一種agc環(huán)路的自動(dòng)增益控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高頻信號(hào)的測量技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及石油測井高頻檢測，特別設(shè)及一種AGC 環(huán)路的自動(dòng)增益控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著世界石油工業(yè)的不斷發(fā)展，鉆井?dāng)?shù)量急劇增加，很多老油田（例如勝 利油田和玉口油田）油氣井?dāng)?shù)量已經(jīng)趨于飽和，在運(yùn)樣的實(shí)際背景下，通過增加鉆井?dāng)?shù)量來 提高油氣的開采量越來越困難和不現(xiàn)實(shí)，因此提高老油氣井的采收率將是一個(gè)重要方向， 于是需要對運(yùn)些老油氣井進(jìn)行重新測井，即對目的油氣層進(jìn)一步作精細(xì)描述，W確定剩余 油氣飽和度。由于大部分油氣田普遍采用注水開采方式，因此要想確定剩余油氣飽和度，必 須首先將水區(qū)分開來，由于油、氣、水及各種巖石的介電常數(shù)存在差異，運(yùn)就導(dǎo)致了介電測 井方法的提出，從而將電測井方法從低頻向高頻領(lǐng)域發(fā)展，例如哈里伯頓公司的雙頻介電 測井儀和斯倫貝謝公司2010年推出的介電掃描測井儀都是利用了高頻介電測井方法。因此 對高頻信號(hào)的測量研究對石油測井領(lǐng)域?qū)⒕哂兄匾饬x。
[0003] 高頻的飛速發(fā)展帶來了兩個(gè)領(lǐng)域的飛躍:無線通信領(lǐng)域和微波測量領(lǐng)域。
[0004] 在無線通信領(lǐng)域，終端射頻性能的優(yōu)劣直接取決于射頻收發(fā)機(jī)的校準(zhǔn)，包括對 AGC，AFC和APCS個(gè)核屯、參數(shù)的校準(zhǔn)。由于用戶自身的需求，無線終端設(shè)備在通信過程中具 有位置隨機(jī)，環(huán)境紛雜的特征，運(yùn)就使得設(shè)備必須具有調(diào)整發(fā)射功率的能力。當(dāng)無線終端設(shè) 備離基站較遠(yuǎn)時(shí)，設(shè)備發(fā)射功率就要足夠大，W保證信息的傳遞;當(dāng)無線終端設(shè)備離基站較 近時(shí)，過大的功率會(huì)帶來各種干擾，設(shè)備的發(fā)射功率就要適中。特別的，在日常生活中，無線 通信終端的續(xù)航能力決定著它對市場的占有率，決定著它在同一產(chǎn)品中的核屯、競爭力，運(yùn) 樣就要求設(shè)備發(fā)射功耗具有適時(shí)調(diào)整的特點(diǎn)。
[0005] 再者，電磁波的傳播不僅受傳播距離的約束，在不同環(huán)境中受地形，地物的影響也 很大。多徑傳播造成的信號(hào)衰落，建筑物的遮擋造成的陰影效應(yīng)，移動(dòng)造成多普勒頻移，甚 至天氣情況的變化，都能導(dǎo)致無線終端設(shè)備接收信號(hào)強(qiáng)度的擾動(dòng)。運(yùn)樣，無線終端設(shè)備中的 射頻接收機(jī)接收到的信號(hào)就會(huì)有一個(gè)較為寬泛的功率范圍，運(yùn)對后續(xù)W恒定電平為主的解 調(diào)或AD轉(zhuǎn)換造成了巨大的困難，一個(gè)合適的AGC顯得較為重要。
[0006] 最后，在微波測量領(lǐng)域，測量源輸出的功率穩(wěn)定度直接決定著后續(xù)測量的正確度， 精確度，精準(zhǔn)度，任何輸入信號(hào)的波動(dòng)都會(huì)造成對測量結(jié)果的沖擊和偏移，運(yùn)就必須使輸出 的源信號(hào)穩(wěn)幅在小范圍。運(yùn)樣在輸出信號(hào)前使用AGC既能達(dá)到穩(wěn)幅的目的，也能對高強(qiáng)度沖 擊起到緩沖作用，保護(hù)后續(xù)電路。
[0007] 現(xiàn)有自動(dòng)增益控制的方法及其局限性:現(xiàn)有的自動(dòng)增益控制分為兩大類，模擬式 AGC和數(shù)字式AGC，只能處理穩(wěn)定包絡(luò)信號(hào)，對于波動(dòng)信號(hào)處理存在延時(shí)高，控制誤差大的缺 點(diǎn)。其主要原理如下述：1)數(shù)字式AGC，檢波器檢測到傳輸信號(hào)的功率，將其送入后級(jí)比較 器，根據(jù)輸出信號(hào)與比較器口限電壓的關(guān)系，輸出對應(yīng)的一組數(shù)字式控制信號(hào)，送入后級(jí)數(shù) 字式衰減器，控制衰減器的衰減量達(dá)到穩(wěn)定信號(hào)的目的。運(yùn)種方法優(yōu)勢明顯：控制方法靈 活，可動(dòng)態(tài)設(shè)置衰減值。它的缺點(diǎn)在于：由于數(shù)字電路本身的特點(diǎn)，AGC環(huán)路響應(yīng)時(shí)間較慢， 檢波器需要將檢測到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且在數(shù)字信號(hào)處理部分比較后再送入 衰減器，其過程的響應(yīng)時(shí)間與數(shù)字電路處理速度有關(guān)，不能人為保證輸出響應(yīng)的時(shí)間。2)模 擬式AGC檢波器檢測到輸入信號(hào)功率，將其輸入比較器，通過后續(xù)過程的處理，輸出控制衰 減器的信號(hào)，調(diào)節(jié)衰減器的增益大小，達(dá)到穩(wěn)幅的目的。運(yùn)種模擬式的環(huán)路響應(yīng)速度非常 快。但是因?yàn)槟骋粫r(shí)刻的控制增益由模擬電壓決定，運(yùn)樣就使得電壓控制的即時(shí)衰減無法 精確衡量，無法保證信號(hào)幅度穩(wěn)定程度，檢測誤差大，并且模擬AGC原理及電路模糊籠統(tǒng)，用 戶使用困難。
[000引市面上目前僅有少量的AGC成品忍片，例如HITTIE公司提供的高頻AGC忍片和中頻 AGC忍片，但其過程不慎詳述，并且高頻AGC忍片的工作頻率范圍為700MHz-3GHz，并不能滿 足其他頻段，尤其是更高頻段電路的應(yīng)用。而對于其他頻段的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者往往要通過研究 復(fù)雜的原理，用多種分離元器件搭建電路來滿足需求，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，與高速創(chuàng)造財(cái)富的社會(huì)節(jié) 奏格格不入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題提供一種AGC環(huán)路的自動(dòng)增益控制系統(tǒng)及控制方法， 讓用戶能夠根據(jù)具體需求快速準(zhǔn)確地確定需要的元器件及電路的搭建，提高效率，省時(shí)省 力。
[0010] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[001 U -種AGC環(huán)路的自動(dòng)增益控制系統(tǒng)，包括：
[0012] 衰減器，用于接收微波源輸出功率信號(hào)，并將輸出功率信號(hào)傳輸至禪合器；
[0013] 禪合器，用于將衰減器輸出功率禪合并送入檢波器；
[0014] 檢波器，用于將輸入信號(hào)進(jìn)行檢波，并通過控制電壓控制信號(hào)的輸出到運(yùn)算放大 器；
[0015] 運(yùn)算放大器，用于將接收到檢波器輸出電壓，并根據(jù)檢波器的工作模式將輸出電 壓送入衰減器的控制電壓端口；
[0016] 所述衰減器、禪合器、檢波器和運(yùn)算放大器依次級(jí)聯(lián)配合形成AGC環(huán)路;通過禪合 器禪合信號(hào)，檢波器對輸入信號(hào)進(jìn)行檢波，并通過控制電壓控制信號(hào)的輸出，運(yùn)算放大器接 收到檢波器輸出電壓，然后經(jīng)運(yùn)算放大器輸出衰減器的控制電壓：
[001引其中，P'Dut為所需要的AGC環(huán)路輸出信號(hào)，C為禪合器的禪合度，其中k= 1/20 X Islp, Islp指檢波器的電流斜率，Pz為數(shù)檢波器的截?cái)喙β?，Ro為控制電壓模塊的阻抗。
[0019] 進(jìn)一步，所述檢波器包括相互連接的控制電壓模塊、對數(shù)檢波模塊和積分電容模 塊。
[0020] 本發(fā)明進(jìn)而給出了一種AGC環(huán)路的自動(dòng)增益控制方法，包括下述步驟：
[0021] 1)禪合器禪合到信號(hào)：
[0022] P = Pout-C (1)
[0023] 其中，Pcut為AGC環(huán)路中禪合器輸出功率，C為禪合器的禪合度；
[0024] 2)檢波器=個(gè)模塊對輸入信號(hào)進(jìn)行檢波，并通過控制電壓控制信號(hào)的輸出；具體 包括下述步驟：
[0025] O對數(shù)檢波模塊將輸入功率信號(hào)檢波，通過多級(jí)對數(shù)檢波模塊對輸入功率信號(hào)檢 波得到檢波電流：
[0026] lDET = k(P-Pz) (2)
[0027] 其中：
Islp為忍片電流斜率;P為檢波器輸入功率，即禪合器禪合端輸 出功率;Pz為對數(shù)檢波器的截?cái)喙β剩?br>[002引ii )控制電壓模塊端口Vset輸入控制信號(hào)：
[0029] Iset = VsetZRo (3)
[0030] 其中，Vset為控制電壓端口控制電壓，Ro為控制電壓模塊的阻抗，Iset為控制電壓模 塊的輸出電流；
[0031] 化）積分電容模塊：
(斗）
[0033] 其中，Zflt為積分電容模塊的等效阻抗，Cflt為積分電容模塊的等效電容；
[0034] iv)在電壓控制模塊，對數(shù)檢波模塊和積分電容模塊=部分的節(jié)點(diǎn)處使用基爾霍 夫電流定律有：
[0035] Iset= IDET+1FLT (5)
[0036] 進(jìn)而得到檢波器的輸出電壓值：
(6)
[003引其中，K是積分電容模塊至ijVouT之間的緩沖器的增益；
[0039] 3)運(yùn)算放大器接收到檢波器輸出電壓，然后經(jīng)運(yùn)算放大器輸出衰減器的控制電 壓：
[0041] 其中，P'Dut為所需要的AGC環(huán)路輸出信號(hào)，C為禪合器的禪合度，其中k= 1/20 X Islp, Islp指檢波器的電流斜率，Pz為數(shù)檢波器的截?cái)喙β?，Ro為控制電壓模塊的阻抗；
[0042] 4)調(diào)整運(yùn)算放大器正相端控制電壓，令其等于負(fù)相端電壓，所設(shè)置的Vset和Vctr就 可使環(huán)路進(jìn)入自動(dòng)增益控制狀態(tài)。
[0043] 進(jìn)一步，步驟3)中，若檢波器輸入與輸出成負(fù)相關(guān)性，此時(shí)運(yùn)算放大器工作在差動(dòng) 模式，檢波器輸出Vout進(jìn)入運(yùn)算放大器負(fù)相端；同時(shí)為保證衰減器衰減量為0，使差動(dòng)放大器 輸出為0,則調(diào)整運(yùn)算放大器正相端輸入電壓Vctr的值，使其與輸入負(fù)相端的電壓值相等；
[0044] 若檢波器輸入與輸出成正相關(guān)性，則運(yùn)放工作在正向放大模式;檢波器輸出電壓 Vout從放大器正相端輸入;調(diào)整運(yùn)算放大器的電阻W調(diào)整放大倍數(shù)。
[0045] UO
[0046] 進(jìn)一步，當(dāng)檢波器為負(fù)相關(guān)檢波器時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電壓為： (7)
[0048] 其中，Vctr為運(yùn)算放大器正相端輸入電壓;R功運(yùn)算放大器同相端輸入電阻，R3為反 饋電阻。
[0049] 進(jìn)一步，當(dāng)前級(jí)檢波器為正相關(guān)時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出UO為：
(8)
[0051] 其中，R2為運(yùn)算放大器