CN110289821B - 适应工况环境的射频信号输出功率控制电路、方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种适应工况环境的射频信号输出功率控制电路、方法及装置，在不同的输入功率下获取校准数据，得到最小衰减量与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系，将校准数据存储到校准文件中；从校准文件中调用与实际输入功率和输出功率相对应的初始衰减值进行输入功率的衰减；实时采集环境状态传感电压和检波电压，与校准文件中对应环境状态下的检波电压数据进行对比，根据最小衰减量与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系自动进行相应衰减量的调整控制；本公开所述的射频信号输出功率稳定性要求优于0.1％甚至更高量级，且能够适应实际应用中的各种不同的工况环境。

Description

适应工况环境的射频信号输出功率控制电路、方法及装置
技术领域
本公开涉及微波测试技术领域，特别涉及一种适应工况环境的射频信号输出功率控制电路、方法及装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
射频信号输出功率稳定性是表征射频信号发生装置信号传输特性的关键技术指标特性。在一些需要射频信号实现高稳定功率(幅度)输出的实际应用场合，如何达到射频信号输出功率稳定性优于0.1％以及适应实际应用工况环境(非实验室环境)的技术与应用要求已经成为迫切需要解决的技术难题。
传统对于射频信号输出功率的控制普遍采用自动电平控制(Automatic LevelControl，ALC)方式以基于全模拟电路的技术体制进行设计实现，其工作原理如图1所示。该自动电平控制电路主要由检波电路、参考电路、误差求和电路、信号功率调整电路、信号放大电路等组成，采用模拟电路进行设计以实现对射频信号输出功率的稳定控制。其中，检波电路利用检波二极管的“平方律”检波特性进行设计以提取反映射频信号输出功率大小的检波电压信号，参考电路利用电压源器件进行设计以提供参考电平信号，误差求和电路利用运算放大器件进行设计以实现检波电压信号和参考电平信号的误差求和处理，产生的反馈电压信号去调节信号功率调整电路的调制器以实现对射频信号功率的调整，直至整个控制环路闭环稳定工作，使得射频信号输出功率相对稳定。
但是，本公开发明人发现，在图1所示的ALC电路中，检波电路中的检波二极管在不同环境条件下(如温度、湿度等)对于相同功率的射频信号进行检波所提取的检波电压不尽相同且呈现非线性变化特点，因此仅依靠上述电路的闭环控制无法消除在实际应用状态下由该非线性变化通过环路产生的传递性变化，从而严重影响射频信号输出功率的稳定性，难以满足优于0.1％以及适应实际应用工况环境(非实验室环境)的技术与应用要求。另外，参考电路中的模拟电压源器件、误差求和电路中的运算放大器件、信号功率调整电路中的调制器件及其电路组成类型属于模拟电路，由于器件特性受限使得控制环路的闭环控制能力(幅度控制的最小分辨力)存在局限，同时还存在电路信号漂移大、环境适应性较差等问题且无法进行实时量化补偿，因此也难以保证射频信号输出功率的稳定性满足优于0.1％以及适应实际应用工况环境(非实验室环境)的技术与应用要求。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种适应工况环境的射频信号输出功率控制电路、方法及装置，可以实现射频信号输出功率的高稳定性能，特别是射频信号输出功率稳定性要求优于0.1％甚至更高量级，且能够适应实际应用中的各种工况环境。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
第一方面，本公开提供了一种适应工况环境的射频信号输出功率控制电路；
一种适应工况环境的射频信号输出功率控制电路，包括放大器、数控衰减器、检波管、环境状态传感器、数据采集电路和终端处理器，射频输入信号通过放大器放大后输入到数控衰减器中进行信号衰减后转换为射频输出信号；
所述检波管用于采集射频输出信号中的检波电压信号并传输给数据采集电路，所述环境状态传感器用于实时监测检波管和数控衰减器的环境状态，并将采集到的环境状态传感电压信号实时传输给数据采集电路，所述数据采集电路用于将接收到的数据传输给终端处理器；
所述终端处理器还与数控衰减器双向通信连接，用于给定数控衰减器的初始衰减值，并根据接收到的检波电压信号与环境状态传感电压生成衰减反馈信号，对数控衰减器的衰减值进行动态调整。
作为可能的一些实现方式，还包括显示模块，所述显示模块通过终端处理器的通信接口与终端处理器双向通信连接。
作为可能的一些实现方式，所述终端处理器与数据采集电路通过数据总线或程控总线双向通信连接，所述终端处理器还与数控衰减器通过数据总线或程控总线双向通信连接。
第二方面，本公开提供了一种适应工况环境的射频信号输出功率控制方法；
一种适应工况环境的射频信号输出功率控制方法，步骤如下：
在给定的输入功率下获取校准数据，采集不同工况环境下的环境状态传感电压、检波电压、衰减量和输出功率，根据采集到的数据得到最小衰减量与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系；
改变输入功率，得到对应于不同输入功率下的校准数据，将所有得到的校准数据进行运算整理后形成校准文件存储备用；
根据输入功率和输出功率的要求，从校准文件中调用与输入功率和输出功率相对应的初始衰减值进行输入功率的衰减；
实时采集环境状态传感电压和检波电压，与校准文件中对应环境状态下的检波电压数据进行对比，根据最小衰减量与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系自动进行相应衰减量的调整控制。
作为可能的一些实现方式，对于给定的输入功率，对应若干个环境状态，分别按照最小衰减量调节若干衰减量状态，同时进行检波电压信号的测量采集和输出功率的测试，得到包含漂移误差在内的检波电压与包含漂移误差在内的输出功率的量化数据。
作为进一步的限定，根据包含漂移误差在内的检波电压和输出功率的量化数据进行统计运算和差值曲线拟合，得到对应各个环境状态下的检波电压和相应输出功率之间的理想量化关系，以及含漂移在内的检波电压偏离误差和输出功率偏离误差之间的量化关系。
作为进一步的限定，基于包含漂移误差在内的检波电压与包含漂移误差在内的输出功率的量化数据，按照对应环境下不同衰减量状态进行统计运算、求差处理和插值曲线拟合，结合各个环境状态下检波电压与相应输出功率之间的量化关系和检波电压偏离误差和输出功率偏离误差之间的量化关系，得到最小衰减量与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系，同时可以降低偏离误差带来的影响。
作为可能的一些实现方式，根据最小衰减量与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系，按照需要自动进行相应衰减量的调整控制，直至超出最小衰减量的分辨力为止。
作为可能的一些实现方式，改变输入功率，得到对应于不同输入功率下的校准数据，综合采集到的数据，拟合出相应的校准曲线与数据以文件形式保存于终端处理器的非易失存储单元中备用，并支持通过显示单元以可视化方式实时显示这些参量的数据信息。
第三方面，本公开提供了一种射频信号发生装置，包括本公开所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制电路。
第四方面，本公开提供了一种射频信号发生装置，利用本公开所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制方法。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
本公开所述的内容可以实现射频信号输出功率的高稳定性能，特别是射频信号输出功率稳定性要求优于0.1％甚至更高量级，且能够适应实际应用中的各种不同的工况环境(非实验室环境)。
本公开采用的是数字电路技术体制，控制电路中的传输信号为数字信号，关键核心器件主要是数字器件，在模拟/数字转换精度足够高的基础上，不仅可以替代采用模拟电路体制的自动电平控制功能，而且可以实现稳定性优于0.1％，且可视量化的更高技术指标以及更加稳定和更强抗干扰能力的电路性能。
本公开通过基于电路工况状态建立的由“输入功率-环境状态-检波电压-衰减量-输出功率”多维参量数据拟合运算得到的校准文件以及环境状态实时监测功能，可以在实际应用时根据环境条件的变化实时进行控制电路的参量补偿调整，满足适应实际应用工况环境(非实验室环境)对电路工作环境适应性能的技术要求。
本公开通过基于数字化技术体制的软硬件设计，本公开所述的内容可以为整合集成的***应用提供实现数据信息与程控交互的技术能力，支持对外的数据信息与程控交互，便于***集成应用时对于射频信号输出功率稳定性的量化信息感知与获取以及视情远程补偿与控制，可以支撑并实现整合集成应用***的整体性能提升。
附图说明
图1为本公开背景技术中所述的现有技术中的ALC电路的结构示意图。
图2为本公开实施例1所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制电路的结构示意图。
图3为本公开实施例2所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制方法的流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1：
如图2所示，本公开实施例1提供了一种适应工况环境的射频信号输出功率控制电路，包括放大器、高精度数控衰减器、检波管、环境状态传感器、高精度数据采集电路和终端处理器，所述终端处理器为包含相应测控与数据处理软件的嵌入式计算机，射频输入信号通过放大器放大后输入到数控衰减器中进行信号衰减后转换为射频输出信号；
所述检波管用于采集射频输出信号中的检波电压信号并传输给数据采集电路，所述环境状态传感器用于实时监测检波管和数控衰减器的环境状态，并将采集到的环境状态传感电压信号实时传输给数据采集电路，所述数据采集电路用于将接收到的数据传输给终端处理器；
所述终端处理器还与数控衰减器双向通信连接，用于给定数控衰减器的初始衰减值，并根据接收到的检波电压信号与环境状态传感电压生成衰减反馈信号，对数控衰减器的衰减值进行动态调整。
还包括显示模块，所述显示模块通过终端处理器的通信接口与终端处理器双向通信连接。
所述终端处理器与数据采集电路通过数据总线或程控总线双向通信连接，所述终端处理器还与数控衰减器通过数据总线或程控总线双向通信连接。
实施例2：
如图3所示，本公开实施例2提供了一种适应工况环境的射频信号输出功率控制方法，利用实施例1所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制电路；可用于实现射频信号输出功率稳定性优于0.1％且适应实际应用工况环境(非实验室环境)的技术与应用目标。
利用环境状态传感器对检波管和高精度数控衰减器的环境状态进行实时监测(图2的虚线框内部分)。在包含相应测控与数据处理软件的嵌入式计算机协同一体的控制下，分成两部分内容完成适应实际应用工况环境(非实验室环境)下对射频信号发生装置输出功率的高稳定控制。
首先，进行多维环境条件下整个控制电路的校准，按照若干功率定值依次控制输入固定频率的射频信号，通过控制高精度数控衰减器与放大器协同工作输出得到应用所需功率值的射频信号，在此状态下通过改变检波管和高精度数控衰减器的环境状态，同步监测获得环境状态的对应数据信息，采用高精度数据采集电路对检波电压进行校准测试和数据采集，建立起“输入功率-环境状态-检波电压-衰减量-输出功率”的多维参量映射关系数据，由一定量的数据拟合出相应的校准曲线与数据以文件形式保存于嵌入式计算机的非易失存储单元中备用，并支持通过显示单元以可视化方式实时显示这些参量的数据信息。
设输入功率为P0，环境状态传感电压为V0，检波电压为V，衰减量为L0，输出功率为P，实现射频信号输出功率高稳定控制的校准过程如下：
(1)对于定值输入功率P0，对应若干个环境状态(V01、V02、V03……V0n)，分别按照最小衰减步进量调节若干衰减量状态(L01、L02、L03……L0m)，相应进行一定量的检波电压信号的测量采集(即如表中的每个检波电压VXXYY都应进行一定量的测量采集)以及输出功率的测试，得到包含漂移误差在内的检波电压VXXYY(如下表1所示)与包含由此影响在内的相应输出功率PXXYY的量化数据；
(2)基于这些数据进行统计运算和差值曲线拟合，就可以得到对应环境状态下检波电压VXXYY和相应输出功率PXXYY之间的理想量化关系，以及含漂移在内的偏离误差δVXXYY和δPXXYY之间的量化关系；
(3)基于这些数据按照对应环境下不同衰减量状态进行统计运算、求差处理和插值曲线拟合，并结合由(2)得到的量化关系，可以得到最小衰减量L和检波电压变化量ΔVXXYY、输出功率变化量ΔPXXYY之间的量化关系，同时可以降低偏离误差带来的影响；
(4)改变输入功率P0，重复上述步骤(1)～(3)，即可得到对应不同输入功率下的相应校准数据；
(5)将所有得到的校准数据进行运算整理后形成校准文件存储备用。
表1校准过程的检波电压数据项
Figure BDA0002153386570000091
其次，在实际应用时，根据输入功率P0和输出功率P的要求，嵌入式计算机从校准文件中先调用与之对应的初始状态数据L0X，然后通过实时采集环境状态传感电压V0和检波电压V，与校准文件中对应环境状态的检波电压数据进行对比，根据最小衰减量L和检波电压变化量ΔVXXYY、输出功率变化量ΔPXXYY之间的量化关系按照需要自动进行相应衰减量的调整控制，直至超出最小衰减量的分辨力为止。
检波电压采集和最小衰减量控制的高精度能够使输出功率的变化量被控制稳定在很小的范围内且量化可控，可以满足射频信号输出功率的高稳定技术与应用要求。
影响射频信号输出功率高稳定性及其环境适应能力和整合集成应用的主要因素与通过本实施例涉及加以消除的内容如下：
(1)降低整个控制电路由于传输信号及器件特性限制对稳幅性能的影响。本公开采用的是数字电路技术体制，控制电路中的传输信号为数字信号，关键核心器件主要是数字器件，在模拟/数字转换精度足够高的基础上，不仅可以替代采用模拟电路体制的ALC功能，而且可以实现稳定性优于0.1％且可视量化的更高技术指标以及更加稳定和更强抗干扰能力的电路性能。
(2)提高整个控制电路的环境适应性。本公开通过基于电路工况状态建立的由“输入功率-环境状态-检波电压-衰减量-输出功率”多维参量数据拟合运算得到的校准文件以及环境状态实时监测功能，可以在实际应用时根据环境条件的变化实时进行控制电路的参量补偿调整，满足适应实际应用工况环境(非实验室环境)对电路工作环境适应性能的技术要求。
(3)便于整合集成的***应用。本公开通过基于数字化技术体制的软硬件设计，支持对外的数据信息与程控交互，便于***集成应用时对于射频信号输出功率稳定性的量化信息感知与获取以及视情远程补偿与控制，可以支撑并实现整合集成应用***的整体性能提升。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适应工况环境的射频信号输出功率控制电路，其特征在于，包括放大器、数控衰减器、检波管、环境状态传感器、数据采集电路和终端处理器，射频输入信号通过放大器放大后输入到数控衰减器中进行信号衰减后转换为射频输出信号；
所述检波管用于采集射频输出信号中的检波电压信号并传输给数据采集电路，所述环境状态传感器用于实时监测检波管和数控衰减器的环境状态，并将采集到的环境状态传感电压信号实时传输给数据采集电路，所述数据采集电路用于将接收到的数据传输给终端处理器；
所述终端处理器还与数控衰减器双向通信连接，用于给定数控衰减器的初始衰减值，并根据接收到的检波电压信号与环境状态传感电压生成衰减反馈信号，对数控衰减器的衰减值进行动态调整。
2.如权利要求1所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制电路，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块通过终端处理器的通信接口与终端处理器双向通信连接；所述终端处理器与数据采集电路通过数据总线或程控总线双向通信连接，所述终端处理器还与数控衰减器通过数据总线或程控总线双向通信连接。
3.一种适应工况环境的射频信号输出功率控制方法，其特征在于，步骤如下：
在给定的输入功率下获取校准数据，采集不同工况环境下的环境状态传感电压、检波电压、衰减量和输出功率，根据采集到的数据得到最小衰减量与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系；
改变输入功率，得到对应于不同输入功率下的校准数据，将所有得到的校准数据进行运算整理后形成校准文件存储备用；
根据输入功率和输出功率的要求，从校准文件中调用与输入功率和输出功率相对应的初始衰减值进行输入功率的衰减；
实时采集环境状态传感电压和检波电压，与校准文件中对应环境状态下的检波电压数据进行对比，根据最小衰减量与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系自动进行相应衰减量的调整控制。
4.如权利要求3所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制方法，其特征在于，对于给定的输入功率，对应若干个环境状态，分别按照最小衰减量调节若干衰减量状态，同时进行检波电压信号的测量采集和输出功率的测试，得到包含漂移误差在内的检波电压与包含漂移误差在内的输出功率的量化数据。
5.如权利要求4所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制方法，其特征在于，根据包含漂移误差在内的检波电压和输出功率的量化数据进行统计运算和差值曲线拟合，得到对应各个环境状态下的检波电压和相应输出功率之间的理想量化关系，以及含漂移在内的检波电压偏离误差和输出功率偏离误差之间的量化关系。
6.如权利要求5所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制方法，其特征在于，基于包含漂移误差在内的检波电压与包含漂移误差在内的输出功率的量化数据，按照对应环境下不同衰减量状态进行统计运算、求差处理和插值曲线拟合，结合各个环境状态下检波电压与相应输出功率之间的量化关系和检波电压偏离误差和输出功率偏离误差之间的量化关系，得到最小衰减量与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系。
7.如权利要求3所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制方法，其特征在于，根据最小衰减量L与检波电压变化量和输出功率变化量之间的量化关系，按照需要自动进行相应衰减量的调整控制，直至超出最小衰减量的分辨力为止。
8.如权利要求3所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制方法，其特征在于，改变输入功率，得到对应于不同输入功率下的校准数据，综合采集到的数据，拟合出相应的校准曲线与数据以文件形式保存于终端处理器的非易失存储单元中备用，并支持通过显示单元以可视化方式实时显示这些参量的数据信息。
9.一种射频信号发生装置，其特征在于，包括权利要求1-2所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制电路。
10.一种射频信号发生装置，其特征在于，利用权利要求3-8任一项所述的适应工况环境的射频信号输出功率控制方法。
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