出信号的功率，根据功率对耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号，根据第二运放信号控制增益放大模块。

检波器通常用于从调幅波中恢复调制信号，也可以用于从调频波或调相波中恢复调制信号。检波器的工作原理是将输入的已调信号与本振信号进行混频，通过选择合适的本振信号频率，使得混频后的信号与调制信号的频率相等或接近，从而实现对调制信号的检出。

在本申请实施例中，检波器是用于从耦合输出端的输出信号(也即增益放大模块的输入信号)中检出耦合模块的直通输出端的输出信号，也叫作调制信号。

检波器通常由非线性元件和滤波器组成。非线性元件用于将输入的已调信号转换为包含调制信号的多个频率分量，滤波器则用于选择其中的一个或多个分量，从而得到解调后的调制信号。根据不同的应用需求，检波器可以分为调幅检波器、调频检波器、调相检波器等。其中，调幅检波器是最常用的检波器之一，它可以将调幅波中的调制信号恢复出来，用于音频信号的解调、测量、分析等领域。

滤波器是一种用于过滤信号的电子器件，它可以允许特定频率范围的信号通过，而抑制或衰减其他频率范围的信号。

在本申请实施例中，滤波器的主要作用是滤除信号中的噪声和干扰，提高信号的抗干扰性和信噪比。同时，还可以用于提取信号中的特定频率成分，以便进一步的分析和处理。

运算放大器(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。

在本申请实施例中，运算放大器反馈网络共同组成具有负反馈功率补偿功能的控制电路。

压控衰减器是一种通过电压控制衰减量的电子器件。它通常由一个可变电阻和一个电压控制电路组成。当输入电压发生变化时，电压控制电路会相应地调整可变电阻的阻值，从而改变衰减器的衰减量。

在本申请实施例中，压控衰减器通过第二运放信号调整可变电阻的阻值，以进一步根据改变的衰减量控制增益放大模块。

作为一个可选的实施例，检波器的输入端与耦合模块的耦合输出端连接，检波器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与运算放大器的输入端连接，运算放大器的输出端与压控衰减器的输入端连接，压控衰减器的输出端与增益放大模块的反馈输入端连接。

作为一个可选的实施例，检波器接收耦合模块的耦合输出端输出的耦合信号，根据耦合信号以及耦合模块的耦合比计算耦合模块的直通输出端的输出信号的功率，滤波器对耦合信号进行滤波，去除耦合信号中的谐波，得到处理后的耦合信号，运算放大器根据输出信号的功率对处理后的耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号，压控衰减器根据第二运放信号控制增益放大模块的偏置电压，以控制增益放大模块。

作为一个可选的实施例，ALC反馈模块还外接有直流电源，直流电源用于为增益放大模块提供用于信号运放的偏置电压。

从上面所述可以看出，本申请提供的基于功率补偿功能的控制电路包括：增益放大模块、耦合模块以及ALC反馈模块；增益放大模块的输出端与耦合模块的输入端连接，耦合模块的输出端与ALC反馈模块的输入端连接，ALC反馈模块的输出端与增益放大模块的输入端连接；增益放大模块用于对输入信号进行放大，得到第一运放信号；耦合模块用于对第一运放信号进行功率分配，得到耦合信号；ALC反馈模块用于根据耦合信号计算输出信号的功率，根据功率对所述耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号，根据第二运放信号控制增益放大模块。本申请通过在预设的功率分配器的每一路输出端增加基于功率补偿功能的控制电路的方式，实现对每一路输出信号功率的检测及补偿，且该控制电路不影响功分器原本的宽带工作频率及高隔离度指标，不仅从根源上解决了传统功分器走线过长导致的插入损耗指标劣化的问题，适用性强，同时提高了功率分配信号的稳定性，实现了功率分配的精准输出控制。

基于同一发明构思，与上述任意实施例的控制电路相对应的，本申请还提供了一种基于功率补偿功能的控制系统，包括：信号源，预设的功率分配器，以及如上述所述的基于功率补偿功能的控制电路。

可选的，预设的功率分配器包括若干个输出端；信号源的输出端与预设的功率分配器的输入端连接，预设的功率分配器的所有输出端均连接有对应的基于功率补偿功能的控制电路。

可选的，信号源用于提供单路输入信号。

可选的，预设的功率分配器用于接收单路输入信号，将单路输入信号进行功率分配，得到若干路多路输出信号。

需要说明的是，为了实现对输出信号功率的准确控制，需要在基于功率补偿功能的控制系统的每一路都增加基于功率补偿功能的控制电路，出于对供电稳定性以及节省PCB布线资源的考虑，该功分器的PCB设计为4层板，顶层为信号传输微带线，第二层为接地层，第三层为电源层，底层为接地层，为保证射频及接地性能，整板不铺阻焊。

为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的系统用于实现前述任一实施例中相应的控制电路，并且具有相应的控制电路实施例的有益效果，在此不再赘述。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

虽然已经参考若干具体实施方式描述了本申请的精神和原理，但是应该理解，本申请并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本申请旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。所附权利要求的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种基于功率补偿功能的控制电路，其特征在于，包括：增益放大模块、耦合模块以及ALC反馈模块；

所述增益放大模块的输出端与所述耦合模块的输入端连接，所述耦合模块的输出端与所述ALC反馈模块的输入端连接，所述ALC反馈模块的输出端与所述增益放大模块的输入端连接；

所述增益放大模块用于对输入信号进行放大，得到第一运放信号；

所述耦合模块用于对所述第一运放信号进行功率分配，得到耦合信号；

所述ALC反馈模块用于根据所述耦合信号计算输出信号的功率，根据所述功率对所述耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号，根据所述第二运放信号控制所述增益放大模块。

2.根据权利要求1所述的基于功率补偿功能的控制电路，其特征在于，所述耦合模块的输出端包括直通输出端和耦合输出端；所述增益放大模块的输入端包括运放输入端和反馈输入端。

3.根据权利要求2所述的基于功率补偿功能的控制电路，其特征在于，所述输入信号通过以下方式获取：

将单路输入信号输入到预设的功率分配器中，得到若干路多路输出信号；

将所述若干路多路输出信号中的任意一路多路输出信号作为所述增益放大模块的运放输入端的输入信号。

4.根据权利要求1所述的基于功率补偿功能的控制电路，其特征在于，所述ALC反馈模块外接有直流电源，所述直流电源用于为所述增益放大模块提供用于信号运放的偏置电压。

5.根据权利要求2所述的基于功率补偿功能的控制电路，其特征在于，所述ALC反馈模块，包括：检波器、滤波器、运算放大器以及压控衰减器；

所述检波器的输入端与所述耦合模块的耦合输出端连接，所述检波器的输出端与所述滤波器的输入端连接，所述滤波器的输出端与所述运算放大器的输入端连接，所述运算放大器的输出端与所述压控衰减器的输入端连接，所述压控衰减器的输出端与所述增益放大模块的反馈输入端连接。

6.根据权利要求5所述的基于功率补偿功能的控制电路，其特征在于，包括：

所述检波器用于接收所述耦合模块的耦合输出端输出的耦合信号，根据所述耦合信号以及所述耦合模块的耦合比计算所述耦合模块的直通输出端的输出信号的功率；

所述滤波器用于对所述耦合信号进行滤波，去除所述耦合信号中的谐波，得到处理后的耦合信号；

所述运算放大器用于根据所述输出信号的功率对所述处理后的耦合信号进行功率分配，得到第二运放信号；

所述压控衰减器用于根据所述第二运放信号控制所述增益放大模块的偏置电压，以控制所述增益放大模块。

7.一种基于功率补偿功能的控制系统，其特征在于，包括：

信号源，

预设的功率分配器，以及如权利要求1至6任意一项所述的基于功率补偿功能的控制电路。

8.根据权利要求7所述的基于功率补偿功能的控制系统，其特征在于，所述预设的功率分配器包括若干个输出端；

所述信号源的输出端与所述预设的功率分配器的输入端连接，所述预设的功率分配器的所有输出端均连接有对应的所述基于功率补偿功能的控制电路。

9.根据权利要求7所述的基于功率补偿功能的控制系统，其特征在于，所述信号源用于提供单路输入信号。

10.根据权利要求8所述的基于功率补偿功能的控制系统，其特征在于，所述预设的功率分配器用于接收所述单路输入信号，将所述单路输入信号进行功率分配，得到若干路多路输出信号。