專利名稱：基于變型電橋原理的射頻放大器增益自動控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信與電子工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及變型電橋原理的自動增益控制技術(shù)，用于射頻放大器高精度增益控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有的射頻放大器增益穩(wěn)定方案可歸納以下幾種 光增益控制，電路控制方案包括微波輸入功率給入激光器后產(chǎn)生光信號，經(jīng)光延遲線、光增益受控制器件，輸出增益調(diào)整后的光信號，再經(jīng)探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出微波功率。其中，光增益控制電路包括光分路器、光纖、電調(diào)光衰減器、溫度監(jiān)測、電壓比較、數(shù)據(jù)處理、光增益控制器件。
光增益控制的射頻放大器增益穩(wěn)定方案，增益控制在光路實現(xiàn)，控制原理屬于開環(huán)增益控制原理。對于一個射頻增益控制電路，在光路實現(xiàn)增益控制和在電路實現(xiàn)增益控制，增益的控制量不一樣，比例關(guān)系為1∶2。這種增益控制方案的電路復(fù)雜，增益控制精度差，研制成本高，光器件的GJB質(zhì)量等級不明確。
查表法射頻放大器增益控制方案，微波輸入功率通過延遲線、射頻放大器生成延遲后的微波信號，延遲后的微波信號經(jīng)過增益調(diào)整器件(模擬衰減器)生成增益可控的微波信號，由數(shù)控衰減器輸出微波功率。
查表法射頻放大器增益穩(wěn)定方案，增益控制在射頻電路實現(xiàn)，控制原理屬于開環(huán)增益控制原理。由于射頻放大器增益不穩(wěn)定主要是環(huán)境溫度變化所致，“查表法”通過實驗確定不同溫度下對應(yīng)的射頻放大器的功率值，將該數(shù)據(jù)對應(yīng)的增益調(diào)整量記錄在ROM芯片中。應(yīng)用時，以溫度傳感器得到電壓值為地址碼，讀出該地址碼下對應(yīng)的系統(tǒng)衰減量數(shù)據(jù)，再根據(jù)衰減量數(shù)據(jù)做D/A變換，產(chǎn)生模擬電流，用以調(diào)整電調(diào)衰減器的衰減量，實現(xiàn)系統(tǒng)增益控制。這種方案的缺點是要求的試驗量很大，增益控制精度差，研制費用昂貴。
現(xiàn)有的射頻放大器增益控制技術(shù)，全是開環(huán)增益控制技術(shù)，利用查表法實現(xiàn)。開環(huán)增益控制的系統(tǒng)傳遞函數(shù)不確定，增益控制精度低，研制成本高，系統(tǒng)的可靠性差。


發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有射頻放大器增益控制精度低、增益控制電路復(fù)雜、系統(tǒng)可靠性差、研制成本高的問題，本發(fā)明的目的是提供一種對射頻放大器增益進(jìn)行高精度控制、電路簡單、可靠性高、研制成本低的基于變型電橋原理對射頻放大器增益進(jìn)行控制的方法。
為了實現(xiàn)所述的目的，本發(fā)明基于電橋原理演變的變型電橋原理，用于閉環(huán)自動增益控制，特別是射頻放大器增益自動控制方法，技術(shù)方案如下當(dāng)射頻放大器比較端與參考端之間差分電平的改變量ΔUbc＝Δk＝0時，射頻放大器增益獲得高精度穩(wěn)定，射頻增益的改變量和調(diào)整量獲得完全平衡；當(dāng)增益的改變量和調(diào)整量獲得完全平衡時，以下公式成立 上式是變型電橋原理的表達(dá)式，式中參數(shù)ΔK1(dB)為射頻增益改變量；ΔL2(dB)為數(shù)控衰減器衰減的改變量；K3(dB)為自動增益控制電路參考端的信號增益；K4(dB)為自動增益控制電路比較端的信號增益；增益控制的步驟如下 步驟1基于變型電橋原理的射頻增益控制電路，計算正常狀態(tài)下射頻放大器的總增益為ZC0(dB)
式中參數(shù)K1為第一增益，L2為第二增益，是一個數(shù)控衰減器，其衰減為L2，取對數(shù)后為L2(dB)，P入為射頻輸入功率，P出是射頻輸出功率，dB為取對數(shù)； 步驟2當(dāng)?shù)谝辉鲆鍷1發(fā)生變化，成為K1(1±Δ)，第二增益L2不變，ΔL＝0，(1±ΔL)＝1，計算第一總增益ZC的增量為ΔK1(dB)＝(1±Δ)(dB)，Δ表述第一增益K1的相對變化量；(1±Δ)(dB)為對改變量(1±Δ)取對數(shù)； 步驟3利用第一增益K1的改變量(1±Δ)，計算并生成動態(tài)射頻總增益ZC(dB)的變化量ZC(dB)＝ZC0(dB)+ΔK1(dB)，使射頻輸出功率在總增益ZC變化后的射頻輸出功率P出與第一增益K1(dB)的增量ΔK1(dB)同方向變化； 步驟4對射頻增益控制電路c點的電壓Uc取對數(shù)Uc(dBmv)，給出變型電橋參考端的對數(shù)參考電平；對數(shù)參考電平Uc(dBmv)的大小取決于輸入功率P入； 步驟5對射頻增益控制電路b點的電壓Ub取對數(shù)Ub(dBmv)，給出變型電橋比較端的對數(shù)電平，比較端的對數(shù)電平Ub(dBmv)的大小不僅取決于輸入功率P入，還取決于射頻放大器的的總增益ZC(dB)； ZC(dB)＝K1(dB)-L2(dB)+[ΔK1(dB)-ΔL2(dB)] ΔK1(dB)為射頻放大器增益變化量，ΔL2(dB)為數(shù)控衰減器衰減的調(diào)整量，Ub(dBmv)與第一增益K1(dB)的增量ΔK1(dB)同方向變化，與第二增益L2的增量ΔL2(dB)反方向變化； 步驟6計算射頻增益控制電路b點對數(shù)電平Ub(dBmv)和c點對數(shù)電平Uc(dBmv)之間的差分電平k＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv)；正常狀態(tài)下的對數(shù)差分值k＝k0，k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv)； 步驟7k0是正常狀態(tài)下參考之路電平和比較之路電平的對數(shù)差分值，k0可以跟蹤系統(tǒng)增益，鉗制系統(tǒng)增益在設(shè)定值； 步驟8正常狀態(tài)下的差分電平k0對應(yīng)的a點的衰減控制碼為M0，M0＝k0/N，N為數(shù)控衰減碼變化一位對應(yīng)Δk變化的數(shù)字量；當(dāng)總增益變化ΔK1(dB)-L2(dB)，b點對數(shù)電平Ub(dBmv)也發(fā)生變化，使b點和c點之間的對數(shù)差分電平也發(fā)生變化成為k＝k0+Δk，自動增益控制電路開始調(diào)整，a點的動態(tài)數(shù)控衰減碼M＝k/N＝M0+ΔM，數(shù)控衰減碼增量ΔM＝Δk/N與Δk同方向變化，第二增益L2成為L2(dB)+ΔL2(dB)，ΔL2(dB)為調(diào)整量，輸出功率P出與ΔL2(dB)反方向變化，即與步驟3相反的方向變化； 步驟9步驟1中第二增益L2屬于總增益ZC的一部分，使第二增益L2的衰減調(diào)整量ΔL2(dB)與對數(shù)差分電平的增量Δk同方向變化，使輸出功率P出與ΔL2(dB)反方向變化； 步驟10利用輸出功率P出與ΔL2(dB)反方向變化，導(dǎo)致比較端對數(shù)電平Ub(dBmv)也與ΔL2(dB)反方向變化，并與第一增益K1的增量ΔK1(dB)同方向變化； 步驟11返回到步驟4，周而復(fù)始，當(dāng)自動增益控制達(dá)到Δk＝0，|ΔK1(dB)|＝|ΔL2(dB)|時，射頻放大器動態(tài)總增益獲得穩(wěn)定，
又回到正常狀態(tài)的總增益，重新穩(wěn)定后的系統(tǒng)增益滿足變形電橋原理 根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的射頻放大器動態(tài)總增益為ZC(dB)＝[K1(dB)-L2(dB)]+[ΔK1(dB)-ΔL2(dB)]，式中ZC0(dB)＝K1(dB)-L2(dB)，表示正常狀態(tài)下的總增益；第一增益K1是正增益，第二增益L2是負(fù)增益，衰減增量ΔL2(dB)受控于差分電平的改變量Δk，為ΔL2(dB)＝(Δk/N)·n(dB)并與第一增益K1的改變量ΔK1(dB)同方向變化。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述對數(shù)電平Ub(dBmv)是b點相對于地的檢波放大電壓取對數(shù)的電平，b點和c點之間的對數(shù)差分電平的改變量， Δk＝ΔUbc(dB)＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv)-k0 k0表示正常狀態(tài)下對數(shù)電平的差分值，dBmv表示電壓取對數(shù)， k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述正常狀態(tài)下對數(shù)差分值k0與射頻放大器的動態(tài)總增益ZC(dB)之間的關(guān)系為 k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv) ＝ZC(dB)+K4(dB)-K3(dB)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述增益控制過程，是利用檢波二極管的V-I特性
將上述式中的指數(shù)V-I特性，對電流I正向+IS取對數(shù)后轉(zhuǎn)化為線性V-I特性，線性V-I特性表達(dá)式是為
式中參數(shù)I正向為二極管的正向電流，IS為檢波二極管的反向穿透電流，V為檢波二極管PN結(jié)兩端的電壓，VT為檢波二極管的閾值電壓。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述增益的傳遞函數(shù)模型為
式中參數(shù)為P入＝Pi+Pi，cou；P出＝Po-Po，cou 參考端三端口的功率P入、Pi及Pi，cou的分配關(guān)系為
比較端三端口的功率Po、Po，cou及P出分配關(guān)系為 根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述射頻放大器動態(tài)總增益ZC(dB)的精度控制為提取增益誤差，提取增益誤差步驟包括 步驟71對參考端檢波電壓UC取對數(shù)運算結(jié)果為Uc(dBmv)
式中K3為參考之路的增益，

為K3輸入端的輸入電壓，r為射頻檢波輸出端的等效負(fù)載； 步驟72對比較端檢波電壓Ub取對數(shù)運算為Ub(dBmv)， 式中K4為比較之路的增益，為K4輸入端的輸入電壓，Pi為K1(1±Δ)的輸入功率，r為射頻檢波輸出端的等效負(fù)載； 步驟73對Uc(dBmv)和Ub(dBmv)做差分運算 k＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv) k為差分運算結(jié)果，dBmv為mv(毫伏)電壓取對數(shù)，L2(dB)+ΔL2(dB)為射頻放大器第二增益，其衰減量受控于數(shù)控碼M； 步驟74當(dāng)射頻增益的改變量ΔK1(dB)和調(diào)整量ΔL2(dB)獲得完全平衡時，射頻放大器增益獲得高精度穩(wěn)定，公式成立。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述增益的精度控制步驟包括稱正常狀態(tài)下的射頻放大器增益為ZC0(dB)，對應(yīng)的c點電平為參考端檢波電壓Uc0取對數(shù)Uc0(dBmv)；對應(yīng)的b點電平為比較端檢波電壓Ub0取對數(shù)Ub0(dBmv)，當(dāng)Ub0(dBmv)＞Uc0(dBmv)時，取差分k0為 k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv) 正常狀態(tài)的對數(shù)電平差分值k0，設(shè)置k0對應(yīng)的數(shù)控衰減器的控制碼為M0，對應(yīng)數(shù)控衰減器的衰減量為第二增益L2(dB)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述增益的精度控制步驟包括當(dāng)?shù)谝辉鲆鍷1發(fā)生變化為K1(1±Δ)，自動增益控制電路進(jìn)行調(diào)整，第二增益L2增加調(diào)整量ΔL2(dB)，則使b點對數(shù)電平Ub(dBmv)成為 c點電平(取對數(shù)后)仍然為Uc0(dBmv)，b、c兩點的差分 k＝k0+(1±Δ)(dB)-(1±ΔL2)(dB)＝k0+Δk 式中(1±Δ)(dB)-(1±ΔL2)(dB)＝Δk，(Δk/N)·n(dB)是數(shù)控衰減器在第二增益L2(dB)上的調(diào)整量ΔL2(dB)，n(dB)為數(shù)控衰減器的步進(jìn)長。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，射頻放大器動態(tài)增益ZC經(jīng)自動調(diào)整后獲得的穩(wěn)定增益是ZC0，所述射頻增益控制電路的差分電平值形成的衰減增量(Δk/N)·n(dB)與第一增益K1的增量ΔK1(dB)和第二增益L2(dB)的衰減增量ΔL2(dB)相等，(Δk/N)·n(dB)、ΔK1(dB)和ΔL2(dB)之間的關(guān)系為 ΔL2(dB)＝(Δk/N)·n(dB) |Δk/N|·n(dB)＝ΔK1(dB) |ΔK1(dB)|＝|ΔL2(dB)| 當(dāng)增益調(diào)整滿足|ΔK1(dB)|＝|ΔL2(dB)|時，射頻放大器動態(tài)增益獲得高精度穩(wěn)定，此時變型電橋公式成立 本發(fā)明的積極效果和優(yōu)點 (1)采用閉環(huán)增益控制方案，電路簡單； (2)增益控制精度高，增益控制精度可達(dá)到0.2dB； (3)系統(tǒng)可靠性高，便于高可靠性設(shè)計； (4)研制成本低的，節(jié)省了大量的實驗費用。
本發(fā)明解決了現(xiàn)有射頻放大器增益穩(wěn)定性差、增益控制電路復(fù)雜、系統(tǒng)可靠性低、研制成本高的問題。



圖1是電橋電路原理圖 圖2A是本發(fā)明基于變型電橋原理的增益控制電路簡圖 圖2B是本發(fā)明基于變型電橋原理的增益控制電路.圖2B中，三角形表示部件，頂角連結(jié)的線段表示射頻功率輸入，兩底角線段為射頻輸出。
圖3是本發(fā)明循環(huán)構(gòu)成了增益穩(wěn)定的全過程流程圖 圖4是二極管檢波V-I特性仿真曲線 圖5是二極管檢波V-I特性取對數(shù)仿真曲線 圖6是二極管檢波V-I特性實測曲線 圖7是二極管檢波V-I特性取對數(shù)實測曲線
具體實施例方式 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明加以詳細(xì)說明，應(yīng)指出的是，所描述的實施例僅旨在于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
本發(fā)明通過電橋原理的變型，派生出變型電橋原理。變型電橋原理用于射頻放大器的閉環(huán)自動增益控制技術(shù)，它將電橋原理中電阻的比例關(guān)系變?yōu)樵鲆娴谋壤P(guān)系，當(dāng)差分電路輸出值的改變量為零時，變型電橋電路的增益獲得高精度穩(wěn)定。
方法的實現(xiàn)機理是 (1).利用肖特基射頻檢波二極管V-I特性的指數(shù)關(guān)系，將V-I特性的指數(shù)特性轉(zhuǎn)化為線性特性； (2).利用數(shù)字信號，實現(xiàn)控制部分增益模塊的高穩(wěn)定性； (3).以跟蹤視頻包絡(luò)實現(xiàn)對射頻寬帶增益的高精度控制。所述(1)指數(shù)特性如圖4檢波二極管V-I特性仿真曲線，轉(zhuǎn)化為線性特性是對電流I正向取對數(shù)，如圖4仿真二極管的檢波V-I特性曲線，所述對數(shù)增益控制過程，是利用檢波二極管的伏安特性

將上述式中的指數(shù)V-I特性轉(zhuǎn)化為線性V-I特性，即對電流(I正向+IS)取對數(shù)為

(*)式左邊I正向表示(因變量)二極管正向?qū)娏?，等式右邊V表示(自變量)二極管PN結(jié)兩端的電壓，IS表示檢波二極管的反向穿透電流，V為檢波二極管PN結(jié)兩端的電壓，VT表示檢波二極管的閾值電壓，IS和VT是確定量。(*)式的V-I特性為線性函數(shù)。圖5是仿真二極管檢波V-I特性取對數(shù)曲線；圖6是真實的二極管檢波V-I特性實測曲線；圖7是真實的二極管檢波V-I特性取對數(shù)實測曲線。
所述(2)利用數(shù)字信號，實現(xiàn)控制部分增益的穩(wěn)定性，盡可能地壓縮模擬電路增益模塊，擴大數(shù)字電路增益算法的應(yīng)用，因為，溫度變化不會影響數(shù)字運算的結(jié)果。再則，如果參考之路信號和比較之路信號在時間上可以分開，兩路增益模塊可以共用一個運算放大器，通過開關(guān)轉(zhuǎn)換完成兩路信號的選擇、A/D變換、運算放大和寄存。
所述(3)以跟蹤兩路視頻包絡(luò)的幅度，通過測試射頻包絡(luò)幅度參量的變化，確定射頻放大器增益發(fā)生的變化，實現(xiàn)射頻閉環(huán)自動增益控制。具體方法是對參考之路信號的射頻包絡(luò)

進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，對比較之路信號的射頻包絡(luò)進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，對A/D變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算。算法為對兩路信號分別取對數(shù)得到對數(shù)電平Uc(dBmv)和Ub(dBmv)，對Uc(dBmv)和Ub(dBmv)信號進(jìn)行差分運算k(dB)＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv)，用差分運算的結(jié)果k(dB)產(chǎn)生數(shù)控衰減器的控制碼M，用M控制數(shù)控衰減器的衰減量，實現(xiàn)射頻增益控制，數(shù)控衰減器L2的衰減步進(jìn)為n(dB)＝0.2(dB)。這種用處理視頻包絡(luò)電壓數(shù)據(jù)的方法代替處理射頻寬帶電壓數(shù)據(jù)的方法，其優(yōu)勢是電路簡單，與射頻電路的工作帶寬無關(guān)，增益控制穩(wěn)定，效果很好。
本發(fā)明基于“變型電橋原理”射頻放大器高精度增益控制方法如下所述 增益自動控制電路比較端增益K3和參考端增益K4都采用數(shù)字增益，如果比較端視頻包絡(luò)信號和參考端視頻包絡(luò)信號在時間上可以分開時，其放大可以共用一個運算放大器，數(shù)字增益和共用運算放大器都可以確保正K3＝K4。
經(jīng)過調(diào)整，使差分電平的改變量Δk(dB)＝ΔUbc(dB)＝0(dB)時，射頻放大器增益獲得高精度穩(wěn)定，射頻增益的改變量和衰減的調(diào)整量獲得完全一致；以下公式成立 上式是變型電橋原理的表達(dá)式，式中參數(shù)ΔK1(dB)為射頻增益改變量；ΔL2(dB)為數(shù)控衰減器衰減的改變量；K3(dB)為自動增益控制電路參考端的信號增益；K4(dB)為自動增益控制電路比較端的信號增益； 1.如圖1現(xiàn)有的電橋電路原理如圖1所示，根據(jù)電橋電路，當(dāng)抽頭之間的電壓Vab＝0時有 如果R1、R2、R3、R4的溫度特性一樣，則(1)式總是成立。
2.將電橋原理用于射頻放大器自動增益控制方法，把(1)式中的電阻變成增益，把保持電橋電路中抽頭之間的電壓Vab＝0變成保持自動增益控制模型中比較之路于參考之路之間的對數(shù)電平差分值的改變量為零，既Δk＝0，派生出“變型電橋”原理的射頻放大器自動增益控制方法。
如圖2A本發(fā)明基于電橋原理的增益控制電路所示，圖中的元器件K1為第一增益、L2為第二增益，L2是衰減，衰減是負(fù)增益。第一增益K1可變，變化量為ΔK1(dB)＝(1±Δ)(dB)；第二增益L2的衰減量受控，被控衰減變化量為ΔL2(dB)，并與第一增益K1的改變量ΔK1(dB)同方向變化；第三增益K3是自動增益控制電路參考端信號的增益、第四增益K4是自動增益控制電路比較端信號的增益，第三增益K3和第四增益K4很穩(wěn)定，且溫度特性完全一樣，圖中射頻動態(tài)總增益等于
圖2A是變型電橋原理的射頻放大器閉環(huán)自動增益控制框圖。圖2B是輸入輸出端含有射頻功率耦合器件的射頻放大器閉環(huán)自動增益控制電路框圖。在調(diào)整過程中，Δk≠0，ΔL2(dB)＝(Δk/N)·0.2(dB)，只有當(dāng)Δk＝0時，衰減調(diào)整量的總和ΔL2(dB)＝ΔK1(db)，圖2B中的射頻增益才獲得穩(wěn)定，此時的電路增益具有變型電橋性質(zhì) 式(3)中，ΔK1(dB)表示第一增益K1(dB)的改變量，ΔL2(dB)表示第二增益L2(dB)的衰減量的改變量，|ΔK1(dB)|＝|ΔL2(dB)；第三增益K3和第四增益K4相等；(dB)是取對數(shù)運算。增益控制的完整過程表達(dá)為 當(dāng)射頻放大器增益發(fā)生變化K1(dB)+(1+±Δ)(dB)＝K1(dB)+ΔK1(dB)，從而導(dǎo)致射頻放大器動態(tài)總增益ZC發(fā)生變化，成為
式中，ZC為射頻放大器總增益；K1(dB)是射頻放大器增益；L2(dB)是射頻放大器總增益的一部分，即衰減；ΔK1(dB)是射頻放大器增益的改變量；ZC0(dB)是正常狀態(tài)下的射頻放大器增益，ZC0(dB)＝K1(dB)-L2(dB)?！白冃碗姌颉钡脑鲆孀詣涌刂?，通過用對數(shù)差分值k與k0相比較，檢測Δk，計算數(shù)控衰減碼增量ΔM＝Δk/N，得到數(shù)控衰減碼M，用M控制數(shù)控衰減器的衰減量為L2(dB)，兩次調(diào)整之間數(shù)控衰減器的變化量為ΔL2(dB)，ΔL2(dB)＝ΔM·0.2(dB)，ΔL2與ΔK1(dB)反方向變化，從而使P出與ΔK1(dB)反方向變化。經(jīng)過幾次調(diào)整，對數(shù)差分輸出值Δk不斷變小，直至Δk＝0。當(dāng)Δk＝0時，必然有|ΔK1(dB)|＝|ΔL2(dB)|，使

重新穩(wěn)定在正常值ZC0上。
所述的射頻放大器動態(tài)總增益為ZC(dB)＝ZC0(dB)+[ΔK1(dB)-ΔL2(dB)]，式中K0(dB)＝K1(dB)-L2(dB)，其中K0(dB)是常溫狀態(tài)下的射頻放大器總增益；第一增益K1是正增益，第二增益L2是負(fù)增益，第二增益L2為衰減，其增量ΔL2(dB)受控于差分電平的改變量Δk，為(Δk/N)·0.2(dB)＝ΔL2(dB)并與第一增益K1的改變量ΔK1(dB)同方向變化。增益穩(wěn)定的全過程循環(huán)流程如圖3所示 (1).正常狀態(tài)下射頻放大器增益為
(2).當(dāng)?shù)谝辉鲆鍷1發(fā)生變化，變化量ΔK1(dB)＝(1±Δ)(dB)，第二增益L2不變，ΔL＝0，(1±ΔL)＝1，計算總增益ZC的增量為ΔK1(dB)＝(1±Δ)(dB)，Δ表述第一增益L1的相對變化量；(1±Δ)(dB)為對改變量(1±Δ)取對數(shù)；
(3).利用第一增益K1的改變量(1±Δ)，生成射頻動態(tài)總增益ZC(dB)ZC(dB)＝ZC0(dB)+ΔK1(dB)，并使射頻輸出功率在總增益ZC變化后的功率輸出值P出的變化量與增量ΔK1(dB)同方向變化； (4).對射頻增益控制電路c點電壓Uc的大小取決于輸入功率P入，對Uc取對數(shù)Uc(dBmv)，給出變型電橋參考端的對數(shù)參考電平； (5).對射頻增益控制電路b點電壓Ub不僅取決于輸入功率P入，還取決于射頻總增益ZC(dB)；對Ub取對數(shù)Ub(dBmv)，給出“變型電橋”比較端對數(shù)電平，比較端對數(shù)電平Ub(dBmv)當(dāng)射頻總增益ZC(dB)發(fā)生變化成為ZC0(dB)+ΔK1(dB)，Ub(dBmv)的增量Δk與第一增益增量ΔK1(dB)同方向變化；b點對數(shù)電平Ub(dBmv)＝Ub0(dBmv)+Δk也與ΔK1(dB)同方向變化； (6).所述射頻增益控制電路b點對數(shù)電平Ub(dBmv)和c點對數(shù)電平Ub(dBmv)之間的差分電平為k(dB)＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv)； 所述對數(shù)差分電平的改變量是b點和c點之間的對數(shù)差分電平的改變量， Δk＝ΔUbc＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv)-k0 k0表示正常狀態(tài)下對數(shù)差分電平值，dBmv表示電壓取對數(shù)， k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv)。
(7).所述k0是正常狀態(tài)下參考之路電平和比較之路電平的對數(shù)差分值，k0可以跟蹤系統(tǒng)增益，鉗制系統(tǒng)增益在設(shè)定值； (8).正常狀態(tài)下的差分電平k0對應(yīng)的a點的衰減控制碼為M0，M0＝k0/N，N為數(shù)控衰減碼變化一位對應(yīng)Δk變化的數(shù)字量；當(dāng)?shù)谝辉鲆鍷1(dB)變?yōu)镵1(dB)+ΔK1(dB)，總增益ZC發(fā)生變化，b點對數(shù)電平Ub(dBmv)也發(fā)生變化，使b點和c點之間的對數(shù)差分電平也發(fā)生變化成為k＝k0+Δk，a點的動態(tài)數(shù)控衰減碼M＝k/N＝M0+ΔM，數(shù)控衰減碼增量ΔM＝Δk/N與Δk同方向變化，即與第一增益K1(dB)的改變量ΔK1(dB)同方向變化； (9).與k0相比較，如果k＞k0，數(shù)控衰減碼增加，反之，數(shù)控衰減碼減少，數(shù)控衰減碼的變化量ΔM＝Δk/N，數(shù)控衰減量變化ΔL2(dB)，N為數(shù)控衰減碼變化一位對應(yīng)Δk變化的數(shù)字量； (10).數(shù)控衰減增量ΔL2(dB)與差分電平的增量Δk同方向變化ΔL2(dB)＝(Δk/N)·0.2(dB)，與ΔK1(dB)同方向變化，但是，在總增益ZC穩(wěn)定之前，Δk/N·0.2≠ΔK1(dB)； (11).射頻輸出功率P出＝P入·ZC與ΔK1(dB)同方向變化，與ΔL2(dB)反方向變化； (12).反饋到第(4)步，對c點電壓Uc取對數(shù)Uc(dBmv)，給出變型電橋參考端的對數(shù)參考電平；第(5)步，b點對數(shù)電平Ub(dBmv)＝Ub0(dBmv)+Δk又于Δk同方向變化，這次的Δk比上一次的Δk接近于0，也就是這次的k比上一次的k更接近于k0，總增益更接近ZC0； (13).k與k0相比較，如果k≠k0，即Δk≠0，那么再反饋到第(4)、(5)步；依次循環(huán)；直到k＝k0，Δk＝0為止，當(dāng)Δk＝0，數(shù)控衰減碼停止變化，射頻放大器增益獲得穩(wěn)定。此時，射頻放大器動態(tài)增益ZC(dB)經(jīng)自動調(diào)整后獲得新的穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定增益為ZC0(dB)。
所述射頻增益控制電路在增益調(diào)整穩(wěn)定后，差分電平值Δk對應(yīng)的衰減調(diào)整量(Δk/N)·0.2(dB)與第一增益K1的增量ΔK1(dB)和第二增益L2的衰減增量ΔL2(dB)完全相等，(Δk/N)·0.2(dB)、ΔK1(dB)和ΔL2(dB)之間的關(guān)系滿足 ΔL2(dB)＝(Δk/N)·0.2(dB)，|(Δk/N)·0.2(dB)|＝|ΔK1(dB)|， |ΔL2(dB)|＝|ΔK1(dB)| 當(dāng)增益調(diào)整滿足|ΔL2(dB)|＝|ΔK1(dB)|時，射頻放大器動態(tài)增益獲得高精度穩(wěn)定，此時變型電橋公式成立為 3.變型電橋原理增益控制電路傳遞函數(shù) P入＝Pi+Pi，cou； (4) P出＝Po-Po，cou(5)
分解(6)式。

設(shè)輸入端為參考端，輸出端為比較端。輸入端三端口的功率分配比滿足
輸出端三端口的功率分配比滿足 (7)式可以寫為
(12)式就是圖2B變型電橋原理自動增益控制框圖的傳遞函數(shù)。
4.變型電橋原理增益控制精度誤差分析 由于誤差的提取“量”是系統(tǒng)動態(tài)總增益ZC(dB)精度誤差的提取量，不是具體的電壓、電流、和功率值，因此，誤差的“估計”過程不涉及統(tǒng)計運算。精度的誤差分析如下 對射頻增益控制電路c點的電壓Uc取對數(shù)Uc(dBmv)，給出“變型電橋”參考端的對數(shù)參考電平；
對數(shù)參考電平Uc(dBmv)的大小僅僅取決于輸入功率P入，與射頻放大器增益無關(guān)； 式中K3為參考之路的增益，

為K3輸入端的輸入電壓； 比較端檢波電壓取對數(shù)運算為Ub(dBmv)， Uc(dBmv)和Ub(dBmv)取差分 k＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv)(15) 當(dāng)射頻增益的改變量ΔK1(dB)和調(diào)整量ΔL2(dB)獲得完全平衡時，射頻放大器增益獲得高精度穩(wěn)定，公式成立，實現(xiàn)對增益的自動控制。
正常狀態(tài)，c點電平的參考電平為Uc0(dBmv)；b點電平的比較電平為Ub0(dBmv)。假設(shè)Ub0(dBmv)＞Uc0(dBmv)取差分 k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv)(16) 設(shè)置k0(dB)對應(yīng)數(shù)控衰減器的控制碼為M0，對應(yīng)數(shù)控衰減器的衰減量為L2(dB)。當(dāng)K1增益發(fā)生變化成為K1(1±Δ)，自動增益控制電路開始進(jìn)行調(diào)整，第二增益L2增加調(diào)整量ΔL2(dB)，b點對數(shù)電平成為 c點對數(shù)電平仍然為Uc0(dBmv)。b、c兩點的差分電平 k(dB)＝Ub0(dBmv)+(1±Δ)(dB)-(1±ΔL)(dB)-Uc0(dBmv) ＝k0(dB)+(1±Δ)(dB)-(1±ΔL)(dB) ＝k0(dB)+ΔZC(dB)(18) ΔZC(dB)是總增益的改變量， ΔZC(dB)＝(1±Δ)(dB)-(1±ΔL)(dB)＝ΔK1(dB)-ΔL2(dB)， 當(dāng)自動增益控制電路調(diào)整使得ΔK1(dB)＝ΔL2(dB)，ΔZC(dB)＝0(dB)，此時的(18)式成為 k(dB)＝k0(dB)(18) 也就是數(shù)控衰減器在L2(dB)上的增益調(diào)整量。比較(13)和(17)兩式，
影響增益控制精度的因素有 1)第三增益K3和第四增益K4曲線線性度的誤差； 2)數(shù)控衰減器第二增益L2的衰減量誤差(精度)； 3)參考端和比較端功率耦合器件溫度特性誤差。
以上3點原因，第3)條可以忽略，不考慮。第2)條能夠嚴(yán)格的控制在≤±0.1(dB)，第1)條的關(guān)鍵是選用對管。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體方法，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于電橋原理演變的變型電橋原理，用于閉環(huán)自動增益控制，特別是射頻放大器增益自動控制方法，其特征在于，當(dāng)射頻放大器比較端與參考端之間差分電平的改變量ΔUbc＝Δk＝0時，射頻放大器增益獲得高精度穩(wěn)定，射頻增益的改變量和調(diào)整量獲得完全平衡；當(dāng)增益的改變量和調(diào)整量獲得完全平衡時，以下公式成立
上式是變型電橋原理的表達(dá)式，式中ΔK1(dB)為射頻增益改變量；ΔL2(dB)為數(shù)控衰減器衰減的調(diào)整量；K3(dB)為自動增益控制電路參考端的信號增益；K4(dB)為自動增益控制電路比較端的信號增益；增益控制的步驟如下
步驟1基于變型電橋原理的射頻增益控制電路，計算正常狀態(tài)射頻放大器的總增益為ZC0(dB)
式中參數(shù)K1為第一增益，L2為第二增益，是一個數(shù)控衰減器，其衰減為L2，取對數(shù)后為L2(dB)，P入為射頻輸入功率，P出是射頻輸出功率，dB為取對數(shù)；
步驟2當(dāng)?shù)谝辉鲆鍷1發(fā)生變化，成為K1(1±Δ)，第二增益L2不變，ΔL＝0，(1±ΔL)＝1，計算第一總增益ZC的增量為ΔK1(dB)＝(1±Δ)(dB)，Δ表述第一增益K1的相對變化量；(1±Δ)(dB)為對改變量(1±Δ)取對數(shù)；
步驟3利用第一增益K1的改變量(1±Δ)，計算并生成動態(tài)射頻總增益ZC(dB)的變化量ZC(dB)＝ZC0(dB)+ΔK1(dB)，使射頻輸出功率在總增益ZC變化后的射頻輸出功率P出與第一增益K1(dB)的增量ΔK1(dB)同方向變化；
步驟4對射頻增益控制電路c點的電壓Uc取對數(shù)Uc(dBmv)，給出變型電橋參考端的對數(shù)參考電平；對數(shù)參考電平Uc(dBmv)的大小取決于輸入功率P入；
步驟5對射頻增益控制電路b點的電壓Ub取對數(shù)Ub(dBmv)，給出變型電橋比較端的對數(shù)電平，比較端的對數(shù)電平Ub(dBmv)的大小不僅取決于輸入功率P入，還取決于射頻放大器的的總增益ZC(dB)；
ZC(dB)＝K1(dB)-L2(dB)+[ΔK1(dB)-ΔL2(dB)]
ΔK1(dB)為射頻放大器增益變化量，ΔL2(dB)為數(shù)控衰減器衰減的調(diào)整量，Ub(dBmv)與第一增益K1(dB)的增量ΔK1(dB)同方向變化，與第二增益L2的增量ΔL2(dB)反方向變化；
步驟6計算射頻增益控制電路b點對數(shù)電平Ub(dBmv)和c點對數(shù)電平Uc(dBmv)之間的差分電平k＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv)；正常狀態(tài)下的對數(shù)差分值k＝k0，k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv)；
步驟7k0是正常狀態(tài)下參考之路電平和比較之路電平的對數(shù)差分值，k0可以跟蹤系統(tǒng)增益，鉗制系統(tǒng)增益在設(shè)定值；
步驟8正常狀態(tài)下的差分電平k0對應(yīng)的a點的衰減控制碼為M0，M0＝k0/N，N為數(shù)控衰減碼變化一位對應(yīng)Δk變化的數(shù)字量；當(dāng)?shù)谝辉鲆鍷1(dB)變?yōu)镵1(dB)+ΔK1(dB)，b點對數(shù)電平Ub(dBmv)也發(fā)生變化，使b點和c點之間的對數(shù)差分電平也發(fā)生變化成為k＝k0+Δk，a點的動態(tài)數(shù)控衰減碼M＝k/N＝M0+ΔM，數(shù)控衰減碼增量ΔM＝Δk/N與Δk同方向變化，即Δk/N與第一增益K1(dB)的改變量ΔK1(dB)同方向變化；
步驟9步驟1中第二增益L2屬于總增益ZC的一部分，使第二增益L2的衰減調(diào)整量ΔL2(dB)與對數(shù)差分電平的增量Δk同方向變化，使輸出功率P出與ΔL2(dB)反方向變化；
步驟10利用輸出功率P出與ΔL2(dB)反方向變化，導(dǎo)致比較端對數(shù)電平Ub(dBmv)也與ΔL2(dB)反方向變化，并與第一增益K1的增量ΔK1(dB)同方向變化；
步驟11返回到步驟4，周而復(fù)始，當(dāng)自動增益控制達(dá)到|ΔK1(dB)|＝|ΔL2(dB)|時，射頻放大器動態(tài)總增益獲得穩(wěn)定，
又回到正常狀態(tài)的總增益，重新穩(wěn)定后的系統(tǒng)增益滿足變形電橋原理
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增益控制方法，其特征在于，所述的射頻放大器動態(tài)總增益為ZC(dB)＝[K1(dB)-L2(dB)]+[ΔK1(dB)-ΔL2(dB)]，式中ZC0(dB)＝K1(dB)-L2(dB)，表示正常狀態(tài)下的總增益；第一增益K1是正增益，第二增益L2是負(fù)增益，衰減增量ΔL2(dB)受控于差分電平的改變量Δk，為ΔL2(dB)＝(Δk/N)·n(dB)，并與第一增益K1的改變量ΔK1(dB)同方向變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增益控制方法，其特征在于，所述對數(shù)電平Ub(dBmv)是b點相對于地的檢波放大電壓取對數(shù)的電平，b點和c點之間的對數(shù)差分電平的改變量，
Δk＝ΔUbc(dB)＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv)-k0
k0表示正常狀態(tài)下對數(shù)電平的差分值，dBmv表示電壓取對數(shù)，
k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的增益控制方法，其特征在于所述正常狀態(tài)的對數(shù)差分值k0與射頻放大器的動態(tài)總增益ZC(dB)之間的關(guān)系為
k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv)
＝ZC(dB)+K4(dB)-K3(dB)，
k0是正常狀態(tài)下參考之路電平和比較之路電平的對數(shù)差分值，k0可以跟蹤系統(tǒng)增益，將系統(tǒng)增益鉗制在設(shè)定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增益控制方法，其特征在于所述增益控制過程，是利用檢波二極管的V-I特性
將上述式中的指數(shù)V-I特性，對電流I正向+IS取對數(shù)后轉(zhuǎn)化為線性V-I特性，線性V-I特性表達(dá)式是為
式中參數(shù)I正向為二極管正向電流，IS為檢波二極管的反向穿透電流，V為檢波二極管PN結(jié)兩端的電壓，VT為檢波二極管的閾值電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增益控制方法，其特征在于，所述增益的傳遞函數(shù)模型為
式中參數(shù)為P入＝Pi+Pi，cou；P出＝Po-Po，cou
參考端三端口的功率P入、Pi及Pi，cou的分配關(guān)系為
比較端三端口的功率Po、Po，cou及P出分配關(guān)系為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增益控制方法，其特征在于所述射頻放大器動態(tài)總增益ZC(dB)的精度控制為提取增益誤差，提取增益誤差步驟包括
步驟71對參考端檢波電壓UC取對數(shù)運算結(jié)果為Uc(dBmv)
式中K3為參考之路的增益，
為K3輸入端的輸入電壓，r為射頻檢波輸出端的等效負(fù)載；
步驟72對比較端檢波電壓Ub取對數(shù)運算為Ub(dBmv)，
式中K4為比較之路的增益，為K4輸入端的輸入電壓，Pi為K1的輸入功率，r為射頻檢波輸出端的等效負(fù)載；
步驟73對Uc(dBmv)和Ub(dBmv)做差分運算
k＝Ub(dBmv)-Uc(dBmv)
k為差分運算結(jié)果，dBmv為mv(毫伏)電壓取對數(shù)，L2(dB)為射頻放大器第二增益，其衰減量受控于數(shù)控衰減碼M；
步驟74當(dāng)射頻增益的改變量ΔK1(dB)和調(diào)整量ΔL2(dB)獲得完全平衡時，射頻放大器增益獲得高精度穩(wěn)定，公式成立。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的增益控制方法，其特征在于所述增益的精度控制步驟包括稱正常狀態(tài)增益為ZC0(dB)，對應(yīng)的c點電平為參考端檢波電壓Uc0取對數(shù)Uc0(dBmv)；對應(yīng)的b點電平為比較端檢波電壓Ub0取對數(shù)Ub0(dBmv)，當(dāng)Ub0(dBmv)＞Uc0(dBmv)時，取差分k0為
k0＝Ub0(dBmv)-Uc0(dBmv)
設(shè)置k0為正常狀態(tài)的差分運算值，k0對應(yīng)的數(shù)控衰減器的控制碼為M0，對應(yīng)數(shù)控衰減器的衰減量為第二增益L2。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的增益控制方法，其特征在于所述增益的精度控制步驟包括當(dāng)某種原因使第一增益K1發(fā)生變化為K1(1±Δ)；自動增益控制電路進(jìn)行調(diào)整，第二增益L2增加調(diào)整量ΔL2(dB)，則使b點對數(shù)電平Ub(dBmv)成為
c點電平(取對數(shù)后)仍然為Uc0(dBmv)，b、c兩點的差分
k＝k0+(1±Δ)(dB)-(1±ΔL)(dB)＝k0+Δk
式中Δk＝(1±Δ)(dB)-(1±ΔL)(dB)，ΔL2(dB)＝(1±ΔL)(dB)，ΔK1(dB)＝(1±Δ)(dB)，(Δk/N)·n(dB)是數(shù)控衰減器在第二增益L2(dB)上的調(diào)整量ΔL2(dB)，因此，ΔL2(dB)＝(1±ΔL)(dB)＝(Δk/N)·n(dB)，n(dB)為數(shù)控衰減器的步進(jìn)長度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的增益控制方法，其特征在于射頻放大器動態(tài)增益ZC經(jīng)自動調(diào)整后獲得的穩(wěn)定增益是ZC0，所述射頻增益控制電路的差分電平值形成的衰減增量(Δk/N)·n(dB)與第一增益K1的增量ΔK1(dB)和第二增益L2(dB)的衰減增量ΔL2(dB)相等，(Δk/N)·n(dB)、ΔK1(dB)和ΔL2(dB)之間的關(guān)系為
ΔL2(dB)＝(Δk/N)·n(dB)
|Δk/N|·n(dB)＝ΔK1(dB)
|ΔK1(dB)|＝|ΔL2(dB)|
當(dāng)增益調(diào)整滿足|ΔK1(dB)|＝|ΔL2(dB)|時，射頻放大器動態(tài)增益獲得高精度穩(wěn)定，此時變型電橋公式成立
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于變型電橋原理對射頻放大器增益自動控制方法，當(dāng)比較端與參考端之間差分電壓的改變量ΔUbc＝Δk＝0時，射頻放大器增益獲得高精度穩(wěn)定，射頻增益的改變量和調(diào)整量獲得完全平衡；當(dāng)增益的改變量和調(diào)整量獲得完全平衡時公式式中參數(shù)ΔK1(dB)為射頻增益改變量；ΔL2(dB)為數(shù)控衰減器衰減的改變重；K3(dB)為自動增益控制電路參考端的信號增益；K4(dB)為自動增益控制電路比較端的信號增益。本發(fā)明采用閉環(huán)增益控制方案，電路簡單；增益控制精度高，增益控制精度可達(dá)到0.2dB；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，便于高可靠性設(shè)計；研制成本低的，節(jié)省大量的實驗費用。解決了現(xiàn)有射頻放大器增益穩(wěn)定性差、增益控制電路復(fù)雜、系統(tǒng)可靠性低、研制成本高的問題。
文檔編號H03F3/189GK101123419SQ20071012005
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月8日
發(fā)明者梁淮寧 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所