本發(fā)明涉及自動電平控制系統(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)：

自動電平控制(automaticlevelcontrol，alc)系統(tǒng)在通信、雷達發(fā)射機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確度和穩(wěn)定性。而alc控制系統(tǒng)則是保證以上性能指標的主要途徑。

閉環(huán)反饋式模擬alc控制系統(tǒng)是發(fā)射機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)的輸出信號能自動跟蹤給定值，減小了跟蹤誤差，提高了控制精度，抑制了擾動信號的影響。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，隨著整個芯片工作時間加長，芯片本身和周圍環(huán)境溫度都在不斷發(fā)生變化。而當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，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)動分為恒流驅(qū)動和恒壓驅(qū)動，恒流驅(qū)動時，電壓改變，反之恒壓驅(qū)動時，電流改變。從理論分析可知，恒流驅(qū)動狀態(tài)下的可變衰減器的溫度穩(wěn)定性高于恒壓驅(qū)動，因為二極管的伏安關(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)，當環(huán)境溫度發(fā)生變化時該值也會跟隨變化，而且隨溫度變化范圍較大；ut為溫度的電壓當量，與溫度成線性關(guān)系，當電流固定不變時，交流阻抗近似與ut成線性關(guān)系；當電壓固定不變時，交流阻抗與溫度成復(fù)雜的關(guān)系。is的變化將會引起交流阻抗發(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)時間和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當反饋回路的響應(yīng)時間很快時，系統(tǒng)穩(wěn)定性會受到很大影響，可能會導(dǎo)致輸出信號抖動甚至穩(wěn)不住的問題產(chǎn)生；當反饋回路的響應(yīng)時間比較長時，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，該裝置就難以實現(xiàn)跟蹤調(diào)節(jié)。所以，這些都會對調(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)字信號進行處理，在數(shù)字處理芯片內(nèi)部進行比較、積分和預(yù)置。在功率調(diào)節(jié)端利用小步進的數(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決定，例如數(shù)控衰減器的最小步進量為1db，整個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)控衰減器的步進式特性，無法在該acl控制環(huán)路上實現(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導(dǎo)致alc控制系統(tǒng)性能下降。

技術(shù)實現(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、無法實現(xiàn)模擬調(diào)制的問題。

為了達到上述目的，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)的基準電壓值進行差值比較、積分和量化處理，計算獲得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)和基準電壓數(shù)據(jù)的比較和積分處理，獲得的積分值與基準電壓值疊加形成數(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，通過alc檢波回路中的檢波幅度處理和反饋，并對dds的幅度控制字進行更改，達到快速調(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)動態(tài)范圍高達50db以上，調(diào)節(jié)精度可達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可充當初始激勵源參與后續(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行對數(shù)檢波，并將檢波電壓進行放大處理，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可編程邏輯芯片實現(xiàn)，檢波電壓數(shù)據(jù)與基準電壓數(shù)據(jù)進行比較，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，可以達到0.1db以內(nèi)，從而提高了整個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)制功能的實現(xiàn)形式。

具體實施方式

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)的基準電壓值進行差值比較、積分和量化處理，計算獲得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)和基準電壓數(shù)據(jù)的比較和積分處理，獲得的積分值與基準電壓值疊加形成數(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算放大器放大至adc的最大動態(tài)采集范圍之內(nèi)。本實施案例中，為了提高檢波電壓分辨率，可以提高adc采集芯片的位數(shù)。

整機校準之后已經(jīng)獲得了不同頻點下不同功率值的標準檢波電壓值和對應(yīng)的dds置數(shù)值，并將數(shù)據(jù)存儲于數(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采集芯片實時獲取檢波電壓值，并將檢波電壓與設(shè)定功率值的標準電壓進行實時比較，獲取當前功率值與標準值的差值。為了防止在穩(wěn)幅的過程中出現(xiàn)抖動或者幅度突變，將輸出的差值經(jīng)過一個加權(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)值進行添加去調(diào)節(jié)數(shù)字頻率合成器dds，達到了快速調(diào)節(jié)的目的。數(shù)字頻率合成器dds的幅度調(diào)節(jié)動態(tài)范圍高達50db以上，調(diào)節(jié)精度可達0.01db。數(shù)字處理單元的實施原理框圖如圖4所示。

本實施例中，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)制信號與標準的參考電壓進行求和并且與檢波單元的檢波電壓進行實時比較，可以獲得幅度調(diào)制的時域電壓包絡(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等實現(xiàn)，利用上位機將設(shè)置幅度調(diào)制功能的相關(guān)參數(shù)并下達至數(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。存儲后的幅度電壓波形與標準的參考電壓求和并進行幅度調(diào)節(jié)，以達到幅度調(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)好的電壓波形與標準參考電壓進行求和并實時調(diào)節(jié)，以達到幅度調(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的fpga型可編程邏輯芯片實現(xiàn)，或采用dsp芯片或arm芯片等實現(xiàn)。

作為一種變形，本實施例中的數(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現(xiàn)，同樣可以實現(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電平控制電路中，也可以應(yīng)用于如頻譜分析儀的校準源電路或監(jiān)測接收機的自動增益控制電路中。

以上具體實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范圍之內(nèi)。