基于開環功率補償的窄脈沖調制信號穩幅技術

楊永軍 何攀峰 左永鋒

（中國電子科技集團公司 第四十一研究所，山東 青島 266555）

0 引言

隨著無線電通信和雷達等技術的迅猛發展，信號源的脈沖調制尤其是窄脈沖調制得到了越來越廣泛的應用。然而如何保證窄脈沖調制下信號源的功率準確度一直是困擾設計人員的一個難題。

當前信號源的穩幅方式大都采用ALC（Auto Level Control）系統，受ALC 環路帶寬的限制，信號源在窄脈沖調制調制中將處于保持狀態。保持狀態下的信號源存在兩個問題：首先，隨著積分電容的持續放電，信號源的輸出功率會不斷漂移，這就是功率漂移現象；其次，在保持狀態下進行射頻開關切換等操作會導致功率突然放大，本文稱之為功率突變現象。功率漂移和功率突變問題的存在對窄脈沖調制信號的功率準確度構成了挑戰。先前的解決方法是使用搜索方式，然而搜索方式下測試效率較低且不支持載波信號為掃頻的應用。本文在對信號源在窄脈沖調制下所遇問題進行分析的基礎上，提出了一種全新的開環功率補償方法，并通過試驗對補償效果進行了檢驗。

1 脈沖調制時的穩幅環路分析

在微波信號源中ALC 系統主要由振蕩器、線性調制器、定向耦合器、檢波器、積分器等部分組成。其基本原理是由檢波器對定向耦合器的耦合輸出進行檢波，獲得攜帶功率信息的檢波電壓，檢波電壓經過對數放大后與功率參考電平求和得到誤差電壓，誤差電壓通過積分器對加到線性調制器的電流進行動態調整，最終獲得準確穩定的輸出功率。

脈沖調制是一種特殊的幅度調制，要求脈沖為高電平時輸出幅度應為信號源的設定值，脈沖為低時輸出幅度越低越好。脈沖為低電平時射頻輸出信號被關死，因而這時的檢波器的檢波電壓無法反映脈沖為高電平時是無效的。為了避免ALC 環路對錯誤的求和結果響應而造成脈沖為高電平時的初始功率紊亂，通常需要增加一個取樣/保持開關，使用脈沖信號控制開關的通斷的方式使ALC 環路積分器與脈沖調制信號同步。受元器件特性限制，信號源的檢波器、對數放大器等硬件電路需要一定的時間才能進入穩定輸出狀態，而在此之前過渡狀態下的檢波電壓是無效的。為了避免ALC 環路受到無效信號的干擾，需要給脈沖同步信號的上升沿一定的延遲時間，延遲時間要求盡可能短以提高閉環調制的脈寬范圍，又必須大于所有相關硬件疊加的反應時間。在AV1487 合成源中這個延遲時間為1.5us。

當脈沖寬度小于電路的反應時間時，信號源ALC 環路將斷開，環路積分器處于保持狀態，這時會產生以下兩個問題：

功率漂移問題：由于積分電容存在放電效應，信號源在脈沖為高電平時的功率會逐步漂移，直至完全消失。

1）功率漂移問題：由于積分電容存在放電效應，信號源在脈沖為高電平時的功率會逐步漂移，直至完全消失。

2）功率突變問題：窄脈沖調制下進行切換射頻開關等操作會造成輸出功率達到最大輸出功率，會對功率敏感設備造成嚴重后果。

功率漂移和功率突變現象在使用中會造成測試結果不準確甚至會造成被測件和其他測試設備的損壞。因此，引入一種專門針對窄脈沖調制的穩幅技術顯得尤為迫切。

2 搜索方式的原理及其局限性

針對信號源在窄脈沖調制下無法穩幅的問題，現有的解決方法是功率搜索，其基本原理是先閉合ALC 環路找到并保持恰當的調制器驅動電流，然后再斷開ALC 環路。這種方法雖然能夠解決窄脈沖調制的功率漂移問題，但是局限性也非常的明顯。

1）降低了測試效率，在搜索方式下每改變一次頻率及功率設置都要進行一次搜索，這對于需要頻繁切換信號源頻率或功率的用戶是無法忍受的；

2）不支持掃頻應用，功率搜索的實質是功率的實時校準，然而系統無法對掃頻狀態下大量的頻率點進行實時全程的校準，所以在列表掃描、步進掃描及模擬掃描狀態下進行的應用無法使用搜索方式。

由于存在上述兩個問題，搜索方式不是一種很好的解決方法。

3 開環功率補償技術的原理及其算法

開環功率補償技術采用閉環時的檢波輸入信號做參考，先通過ADC 將檢波電壓轉化為數字格式進行存儲。然后CPU 通過數據線發送一串數據到DAC 上，這串數據通過DAC 轉化為直流，該直流信號通過調制驅動電路驅動線性調制器信號源的輸出功率。ADC 再將最新的檢比較，直到兩個電壓相等或其差值在允許誤差范圍內，系統將發送到DAC 的最終數據備份到存儲器中。完成一個點的校準后，按設定的頻率步進增加頻率，依次校準各個頻率點并存儲補償數據，直到達到終止頻率。然后將功率值按功率步進增加，依次完成每個功率點下的一組頻率點的校準。

開環功率補償過程簡單，只需設定起始/終止頻率、起始/終止功率、頻率步進、功率步進和最大允誤差電壓等七個參數，在調試菜單中即可實現一鍵補償。由于不同型號的信號源頻率功率范圍不同，最大誤差電壓設定值不同，整個補償過程的時間也不相同，一般需要約2小時。補償后將信號源的ALC 環路狀態打到開環即可調用開環補償數據。

進行開環功率補償后，信號源的開環輸出功率可以靠攏到閉環輸出功率上，并將功率誤差控制在允許的范圍內，間接實現了窄脈沖調制下的穩幅功能。設置ALC 開環時，系統對開環補償數據的調用速度和閉環狀態下是相同的，不需要額外的校準時間；同時由于開環功率補償的數據存儲在存儲器中可以隨時調用，所以支持各種掃描狀態下的應用。

4 試驗結果

為了驗證開環功率補償的效果，我們對AV1487B 信號源進行如下試驗：

1）使用AV2434 功率計對AV1487B 信號源進行閉環功率補償，以保證ALC 閉環狀態下的功率準確；

2）設置信號源功率為0dBm，使用功率計以100MHz 為步進對信號源進行用戶功率平坦度，通過該校準獲得了閉環下信號源的功率平坦度數據；

3）對信號源進行開環功率補償操作，存儲補償數據；

4）將信號源ALC 環路打到開環狀態，使用功率計進行用戶功率平坦度補償，得到開環狀態下的功率平坦度數據；

5）對比兩份數據的差異。

經過對比開/閉環狀態下的功率平坦度數據，開環功率與閉環功率在功率為0dBm時的最大差值小于0.4dB，開環功率準確度達到了±0.6dB。

5 結論

開環功率補償技術作為一種新型的信號源穩幅技術，目前已經應用于AV1487、AV1461、AV1464 等型號的信號源，通過了大量用戶實際使用的檢驗，有效解決了窄脈沖調制下信號源的功率漂移和功率突變問題，開環輸出功率準確穩定，取得了良好的效果。

［1］現代通信測量儀器[M].中國電子科技集團公司第四十一研究所.

［2］趙習智.微波信號源功率控制技術[J].科技信息，2008，18：447-448.