本發(fā)明涉及信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，還涉及一種中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

隨著無線電技術(shù)的發(fā)展，人們利用的微波信號(hào)的頻率越來越高，已經(jīng)達(dá)到太赫茲的頻段。由于高頻信號(hào)具有傳輸速度快、數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，在處理高頻信號(hào)時(shí)，需要將高頻信號(hào)通過下混頻的方式搬移到中頻信號(hào)進(jìn)行處理，中頻信號(hào)頻率一般是在幾十兆赫到幾百兆赫之間。中頻信號(hào)的頻率適中，大多數(shù)模擬器件都可以工作在中頻頻段，因此在微波儀器設(shè)計(jì)過程中，中頻信號(hào)的處理是通道設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。下變頻得到的中頻信號(hào)具有功率動(dòng)態(tài)范圍大的特點(diǎn)，需要在通道設(shè)計(jì)前端就將中頻信號(hào)的功率限定在一定范圍內(nèi)，這樣處理可以減輕后端通道設(shè)計(jì)的難度，提高設(shè)計(jì)的可靠性。

現(xiàn)有的解決方案是利用功率檢測(cè)電路以及中頻信號(hào)功率調(diào)節(jié)電路來解決上述問題的。如圖1所示，現(xiàn)有的中頻信號(hào)功率調(diào)節(jié)電路主要由壓控衰減器、放大器、功率檢測(cè)裝置、功分器、CPU單元、DAC等幾部分組成，工作原理如下：(1)下變頻得到的中頻信號(hào)首先經(jīng)過一個(gè)功分器，功分器的輸出一路接功率處理通道，一路接功率檢測(cè)電路；(2)功率檢測(cè)裝置主要由功率探頭構(gòu)成，它檢測(cè)到功率信號(hào)，并將功率信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后將該數(shù)字信號(hào)送到CPU單元；CPU單元會(huì)根據(jù)得到的數(shù)字信號(hào)計(jì)算得出功率幅值P_IN，然后根據(jù)公式P_OUT＝P_IN+P_A-P_ATT(式中P_OUT為輸出中頻功率，P_A為放大器放大值，P_ATT為衰減器衰減值)得到衰減器的衰減值；(4)CPU單元根據(jù)計(jì)算出的衰減器的衰減值，根據(jù)壓控衰減器的衰減曲線P_ATT＝kV，(k為衰減系數(shù))，就可以得出壓控衰減器需要配置的衰減電壓V；(5)CPU單元輸出信號(hào)控制DAC，使其輸出衰減電壓V，進(jìn)而控制衰減器的衰減幅度，從而調(diào)節(jié)中頻信號(hào)的功率。

圖1僅是示意圖，實(shí)際的中頻信號(hào)功率調(diào)節(jié)電路通常由多個(gè)串聯(lián)的壓控衰減器、放大器以及中頻濾波器構(gòu)成。

傳統(tǒng)的中頻信號(hào)功率調(diào)節(jié)電路存在如下缺點(diǎn)：

(1)需要專門的功率檢測(cè)裝置，也就是功率探頭，功率探頭的缺點(diǎn)就是測(cè)量數(shù)據(jù)隨溫度有較大變化，因此需要在多種溫度條件下進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)，這樣使得通道設(shè)計(jì)變得很復(fù)雜，增加了成本，同時(shí)占用了CPU資源。

(2)傳統(tǒng)的中頻信號(hào)功率調(diào)節(jié)電路需要經(jīng)過CPU單元反饋后再去調(diào)節(jié)功率控制通道，處理時(shí)間較慢，不能滿足高速變化的信號(hào)處理要求。

(3)需要用到多路DAC、功率探頭、CPU模塊等，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出一種中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路及方法，可以將功率變化范圍較大的中頻信號(hào)調(diào)節(jié)到目標(biāo)功率范圍內(nèi)，使得輸入射頻信號(hào)的功率動(dòng)態(tài)范圍大大增加，提高儀器的處理能力；同時(shí)設(shè)計(jì)了過載保護(hù)電路，當(dāng)功率過載時(shí)可以加大中頻信號(hào)的衰減，有效保護(hù)后端通道電路不受損害。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，包括：保護(hù)電路、功率放大單元、壓控衰減單元、中頻濾波單元、功分器、峰值檢波單元、采樣保持單元、電壓比較單元、過載保護(hù)單元；其中，

保護(hù)電路連接在信號(hào)輸入端與地之間，由二極管構(gòu)成，當(dāng)輸入中頻信號(hào)功率過大時(shí)直接通過二極管到地；

壓控衰減單元接收輸入的中頻信號(hào)，并根據(jù)電壓比較單元的比較電壓對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行功率衰減；

功率放大單元接收來自壓控衰減單元的中頻信號(hào)，并對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行功率放大；

中頻濾波單元接收來自功率放大單元的信號(hào)，并對(duì)混頻、放大過程中產(chǎn)生的自激、交調(diào)、諧波、分諧波信號(hào)進(jìn)行濾波處理，提高中頻信號(hào)的頻譜純度；

功分器將來自中頻濾波單元的信號(hào)功分為兩路，一路送入后端電路進(jìn)行處理，另一路送入峰值檢波單元；

峰值檢波單元接收來自功分器的中頻信號(hào)，并將該中頻信號(hào)的峰值檢測(cè)出來，如果中頻信號(hào)是連續(xù)波，那么檢波輸出為表征其幅度的一條直線；如果中頻信號(hào)是脈沖載波，那么檢波輸出為提取出來的脈沖調(diào)制信號(hào)；

采樣保持單元接收來自峰值檢波單元的峰值電壓，并將峰值電壓進(jìn)行采樣保持；

過載保護(hù)單元接收采樣保持單元的輸出電壓，與過載保護(hù)電壓進(jìn)行比較；

電壓比較單元將采樣保持得到的檢波電壓與表征目標(biāo)功率的設(shè)定電壓進(jìn)行比較，得到比較電壓，調(diào)節(jié)壓控衰減器；同時(shí)接收來自過載保護(hù)單元的過載電壓，如果信號(hào)過載則使得比較電壓變?yōu)闃O小值，從而使前端的壓控衰減單元衰減最大，保護(hù)后端的電路不受損害。

可選地，所述壓控衰減單元采用兩路或者多路壓控衰減器串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)較大范圍的功率衰減。

可選地，所述功率放大單元采用多個(gè)功率放大器串聯(lián)的方式提高信號(hào)的放大比例。

可選地，所述過載保護(hù)單元由比較器和一個(gè)與門構(gòu)成，如果檢波電壓大于過載保護(hù)電壓則比較器輸出為高，經(jīng)過與門后，過載電壓也為高；相反，如果檢波電壓小于過載保護(hù)電壓則比較器輸出為低，經(jīng)過與門后，過載電壓也為低；過載保護(hù)電壓是由定值電壓通過電位器分壓得到的，其大小可以通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

可選地，所述電壓比較單元中的設(shè)定電壓是由一個(gè)定值電壓通過電位器分壓的方式得到的，其大小通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

基于上述調(diào)節(jié)電路，本發(fā)明還提出了一種中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

第一步：中頻信號(hào)經(jīng)過壓控衰減單元、功率放大單元、中頻濾波單元后被功分為兩路，一路到后端處理電路，一路到峰值檢波單元；

第二步：峰值檢波單元對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行峰值檢波，得到其幅度峰值，并傳送到采樣保持電路；采樣保持單元對(duì)峰值電壓進(jìn)行采樣保持，得到檢波電壓后送到后端的電壓比較單元和過載保護(hù)單元；

第三步：過載保護(hù)單元得到比較電壓后，與過載保護(hù)電壓進(jìn)行比較，然后將比較器輸出電壓送到與門進(jìn)行處理，如果檢波電壓大于過載保護(hù)電壓則輸出為高；如果檢波電壓小于過載保護(hù)電壓則輸出為低；并將過載電壓反饋到電壓比較單元；

第四步：電壓比較單元接收檢波電壓、過載電壓以及表征目標(biāo)功率的設(shè)定電壓，三者進(jìn)行積分運(yùn)算。

可選地，在不過載的情況下，過載電壓為0V，對(duì)電壓比較單元無影響；檢波電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行積分運(yùn)算，得到的積分電壓控制壓控衰減器，從而調(diào)節(jié)中頻信號(hào)的功率，進(jìn)而影響峰值檢波單元的輸出，最終使檢波電壓與設(shè)定電壓達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，使得最終輸出的中頻信號(hào)功率限定在目標(biāo)功率范圍內(nèi)。

可選地，在過載的情況下，過載保護(hù)單元輸出過載電壓為高，迅速將積分電壓拉低，使壓控衰減單元的衰減變得最大，從而降低中頻信號(hào)的功率，保護(hù)后端電路。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)中頻信號(hào)經(jīng)過峰值檢波以及采樣保持后得到表征其功率的檢波電壓，檢波電壓與表征目標(biāo)功率的設(shè)定電壓進(jìn)行比較，不需要采用功率探頭進(jìn)行功率測(cè)量，簡(jiǎn)化了電路，降低了設(shè)計(jì)難度。

(2)壓控衰減單元接收比較電壓，自動(dòng)控制衰減大小，而不需要CPU控制單元的參與，提高了功率調(diào)節(jié)的速率，滿足高速變化的中頻信號(hào)的設(shè)計(jì)要求。

(3)設(shè)計(jì)了過載保護(hù)電路，不需要外部信號(hào)參與，即可以通過電路自身的反饋控制，增加壓控衰減單元的衰減值，降低中頻信號(hào)功率，保護(hù)后端電路。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為傳統(tǒng)的中頻信號(hào)功率調(diào)節(jié)電路原理圖；

圖2為本發(fā)明的中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路原理圖；

圖3為本發(fā)明的過載保護(hù)單元的原理圖；

圖4為本發(fā)明的電壓比較單元的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提出了一種電路構(gòu)成較為簡(jiǎn)單的中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路及方法，可以將中頻信號(hào)經(jīng)過放大、衰減后限定在目標(biāo)功率范圍內(nèi)，可以在功率過載時(shí)啟動(dòng)保護(hù)電路，保護(hù)后端的中頻信號(hào)處理電路。

如圖2所示，本發(fā)明的中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路包括保護(hù)電路、功率放大單元、壓控衰減單元、中頻濾波單元、功分器、峰值檢波單元、采樣保持單元、電壓比較單元、過載保護(hù)單元。

其中，保護(hù)電路連接在信號(hào)輸入端與地之間，由二極管構(gòu)成，當(dāng)輸入中頻信號(hào)功率過大時(shí)可以直接通過二極管到地，從而保護(hù)后端電路。

壓控衰減單元接收輸入的中頻信號(hào)，并根據(jù)電壓比較單元的比較電壓對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行功率衰減。通常采用兩路或者多路壓控衰減器串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)較大范圍的功率衰減，同時(shí)要求衰減器的工作頻率滿足設(shè)計(jì)需求。

功率放大單元接收來自壓控衰減單元的中頻信號(hào)，并對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行功率放大。通常采用多個(gè)功率放大器串聯(lián)的方式提高信號(hào)的放大比例，同時(shí)要求放大器的工作頻率滿足設(shè)計(jì)要求。

中頻濾波單元接收來自功率放大單元的信號(hào)，并對(duì)混頻、放大過程中電路可能產(chǎn)生的自激、交調(diào)、諧波、分諧波信號(hào)進(jìn)行濾波處理，從而提高中頻信號(hào)的頻譜純度，使后端電路不受干擾。

功分器將來自中頻濾波單元的信號(hào)功分為兩路，一路送入后端電路進(jìn)行處理，一路送入峰值檢波單元。

峰值檢波單元接收來自功分器的中頻信號(hào)，并將該中頻信號(hào)的峰值檢測(cè)出來，如果中頻信號(hào)是連續(xù)波，那么檢波輸出為表征其幅度的一條直線；如果中頻信號(hào)是脈沖載波，那么檢波輸出為提取出來的脈沖調(diào)制信號(hào)。

采樣保持單元接收來自峰值檢波單元的峰值電壓，并將峰值電壓進(jìn)行采樣保持。

過載保護(hù)單元接收采樣保持單元的輸出電壓，與過載保護(hù)電壓進(jìn)行比較，其構(gòu)成如圖3所示，過載保護(hù)單元由比較器和一個(gè)與門構(gòu)成，如果檢波電壓大于過載保護(hù)電壓則比較器輸出為高，經(jīng)過與門后，過載電壓也為高；相反如果檢波電壓小于過載保護(hù)電壓則比較器輸出為低，經(jīng)過與門后，過載電壓也為低。過載保護(hù)電壓是由定值電壓通過電位器分壓得到的，其大小可以通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

電壓比較單元主要由一個(gè)積分電路構(gòu)成，如圖4所示，R1、R2、R3、R4是比較電阻，C1是積分電容。電壓比較單元將采樣保持得到的檢波電壓與表征目標(biāo)功率的設(shè)定電壓進(jìn)行比較，得到比較電壓，去調(diào)節(jié)壓控衰減器；同時(shí)接收來自過載保護(hù)單元的過載電壓，如果信號(hào)過載則使得比較電壓變?yōu)闃O小值，從而使前端的壓控衰減單元衰減最大，從而保護(hù)后端的電路不受損害；設(shè)定電壓是由一個(gè)定值電壓通過電位器分壓的方式得到的，其大小可以通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

基于上述調(diào)節(jié)電路的中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)方法包括以下步驟：

第一步：中頻信號(hào)經(jīng)過壓控衰減單元、功率放大單元、中頻濾波單元后被功分為兩路，一路到后端處理電路，一路到峰值檢波單元；

第二步：峰值檢波單元對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行峰值檢波，得到其幅度峰值，并傳送到采樣保持電路；采樣保持單元對(duì)峰值電壓進(jìn)行采樣保持，得到檢波電壓后送到后端的電壓比較單元和過載保護(hù)單元；

第三步：過載保護(hù)單元得到比較電壓后，與過載保護(hù)電壓進(jìn)行比較，然后將比較器輸出電壓送到與門進(jìn)行處理，如果檢波電壓大于過載保護(hù)電壓則輸出為高(+5V)；如果檢波電壓小于過載保護(hù)電壓則輸出為低(0V)；并將過載電壓反饋到電壓比較單元；

第四步：電壓比較單元接收檢波電壓、過載電壓以及表征目標(biāo)功率的設(shè)定電壓，三者進(jìn)行積分運(yùn)算。

在不過載的情況下，過載電壓為0V，對(duì)電壓比較單元無影響。檢波電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行積分運(yùn)算，得到的積分電壓去控制壓控衰減器，從而調(diào)節(jié)中頻信號(hào)的功率，進(jìn)而影響峰值檢波單元的輸出，最終使檢波電壓與設(shè)定電壓達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)，使得最終輸出的中頻信號(hào)功率限定在目標(biāo)功率范圍內(nèi)。

在過載的情況下，過載保護(hù)單元輸出過載電壓為高(+5V)，會(huì)迅速將積分電壓拉低，使壓控衰減單元的衰減變得最大，從而降低中頻信號(hào)的功率，保護(hù)后端電路。

本發(fā)明的中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路及方法，中頻信號(hào)經(jīng)過峰值檢波以及采樣保持后得到表征其功率的檢波電壓，檢波電壓與表征目標(biāo)功率的設(shè)定電壓進(jìn)行比較，不需要采用功率探頭進(jìn)行功率測(cè)量，簡(jiǎn)化了電路，降低了設(shè)計(jì)難度。

本發(fā)明的中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路及方法，壓控衰減單元接收比較電壓，自動(dòng)控制衰減大小，而不需要CPU控制單元的參與，提高了功率調(diào)節(jié)的速率，滿足高速變化的中頻信號(hào)的設(shè)計(jì)要求。

本發(fā)明的中頻信號(hào)功率自動(dòng)調(diào)節(jié)電路及方法，設(shè)計(jì)了過載保護(hù)電路，不需要外部信號(hào)參與，即可以通過電路自身的反饋控制，增加壓控衰減單元的衰減值，降低中頻信號(hào)功率，保護(hù)后端電路。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。