[发明专利]射频信道闭环自动增益控制装置及方法

摘要

本发明公开一种射频信道闭环自动增益控制装置及方法，利用变型电桥原理自动增益控制模型，建立装置模型的传递函数G(dB)，建立装置模型自动增益控制传递电压k，给出装置模型增益控制的极限精度Δξ(dB)。“变型电桥原理”自动增益控制装置对传输射频宽带信号具有保真特性。“变型电桥原理”自动增益控制装置采用射频衰减器做为增益调整器件，利用射频衰减器的“控制-衰减”特性确定增益控制算法，确定增益控制算法产生的传递电压k，利用增益控制传递电压k严格控制射频衰减器的衰减量。射频信道闭环自动增益控制装置使射频系统总增益的相对改变量ΔG(dB)与射频衰减器的调整增量ΔL(dB)相平衡，从而使射频总增益保持不变，利用这一原理获得射频系统总增益的动态稳定。

主权项

1.射频信道闭环自动增益控制方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：步骤1：对射频信道闭环自动增益控制装置建立变型电桥原理自动增益控制模型的传递函数G：G也叫模型的射频总增益，其中P_入为变型电桥原理自动增益控制模型的射频信号总输入功率；P_出为变型电桥原理自动增益控制模型的射频信号总输出功率，P_出＝P₀·(1-y)，P_o为射频射频衰减器输出功率；y为输出端节点分流比，y=Pc,oPo,]]>P_c，o为比较支路输入功率；P_i为P_入的直通功率，P_i＝(1-x)·P_入；x为输入端节点分流比，P_c，i为参考支路输入功率；G₁为射频信道增益；L₂为射频衰减器的衰减量；A=Pc,iPi,]]>1+A=1+Pc,iPi=11-x;]]>设X为输入端节点直通比，Y为输出端节点直通比将X和Y代入传递函数G中，对G取分贝运算后得到变型电桥原理自动增益控制模型的传递函数G(dB)为：G(dB)＝G₁(dB)+L₂(dB)+Y(dB)+X(dB)，G(dB)也叫变型电桥原理自动增益控制模型的射频总增益；步骤2：射频信道闭环自动增益控制装置采用射频衰减器做为增益调整器件，利用射频衰减器的线性增长控制电压产生以分贝为单位的线性衰减输出信号这一特性，设定该装置自动增益控制的算法，以及由自动增益控制算法生成的自动增益控制传递电压k；利用射频检波器V～I特性的指数规律，将指数特性转化为线性特性；当射频检波二极管两端电压V为线性增长电压时，通过射频检波二极管的检波电流I_正向为指数性增长电流，该检波电流I_正向在负载电阻r上产生指数性增长电压v_I＝I_正向·r，对v_I取分贝运算，得到“变型电桥原理”自动增益控制需要的线性增长电压v_I(dBmv)，v_I(dBmv)＝20log(I_正向·r)；所述模型中比较支路b点的输出电压分贝值v_b(dBmv)为，v_b(dBmv)＝v(P_入)(dBmv)+X(dB)+G₁(dB)+L₂(dB)+y(dB)+G₄(dB)，参考支路c点的输出电压分贝值v_c(dBmv)为；v_c(dBmv)＝v(P_入)(dBmv)+x(dB)+G₃(dB)，v_b(dBmv)和v_c(dBmv)的约束条件是G₃(dB)＝G₄(dB)，x(dB)＝y(dB)，v(P_入)表示由射频信号总输入功率P_入决定的检波电压；当射频总增益为正常状态时，v_b(dBmv)＝v_b，0(dBmv)，v_b，0(dBmv)为射频总增益正常状态时的比较支路b点输出电压分贝值；v_c(dBmv)＝v_c，0(dBmv)，v_c，0(dBmv)为射频总增益正常状态时的参考支路c点输出电压分贝值；步骤3：增益控制传递电压为k，射频总增益为正常状态时k＝k₀，k₀＝v_b，0(dBmv)-v_c，0(dBmv)＝X(dB)+G₁(dB)+L₂(dB)，k₀为射频总增益正常状态时的增益控制传递电压，k₀用以设定正常增益状态时射频衰减器的控制电压v_L，v_L＝k₀+V₀，V₀为常数，调整V₀，使正常增益状态射频衰减器的衰减量为L₂(dB)；由于参考支路和比较支路的特性完全相同，因此参考支路和比较支路增益的变化不会影响射频总增益正常状态时增益控制传递电压k₀的值；k₀一旦确定，总输入功率P_入的变化将在总输出功率P_出中如实地反应出来；设定1个增益单位为n(dB)，n＝0.1(dB)或者n＝0.2(dB)；当总增益G(dB)变化1个增益单位时，记下增益控制传递电压k₀的变化量为m，此时射频衰减器控制电压v_L的改变量为dv_L，dvL=n(dB)m·M,]]>M为常数，调整M使dv_L产生的射频衰减器调整量为d_L(dB)＝n(dB)；当射频信道闭环自动增益控制装置的射频总增益G(dB)发生变化，使总增益变成G(dB)+Δ_G(dB)时，比较支路输出电压的分贝值v_b(dBmv)为：v_b(dBmv)＝v(P_入)(dBmv)+X(dB)+G₁(dB)+ΔG(dB)+L₂(dB)+y(dB)+G₄(dB)，参考支路输出电压的分贝值为，v_c(dBmv)＝v(P_入)(dBmv)+x(dB)+G₃(dB)，增益控制传递电压k成为，k＝v_b(dBmV)-v_c(dBmV)＝X(dB)+G₁(dB)+Δ_G(dB)+L₂(dB)＝k₀+Δ_G(dB)＝k₀+Δk，Δk是k的增量，显然Δk＝Δ_G(dB)；v_b(dBmv)和v_c(dBmv)是两条曲线，两条曲线的斜率基本一致，两条曲线之间的间距也基本一致；v_b(dBmv)和v_c(dBmv)两条曲线之间的间距就是增益控制传递电压k，两条曲线之间间距的一致性越好，k的线性度就越好，k只取决于射频总增益的变化Δ_G(dB)，而与输入功率的大小无关；对参考支路输出电压v_c和比较支路输出电压v_b取分贝运算的目的就是为了获得v_b(dBmv)和v_c(dBmv)两条曲线的斜率具有一致性，从而获得v_b(dBmv)和v_c(dBmv)两条曲线间距的一致性好这个事实，v_b(dBmv)和v_c(dBmv)两条曲线间距一致性好是变型电桥原理高精度自动增益控制的关键因素之一；步骤4：计算变型电桥原理自动增益控制传递电压k的增量Δk：Δk＝k-k₀；步骤5：当射频总增益变成G(dB)+Δ_G(dB)时，计算射频衰减器的控制电压v_L的增量Δv_L；当增益控制传递电压变化Δk时，相应的射频衰减器控制电压v_L的改变量Δv_L为，ΔvL=Δkm·M,]]>当射频总增益变化Δ_G(dB)时，射频衰减器的控制电压成为v_L+Δv_L；步骤6：当射频衰减器控制电压为v_L+Δv_L时，计算射频衰减器的调整量Δ_L(dB)为，ΔL(dB)=ΔvLdvL·n(dB)=Δk,]]>此时射频衰减器的总衰减量为L₂(dB)+Δ_L(dB)；因为Δ_L(dB)＝Δk，Δk＝Δ_G(dB)，所以Δ_L(dB)＝Δ_G(dB)；由于衰减与增益是一对性质相反的量，所以又将等式写成|Δ_L(dB)|＝|Δ_G(dB)|，它们大小相等，性质相反，即Δ_G(dB)+Δ_L(dB)＝0(dB)；步骤7：验证调整后的模型传递函数即射频总增益G_变(dB)：G_变(dB)＝G₁(dB)+Δ_G(dB)+L₂(dB)+Δ_L(dB)+Y(dB)+X(dB)＝G₁(dB)+L₂(dB)+Y(dB)+X(dB)＝G(dB)，调整后的射频总增益G_变(dB)等于正常状态时的射频总增益G(dB)，至此完成了“变形电桥原理”射频信道闭环自动增益控制；因为v_b(dBmv)和v_c(dBmv)表达式中的G₃(dB)＝G₄(dB)，因此公式|ΔG(dB)|G3(dB)=|ΔL(dB)|G4(dB),]]>成立，该表达式是射频总增益动态稳定时，变形电桥增益平衡的表达式；其中，Δ_G(dB)是射频总增益相对变化量的分贝值；Δ_L(dB)是射频衰减器调整量的分贝值；G₃(dB)是参考支路增益的分贝值；G₄(dB)是比较支路增益的分贝值；以上处理过程应保证变型电桥原理自动增益控制装置对传输射频宽带信号的保真特性。