本發(fā)明涉及自動(dòng)電平控制系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種基于dds的后置混頻式數(shù)字alc控制系統(tǒng)裝置。

背景技術(shù)：

自動(dòng)電平控制(automaticlevelcontrol，alc)系統(tǒng)在通信、雷達(dá)發(fā)射機(jī)和多種測量儀器等通信電子領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用，而且它對系統(tǒng)的性能指標(biāo)具有十分顯著的影響。alc控制系統(tǒng)之所以廣泛應(yīng)用于各種信號源中，是由于信號源電子元器件的不穩(wěn)定或者不理想，以及系統(tǒng)受外界干擾等原因，很難保持輸出信號電平的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。而alc控制系統(tǒng)則是保證以上性能指標(biāo)的主要途徑。

閉環(huán)反饋式模擬alc控制系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)上非常常見的一種模擬穩(wěn)幅系統(tǒng)，相比開環(huán)系統(tǒng)，不僅有一條從輸入端到輸出端的前向通路，還引入了從輸出端到輸入端的反饋通路。一種閉環(huán)反饋式alc控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。輸出信號耦合一路至射頻檢波器，檢波器將功率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號與參考值做比較經(jīng)過比例積分電路獲得相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)電壓，該調(diào)節(jié)電壓可以調(diào)節(jié)可變衰減器或者可調(diào)增益器件改變通道信號功率值，以達(dá)到輸出信號電平穩(wěn)定的目的。閉環(huán)反饋式alc系統(tǒng)的輸出信號能自動(dòng)跟蹤給定值，減小了跟蹤誤差，提高了控制精度，抑制了擾動(dòng)信號的影響。但是這種閉環(huán)反饋式的模擬alc控制系統(tǒng)存在一定的缺陷：

1、檢波回路的反饋電壓控制可變衰減器以實(shí)現(xiàn)通道的功率調(diào)節(jié)，可變衰減器一般由pin二極管構(gòu)成，由于二極管本身容易受溫度變化影響，隨著整個(gè)芯片工作時(shí)間加長，芯片本身和周圍環(huán)境溫度都在不斷發(fā)生變化。而當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，可變衰減器的二極管電壓電流關(guān)系也發(fā)生變化?？勺兯p器的二極管驅(qū)動(dòng)分為恒流驅(qū)動(dòng)和恒壓驅(qū)動(dòng)，恒流驅(qū)動(dòng)時(shí)，電壓改變，反之恒壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，電流改變。從理論分析可知，恒流驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的可變衰減器的溫度穩(wěn)定性高于恒壓驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槎O管的伏安關(guān)系可以近似使用如下函數(shù)表示：

is為反向飽和電流，室溫下為一常數(shù)，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)該值也會(huì)跟隨變化，而且隨溫度變化范圍較大；ut為溫度的電壓當(dāng)量，與溫度成線性關(guān)系，當(dāng)電流固定不變時(shí)，交流阻抗近似與ut成線性關(guān)系；當(dāng)電壓固定不變時(shí)，交流阻抗與溫度成復(fù)雜的關(guān)系。is的變化將會(huì)引起交流阻抗發(fā)生很大改變。

2、反饋式alc控制系統(tǒng)一般還需實(shí)現(xiàn)調(diào)幅信號調(diào)制功能，在此過程中，一方面模擬通道的放大、比較等處理都會(huì)造成調(diào)制信號的失真，另外頻率高的調(diào)制波對可變衰減器的響應(yīng)速度也有一定的要求。而對于單頻穩(wěn)幅則要求反饋控制系統(tǒng)有較高的幅度精度，這就需要權(quán)衡系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)反饋回路的響應(yīng)時(shí)間很快時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性會(huì)受到很大影響，可能會(huì)導(dǎo)致輸出信號抖動(dòng)甚至穩(wěn)不住的問題產(chǎn)生；當(dāng)反饋回路的響應(yīng)時(shí)間比較長時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定性雖然有保證，但是對于快速幅度變化的信號，該裝置就難以實(shí)現(xiàn)跟蹤調(diào)節(jié)。所以，這些都會(huì)對調(diào)幅信號造成了非常大的性能影響。

3、上述的反饋式alc控制系統(tǒng)為前置式混頻方式實(shí)現(xiàn)，可變衰減器一般置于混頻之后，其輸入輸出的頻率范圍為非常寬，但是由于二極管的電壓非線性特性限制了衰減器的響應(yīng)帶寬，會(huì)導(dǎo)致其性能下降而不能滿足系統(tǒng)要求。

另外，現(xiàn)有alc控制技術(shù)也有用數(shù)字電路取代反饋回路上的模擬電路，一般稱其為閉環(huán)反饋式數(shù)字alc控制系統(tǒng)，典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。該alc反饋控制系統(tǒng)中，將檢波器的輸出檢波電壓通過a/d采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行處理，在數(shù)字處理芯片內(nèi)部進(jìn)行比較、積分和預(yù)置。在功率調(diào)節(jié)端利用小步進(jìn)的數(shù)控衰減器替換模擬alc控制系統(tǒng)里的pin二極管，可以減少溫度特性對調(diào)節(jié)器的影響。但是該alc控制技術(shù)同樣存在一些不可避免的缺陷：

1、整個(gè)alc控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度完全由數(shù)控衰減器的最小步進(jìn)決定，例如數(shù)控衰減器的最小步進(jìn)量為1db，整個(gè)alc控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度則為±1db；另外，alc控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)范圍同樣受限于數(shù)控衰減器的衰減范圍，并且要小于衰減器的衰減器范圍。

2、由于數(shù)控衰減器的步進(jìn)式特性，無法在該acl控制環(huán)路上實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制。

3、由于是前置混頻式控制系統(tǒng)，數(shù)控衰減器置于混頻之后，其輸入輸出的頻率范圍為非常寬，衰減器的頻率工作范圍也會(huì)導(dǎo)致alc控制系統(tǒng)性能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于dds的后置混頻式數(shù)字alc控制系統(tǒng)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中模擬alc控制系統(tǒng)和數(shù)字alc控制的現(xiàn)有缺陷而導(dǎo)致控制幅度精度和穩(wěn)定差、無法實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)制的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種基于dds的后置混頻式數(shù)字alc控制系統(tǒng)裝置，其特征在于：包括數(shù)字頻率合成器dds、射頻混頻通道、定向耦合器、寬帶檢波器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元，其中：

數(shù)字頻率合成器dds為直接數(shù)字頻率合成器；

射頻混頻通道由混頻器、濾波單元、功率放大器構(gòu)成，數(shù)字頻率合成器dds產(chǎn)生中頻信號輸入至混頻器，在混頻器中與本地振蕩器進(jìn)行混頻獲得頻率符合要求的載波信號，載波信號再經(jīng)過濾波單元濾波、功率放大器放大后輸出至定向耦合器；

定向耦合器為功率分配單元，功率分配單元的主路輸出端與射頻信號的輸出主通道連接，功率分配單元的耦合端連接寬帶檢波器，射頻混頻通道輸出的載波信號經(jīng)定向耦合器耦合至寬帶檢波器；

寬帶檢波器為對數(shù)檢波器，對數(shù)檢波器檢測載波信號功率幅度，并將載波信號功率幅度轉(zhuǎn)換為檢波電壓信號輸出至數(shù)據(jù)采集單元；

數(shù)據(jù)采集單元由電壓放大器、a/d采集芯片構(gòu)成，對數(shù)檢波器輸出的檢波電壓信號經(jīng)電壓放大器放大后被a/d采集芯片采集，a/d采集芯片將采集的檢波電壓信號傳送至數(shù)字處理單元；

數(shù)字處理單元中將檢波電壓信號與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)電壓值進(jìn)行差值比較、積分和量化處理，計(jì)算獲得dds相應(yīng)變化的幅度控制值，并通過自身spi接口將幅度控制值發(fā)送至數(shù)字頻率合成器dds；

數(shù)字頻率合成器dds根據(jù)數(shù)字處理單元發(fā)送的幅度控制值進(jìn)行信號幅度調(diào)節(jié)。

所述的一種基于dds的后置混頻式數(shù)字alc控制系統(tǒng)裝置，其特征在于：所述數(shù)字處理單元基于fpga可編程邏輯芯片實(shí)現(xiàn)。

所述的一種基于dds的后置混頻式數(shù)字alc控制系統(tǒng)裝置，其特征在于：a/d采樣芯片對電壓放大器輸出的檢波電壓信號進(jìn)行采集并傳輸至fpga可編程邏輯芯片，在fpga可編程邏輯芯片內(nèi)部完成了檢波電壓數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)的比較和積分處理，獲得的積分值與基準(zhǔn)電壓值疊加形成數(shù)字頻率合成器dds的幅度控制值。

本發(fā)明中，數(shù)字頻率合成器dds為直接數(shù)字頻率合成器，在射頻信號發(fā)生器中是數(shù)字alc控制系統(tǒng)的幅度調(diào)節(jié)器。在控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器功能時(shí)，通過alc檢波回路中的檢波幅度處理和反饋，并對dds的幅度控制字進(jìn)行更改，達(dá)到快速調(diào)節(jié)信號幅度的目的。數(shù)字頻率合成器dds的幅度調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)50db以上，調(diào)節(jié)精度可達(dá)0.01db。另外，作為一款后置混頻式數(shù)字alc控制系統(tǒng)裝置，數(shù)字頻率合成器dds可充當(dāng)初始激勵(lì)源參與后續(xù)的頻率上變混頻。

本發(fā)明中，利用對數(shù)檢波器對功率分配單元輸出的支路信號進(jìn)行對數(shù)檢波，并將檢波電壓進(jìn)行放大處理，提高檢波精度和小功率信號的穩(wěn)定度。利用高速a/d采集芯片對檢波電壓進(jìn)行采集并將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)處理單元將利用fpga可編程邏輯芯片實(shí)現(xiàn)，檢波電壓數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，獲得幅度差值數(shù)據(jù)。為了防止在穩(wěn)幅的過程中出現(xiàn)信號抖動(dòng)或小幅跳變，在差值電壓數(shù)據(jù)輸出做了積分處理，可以將最終輸出信號幅度平滑過渡至所設(shè)置信號幅度。在此數(shù)字處理單元中，完全替換了原有alc控制系統(tǒng)的模擬積分和預(yù)置單元，使得控制的穩(wěn)定性更好。

本發(fā)明中，數(shù)字頻率合成器dds作為幅度調(diào)節(jié)器可以直接取代pin二極管和數(shù)控衰減器，由于在混頻之前實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，不需要考慮調(diào)節(jié)器本身的頻率響應(yīng)問題；數(shù)字頻率合成器dds本身具有極高的幅度分辨率，可以達(dá)到0.1db以內(nèi)，從而提高了整個(gè)alc控制系統(tǒng)的幅度穩(wěn)定精度；另外，數(shù)字頻率合成器dds的輸出幅度對溫度不是很敏感，可以避免pin二極管出現(xiàn)的溫度漂移和穩(wěn)定性問題。

附圖說明

圖1是閉環(huán)反饋式模擬alc控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是閉環(huán)反饋式數(shù)字alc控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的基于dds的后置混頻式數(shù)字alc控制系統(tǒng)裝置原理框圖。

圖4是本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理單元的原理框圖。

圖5是又一種幅度調(diào)制功能的實(shí)現(xiàn)形式。

具體實(shí)施方式

如圖3所示，一種基于dds的后置混頻式數(shù)字alc控制系統(tǒng)裝置，包括數(shù)字頻率合成器dds、射頻混頻通道、定向耦合器、寬帶檢波器、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元，其中：

數(shù)字頻率合成器dds為直接數(shù)字頻率合成器9；

射頻混頻通道由混頻器1、濾波單元2、功率放大器3構(gòu)成，數(shù)字頻率合成器dds產(chǎn)生中頻信號輸入至混頻器1，在混頻器1中與本地振蕩器進(jìn)行混頻獲得頻率符合要求的載波信號，載波信號再經(jīng)過濾波單元2濾波、功率放大器3放大后輸出至定向耦合器；

定向耦合器為功率分配單元4，功率分配單元4的主路輸出端與射頻信號的輸出主通道連接，功率分配單元4的耦合端連接寬帶檢波器，射頻混頻通道輸出的載波信號經(jīng)定向耦合器耦合至寬帶檢波器；

寬帶檢波器為對數(shù)檢波器5，對數(shù)檢波器5檢測載波信號功率幅度，并將載波信號功率幅度轉(zhuǎn)換為檢波電壓信號輸出至數(shù)據(jù)采集單元；

數(shù)據(jù)采集單元由電壓放大器6、a/d采集芯片7構(gòu)成，對數(shù)檢波器5輸出的檢波電壓信號經(jīng)電壓放大器6放大后被a/d采集芯片7采集，a/d采集芯片7將采集的檢波電壓信號傳送至數(shù)字處理單元8；

數(shù)字處理單元8中將檢波電壓信號與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)電壓值進(jìn)行差值比較、積分和量化處理，計(jì)算獲得dds相應(yīng)變化的幅度控制值，并通過自身spi接口將幅度控制值發(fā)送至數(shù)字頻率合成器dds；

數(shù)字頻率合成器dds根據(jù)數(shù)字處理單元發(fā)送的幅度控制值進(jìn)行信號幅度調(diào)節(jié)。

數(shù)字處理單元8基于fpga可編程邏輯芯片實(shí)現(xiàn)。

a/d采樣芯片7對電壓放大器6輸出的檢波電壓信號進(jìn)行采集并傳輸至fpga可編程邏輯芯片，在fpga可編程邏輯芯片內(nèi)部完成了檢波電壓數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)的比較和積分處理，獲得的積分值與基準(zhǔn)電壓值疊加形成數(shù)字頻率合成器dds的幅度控制值。

本發(fā)明中，數(shù)字頻率合成器dds產(chǎn)生一路中頻信號輸入至混頻器，與本地振蕩器進(jìn)行混頻獲得想要的載波頻率，經(jīng)過濾波單元濾除無用的頻率成份。載波信號通過功率放大器進(jìn)行功率放大，經(jīng)作為定向耦合器的功率分配單元和對數(shù)檢波器檢測功放輸出的載波信號幅度，該載波信號幅度以電壓的方式輸出至運(yùn)算放大器。由于小信號功率檢波電壓值非常小，為了保證不被adc(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)芯片的噪聲位淹沒以及提高檢波精度，輸出的檢波電壓被運(yùn)算放大器放大至adc的最大動(dòng)態(tài)采集范圍之內(nèi)。本實(shí)施案例中，為了提高檢波電壓分辨率，可以提高adc采集芯片的位數(shù)。

整機(jī)校準(zhǔn)之后已經(jīng)獲得了不同頻點(diǎn)下不同功率值的標(biāo)準(zhǔn)檢波電壓值和對應(yīng)的dds置數(shù)值，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理單元中。在穩(wěn)幅功能開啟后的過程中，數(shù)據(jù)處理單元通過adc采集芯片實(shí)時(shí)獲取檢波電壓值，并將檢波電壓與設(shè)定功率值的標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，獲取當(dāng)前功率值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值。為了防止在穩(wěn)幅的過程中出現(xiàn)抖動(dòng)或者幅度突變，將輸出的差值經(jīng)過一個(gè)加權(quán)的積分處理，可以平滑的將幅度過渡到設(shè)定的幅度大小，該權(quán)值根據(jù)不同的情況可以隨意設(shè)定：

vout(t)＝k*vin(t)+(1-k)*vout(t-1)

k為需要添加的權(quán)值；vin是獲得的檢波電壓差值；vout則是平滑過后的輸出控制電壓。獲得處理差值以后，數(shù)據(jù)處理單元需要將該差值電壓值轉(zhuǎn)換成dds的幅度控制字，并將該值與數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)部保存的dds置數(shù)值進(jìn)行添加去調(diào)節(jié)數(shù)字頻率合成器dds，達(dá)到了快速調(diào)節(jié)的目的。數(shù)字頻率合成器dds的幅度調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)50db以上，調(diào)節(jié)精度可達(dá)0.01db。數(shù)字處理單元的實(shí)施原理框圖如圖4所示。

本實(shí)施例中，alc控制系統(tǒng)作為一款后置混頻式數(shù)字alc控制系統(tǒng)裝置可以實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制功能和調(diào)制信號的產(chǎn)生。產(chǎn)生的調(diào)制信號與標(biāo)準(zhǔn)的參考電壓進(jìn)行求和并且與檢波單元的檢波電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，可以獲得幅度調(diào)制的時(shí)域電壓包絡(luò)，并將此包絡(luò)電壓轉(zhuǎn)換成幅度控制字與預(yù)置的幅度控制字進(jìn)行疊加，在數(shù)字頻率合成器dds內(nèi)部形成所設(shè)定的調(diào)幅信號。

作為一種變形，所述調(diào)制信號產(chǎn)生還可以利用上位機(jī)等實(shí)現(xiàn)，利用上位機(jī)將設(shè)置幅度調(diào)制功能的相關(guān)參數(shù)并下達(dá)至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元將設(shè)置的功能和參數(shù)轉(zhuǎn)化電壓波形并存儲(chǔ)。存儲(chǔ)后的幅度電壓波形與標(biāo)準(zhǔn)的參考電壓求和并進(jìn)行幅度調(diào)節(jié)，以達(dá)到幅度調(diào)制的要求。

作為另一種變形，調(diào)制信號還可以接收外部調(diào)制信號輸入，如圖5所示。利用高速adc采集芯片將輸入的模擬調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過用戶設(shè)定的調(diào)幅參數(shù)在數(shù)字處理單元進(jìn)行調(diào)制信號的幅度比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)好的電壓波形與標(biāo)準(zhǔn)參考電壓進(jìn)行求和并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，以達(dá)到幅度調(diào)制的要求。

作為一種變形，所述數(shù)據(jù)處理單元可以采用單獨(dú)的fpga型可編程邏輯芯片實(shí)現(xiàn)，或采用dsp芯片或arm芯片等實(shí)現(xiàn)。

作為一種變形，本實(shí)施例中的數(shù)字頻率合成器dds可以采用固定的信號發(fā)生器加數(shù)控衰減器的方式去實(shí)現(xiàn)，同樣可以實(shí)現(xiàn)整體幅度調(diào)節(jié)并且可以滿足外中頻上變頻alc控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)要求，但是穩(wěn)幅效果不如采用數(shù)字頻率合成器dds的方案好，并且難以實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制功能。

作為說明，數(shù)字alc控制系統(tǒng)在測量裝置中具有很多應(yīng)用領(lǐng)域，例如可以應(yīng)用于如射頻信號源的自動(dòng)電平控制電路中，也可以應(yīng)用于如頻譜分析儀的校準(zhǔn)源電路或監(jiān)測接收機(jī)的自動(dòng)增益控制電路中。

以上具體實(shí)施方案僅用于說明本發(fā)明，而非用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域內(nèi)一般技術(shù)人根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想所作任何不具有創(chuàng)造性的創(chuàng)造，均應(yīng)視為在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。