CN103647520A - 一种基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法，其包括：步骤1，在信号源整机全频段、全功率范围内根据相应的频率和功率进行校准，建立二维的捷变频信号频响校准数组；步骤2，当开机时，将校准数据依据频率和功率的索引存入捷变频信号频响校准数组的相应存储区内；步骤3，当捷变频信号的频率或功率发生变化时，利用主控制器根据要切换成的频率，从所述二维的捷变频信号频响校准数组的存储区内取出相应的校准数据；步骤4，根据校准数据计算出当前对应的频响补偿数据，并将其通过数模转换送入电调衰减器中，对捷变频信号进行频率、功率点的频响补偿。本发明能使电路的频响补偿全通路响应时间达到10纳秒量级。

Description

一种基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，尤其涉及一种基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法。

背景技术

在测试技术领域，功率控制一般有两种方法：自动电平控制(Auto LevelControl，即ALC)和直接功率控制。自动电平控制是一种闭环功率控制方式，一般采用负反馈环路，在一定范围内对信号功率进行自动调节，使之与预置的参考功率电平始终保持一致，从而保证信号功率的准确、稳定。而直接功率控制则是一种开环功率控制方式，一般采用调制放大器或电调衰减器等直接改变输出信号的功率。闭环功率控制方法的电路响应时间一般在微秒到毫米量级；而开环功率控制方式，根据采用电路的不同，响应时间在几纳秒到几个毫米。闭环功率控制方式的优点是输出信号的功率准确度高，一般在1.0dB以内，在环境温度变化不大的情况下，现场校准的功率准确度指标可达0.3dB以内。但由于稳幅环路的存在，闭环功率控制方式的功率切换时间通常很难做到微秒量级以下。而开环功率控制方式下，由于没有稳幅控制电路的响应时间，其响应时间通常只取决于功率控制器件的响应时间。

在输出信号功率切换时间指标要求不高的情况下，为了即能保证输出信号的快速切换，又能保证闭环时输出信号的功率准确度，通常采用调制放大器来实现信号的功率控制。

由于开环功率控制方式没有功率检波、误差比较和积分跟随等环节，因此其全频段，尤其是宽带微波毫米波频段下的频响一致性较差，通常都需要进行校准和补偿。现有的基于调制放大器的开环频响补偿原理框图如图1所示。功率参考的预置数据和频响补偿的控制数据求和后，经DAC电路转换为调制放大器的控制电压，控制调制放大器的放大倍数，从而调节输出信号的功率，实现全频段不同频率下的频响一致性调节。

但是现有的基于调制放大器的开环功率控制方法，缺点是响应速度慢，由于调制器的采样时间、积分时间等原因，响应时间通常在500纳秒到2微秒量级，其对应的频响补偿时间也在微秒量级，这样的响应速度，显然无法达到10纳秒量级的捷变频信号发生的控制要求。

而捷变频信号源是雷达、通信和电子战领域常用的信号发生仪器，其输出信号的频率和功率切换时间通常小于百纳秒量级。要实现整机百纳秒量级的状态切换，其板级状态切换通常要在十纳秒量级上完成。如此短的时间内，传统信号源中的自动电平控制(即ALC)环路的速度已远远达不到要求，因此必须采用开环预置方式来实现捷变频信号源中的功率控制。

发明内容

为达到上述目的，本发明提供一种基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法，该方法综合考虑控制数据传输时间、数模转换时间等因素，使电路的频响补偿全通路响应时间能够保证在10纳秒量级，可满足信号产生设备整机百纳秒量级的状态切换时间要求。

本发明的基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法，其包括：

步骤1，在信号源整机全频段、全功率范围内根据相应的频率和功率进行校准，建立二维的捷变频信号频响校准数组；

步骤2，当开机时，将校准数据依据所述频率和功率的索引存入所述二维的捷变频信号频响校准数组的相应存储区内；

步骤3，当捷变频信号的频率或功率发生变化时，利用主控制器根据要切换成的频率和功率，从所述二维的捷变频信号频响校准数组的存储区内取出相应的校准数据；

步骤4，根据所述校准数据计算出当前对应的频响补偿数据，并将其通过数模转换送入电调衰减器中，对所述捷变频信号进行频率、功率点的频响补偿。

进一步的，所述步骤1包括：

步骤11，根据预置功率平坦度数据计算当前频率和功率点对应的频响补偿数值D，该值作为初始校准数值；然后设置信号源工作在连续波模式，并置功率参考DAC为当前待校准功率P0；

步骤12，在连续波模式下，开始校准，校准将在校准成功或者达到最大校准次数时结束，当校准成功时，将校准值D存入捷变频频响校准数组，当校准达到最大校准次数时，选一个最接近预置输出功率的频响校准值作为该点的校准值，并将该值存入捷变频频响校准数组；

步骤13，对于信号源整机，按照设定的频率步进和功率步进进行全频率段全功率段校准；

进一步的，所述步骤4包括：

步骤41，在所述信号源整机的捷变频频响校准数组内找到已校准的两点CalP1和CalP2，且CalP1的频率小于或等于Freq、功率小于或等于Power，CalP2的频率大于Freq、功率大于Power；

步骤42，根据CalP1和CalP2两点找到另外两个已校准的点CalP3、CalP4，且点CalP3、CalP4满足：CalP3的频率为F1、功率为P2，CalP4的频率为F2、功率为P1；且CalP1、CalP2、CalP3、CalP4的捷变频频响校准值分别为D1、D2、D3、D4；

步骤43，根据CalP1、CalP2、CalP3、CalP4四个校准点计算得到点CalP13、CalP24，其中CalP13满足：CalP13和CalP1、CalP3两点具有相同频率，CalP13的功率是当前整机要输出的功率Power，校准值D13是根据CalP1、CalP3两点的功率P1和P3以及当前功率Power计算得到的，计算公式为：

D13=D1+(D3-D1)*((Power-P1)/(P2-P1))，

其中CalP24满足：CalP24和CalP2、CalP4两点具有相同频率，CalP24的功率是当前整机要输出的功率Power，校准值D24是根据CalP2、CalP4两点的功率P2和P4以及当前功率Power计算得到的，计算公式为：

D24=D2+(D4-D2)*((Power-P2)/(P4-P2))；

步骤44，根据当前频率Freq以及获得的校准点CalP13、CalP24，根据公式D=((D24-D13)/(F2-F1))*Freq+D13-((D24-D13)/(F2-F1))*F1

计算得到当前频率校准值，该当前频率校准值为当前对应的频响补偿数据；

其中，当前频率为Freq，简写为F，当前功率为Power，简写为P。

进一步的，所述步骤4中，将所述功率和所述频响补偿数据求和后，经DAC的控制转换为所述电调衰减器的控制电压，根据所述电调衰减器的衰减量变化，对所述捷变频信号进行频率、功率点的频响补偿。

进一步的，所述步骤12中校准成功的具体步骤为：

步骤121，通过外部功率计获得连续波状态下实际输出功率Pi其中，1≤i<最大校准次数，然后计算所述实际输出功率Pi和预置输出功率P0的差值的绝对值Pcal=fabs(Pi-P0)；

步骤122，比较Pcal和校准指定的误差限ErrPowLimit的大小，如果Pcal小于或等于ErrPowLimit，则校准成功，将当前的校准值D存入校准数组中。

本发明的有益效果在于：

本发明遵循逐点校准以及相邻频率和功率点的频响补偿数据相近且连续变化的思想，通过内部电调衰减器及其驱动电路，可以使捷变频信号在频率捷变的同时，可实现高精度的功率准确捷变。

本发明基于外部标准功率计，依次获取全频段、全校准功率范围内的频响补偿数据，将其存入非易失性存储器中，将频响补偿数据通过数模转换器施加到电调衰减器上，通过电调衰减器10纳秒量级的快速变化，从而实现捷变频信号的快速幅度变化。

本发明可实现捷变频信号的连续发生。通过计算，将频响补偿数据预先存入频响补偿存储器中，在捷变频信号连续发生时，可以通过捷变总线的控制，实现10纳秒量级的捷变衰减器控制电压的连续变化。

本发明的补偿基于响应时间达纳秒级的捷变衰减器，频响补偿的调整时间可达10纳秒量级，因此可实现10纳秒量级的频率或功率捷变，提高捷变频信号的功率准确度。

附图说明

图1是本发明的基于调制放大器的频响补偿原理框图；

图2是本发明的基于电调衰减器的频响补偿原理框图。

具体实施方式

本发明的基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法，其包括：

步骤1，在信号源整机全频段、全功率范围内根据相应的频率和功率进行校准，建立二维的捷变频信号频响校准数组；

步骤2，当开机时，将校准数据依据所述频率和功率的索引存入所述二维的捷变频信号频响校准数组的相应存储区内；

步骤3，当捷变频信号的频率或功率发生变化时，利用主控制器根据要切换成的频率，从所述二维的捷变频信号频响校准数组的存储区内取出相应的校准数据；

步骤4，根据所述校准数据计算出当前对应的频响补偿数据，并将其通过数模转换送入电调衰减器中，对所述捷变频信号进行频率、功率点的频响补偿。

进一步的，所述步骤1包括：

步骤11，根据预置功率平坦度数据计算当前频率和功率点对应的频响补偿数值D，该值作为初始校准数值；然后设置信号源为连续波状态，并置功率参考DAC为当前待校准功率P0；

步骤12，在连续波模式下，开始校准，校准将在校准成功或者达到最大校准次数时结束，当校准成功时，将校准值D存入捷变频频响校准数组，当校准达到最大校准次数时，选一个最接近预置输出功率的频响校准值作为该点的校准值，并将该值存入捷变频频响校准数组；

步骤13，对于信号源整机，按照的频率步进和功率步进进行全频率段全功率段校准。

在频率捷变信号测试领域，要求信号的频率或功率切换时间在微秒量级以下。在雷达、电子对抗以及测试技术领域，捷变频信号的频率和功率切换时间一般要达到在百纳秒量级。这么短的频响补偿切换时间，采用闭环功率控制方式显然是不可能实现的。因此，在捷变信号测试领域，一般采用图2所示的频响补偿电路。图中的功率参考控制数据和频响补偿控制数据求和后经过高速DAC的控制，将功率参考和频响补偿转换为电调衰减器的控制电压，通过电调衰减器的衰减量的快速变化，实现对输入信号频响的百纳秒量级以下的补偿和调节，从而保证输出信号的功率准确度。

校准算法：

在校准开始前，设定整机校准过程中的频率步进和功率步进，指定特定的误差功率误差限ErrPowLimit，并根据整机的频率范围和功率范围，确定存放校准数据的数组的大小。

i、在当前频率和功率(freq，pow)点，根据预置功率平坦度数据(功率平坦度数据是信号源在捷变衰减为0时保证功率输出正常的频响补偿数据)，计算当前频率和功率点对应的频响补偿数值D，该值作为该点校准的初始校准数值；

ii、设置信号源为连续波模式，并置功率参考DAC为当前预置输出功率(即待校准功率)P0；

iii、通过外部功率计获得当前实际输出功率Pi后，计算此时的实际输出功率Pi和预置输出功率P0的差值的绝对值Pcal=fabs(Pi-P0)；

iv、比较Pcal和校准的误差限ErrPowLimit的大小，如果Pcal小于或等于ErrPowLimit，我们认为该点在循环校准了i次后校准成功，将当前的校准值D存入校准数组中，结束当前频率功率点校准；

v、否则，当Pcal大于ErrPowLimit且1≤i<最大校准次数时，如果Pi大于P0，则将当前校准数值D减去修正值StepPowCal；如果Pi小于P0，则将当前校准数值D加上修正值StepPowCal，然后把计算后得到的新的校准值D送入捷变衰减控制DAC中。再次获得此时的输出功率Pi，转到iii。

注：以上为校准一个点(freq，pow)的步骤，对于信号源整机，在相应的功率范围(例：-10dBm-30dBm)频率范围内(例：100MHz-20GHz)，按照一定的功率步进(例：5dBm)和频率步进(例：200MHz)进行全频率段全功率段校准。

补偿算法：

当前频率为Freq，当前功率为Power，并且当前频率和功率在已校准的频段范围和功率范围内。

在整机捷变频频响校准的数组内找到已校准的频率和功率分别小于或等于和大于Freq和Power的两点CalP1和CalP2，使CalP1(F1，P1)的频率和功率小于等于Freq和Power，使CalP2(F2，P2)的频率和功率大于等于Freq和Power；

根据CalP1和CalP2两点找到另外两个已校准的点CalP3，CalP4，它们的频率和功率分别为(F1，P2)和(F2，P1)；

对应CalP1、CalP2、CalP3、CalP4点的捷变频响校准值为D1、D2、D3、D4；

根据当前找到的四个校准点，计算得到另外两点CalP13、CalP24，其中CalP13和CalP1、CalP3两点具有相同频率，功率是当前整机要输出的功率Power，校准值D13是根据CalP1、CalP3两点的功率P1和P3以及当前功率Power计算得到的D13=D1+(D3-D1)*((Power-P1)/(P2-P1))，相同原理D24=D2+(D4-D2)*((Power-P2)/(P4-P2))；

当前频率为Freq，CalP13、CalP24两点的频率和校准值为(F1，D13)，(F2，D24)，与D13和D24相同原理计算得到当前频率校准值D=((D24-D13)/(F2-F1))*Freq+D13-((D24-D13)/(F2-F1))*F1。

在整机全频段、全预置功率范围内，采取能够满足频响指标要求的频率和功率间隔，建立一个二维的捷变频信号频响校准数组来存储校准数据。开机时，将上述数据依据频率和功率索引存入相应的存储区内；当捷变频信号的频率或预置功率发生变化时，主控制器根据将要切换成的频率，从频响补偿数据存储区中取出相应的频响补偿数据，计算出当前对应的频响补偿数据，送入电调衰减器驱动DAC中，从而实现对当前频率、功率点的频响补偿，保证捷变频信号的频响指标。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法，其特征在于，包括：

步骤1，在信号源整机全频段、全功率范围内根据相应的频率和功率进行校准，建立二维的捷变频信号频响校准数组；

步骤2，当开机时，将校准数据依据所述频率和功率的索引存入所述二维的捷变频信号频响校准数组的相应存储区内；

步骤3，当捷变频信号的频率或功率发生变化时，利用主控制器根据要切换成的频率和功率，从所述二维的捷变频信号频响校准数组的存储区内取出相应的校准数据；

步骤4，根据所述校准数据计算出当前对应的频响补偿数据，并将其通过数模转换送入电调衰减器中，对所述捷变频信号进行频率、功率点的频响补偿。

进一步的，所述步骤1包括：

步骤11，根据预置功率平坦度数据计算当前频率和功率点对应的频响补偿数值D，该值作为初始校准数值；然后设置信号源为连续波模式，并置功率参考DAC为当前待校准功率P0；

步骤12，在连续波模式下，开始校准，校准将在校准成功或者达到最大校准次数时结束，当校准成功时，将校准值D存入捷变频频响校准数组，当校准达到最大校准次数时，选一个最接近预置输出功率的频响校准值作为该点的校准值，并将该值存入捷变频频响校准数组；

步骤13，对于信号源整机，按照设定的频率步进和功率步进进行全频率段全功率段校准；

进一步的，所述步骤4包括：

步骤41，在所述信号源整机的捷变频频响校准数组内找到已校准的两点CalP1和CalP2，且CalP1的频率小于或等于Freq、功率小于或等于Power，CalP2的频率大于Freq、功率大于Power；

步骤42，根据CalP1和CalP2两点找到另外两个已校准的点CalP3、CalP4，且点CalP3、CalP4满足：CalP3的频率为F1、功率为P2，CalP4的频率为F2、功率为P1；且CalP1、CalP2、CalP3、CalP4的捷变频频响校准值分别为D1、D2、D3、D4；

步骤43，根据CalP1、CalP2、CalP3、CalP4四个校准点计算得到点CalP13、CalP24，其中CalP13满足：CalP13和CalP1、CalP3两点具有相同频率，CalP13的功率是当前整机要输出的功率Power，校准值D13是根据CalP1、CalP3两点的功率P1和P3以及当前功率Power计算得到的，计算公式为：

D13=D1+(D3-D1)*((Power-P1)/(P2-P1))，

其中CalP24满足：CalP24和CalP2、CalP4两点具有相同频率，CalP24的功率是当前整机要输出的功率Power，校准值C24是根据CalP2、CalP4两点的功率P2和P4以及当前功率Power计算得到的，计算公式为：

D24=D2+(D4-D2)*((Power-P2)/(P4-P2))；

步骤44，根据当前频率Freq以及获得的校准点CalP13、CalP24，根据公式D=((D24-D13)/(F2-F1))*Freq+D13-((D24-D13)/(F2-F1))*F1

计算得到当前频率校准值，该当前频率校准值为当前对应的频响补偿数据；

其中，当前频率为Freq，简写为F，当前功率为Power，简写为P。

2.如权利要求1所述的基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法，其特征在于，所述步骤4中，将所述功率和所述频响补偿数据求和后，经DAC的控制转换为所述电调衰减器的控制电压，根据所述电调衰减器的衰减量变化，对所述捷变频信号进行频率、功率点的频响补偿。

3.如权利要求1所述的基于电调衰减器的捷变频信号频响补偿方法，其特征在于，所述步骤12中校准成功的具体步骤为：

步骤121，通过外部功率计获得连续波状态下实际输出功率Pi其中，1≤i<最大校准次数，然后计算所述实际输出功率Pi和预置输出功率P0的差值的绝对值Pcal=fabs(Pi-P0)；

步骤122，比较Pcal和校准指定的误差限ErrPowLimit的大小，如果Pcal小于或等于ErrPowLimit，则校准成功，将当前的校准值D存入校准数组中。

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