王 蒙

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所，山東 青島 266555）

0 引言

自動(dòng)電平控制（ALC）技術(shù)已廣泛應(yīng)用于通信發(fā)射機(jī)、微波信號(hào)發(fā)生器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等測(cè)量?jī)x器[1]，在微波信號(hào)發(fā)生器中，ALC是實(shí)現(xiàn)功率準(zhǔn)確度和功率分辨率指標(biāo)的關(guān)鍵。因信號(hào)源本身受外界干擾及電子元器件的不穩(wěn)定、特性不理想等原因，使得信號(hào)源難以輸出幅度平穩(wěn)的信號(hào)，并且有時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行設(shè)置，這時(shí)就要采用ALC技術(shù)來(lái)對(duì)輸出信號(hào)的功率進(jìn)行控制[2]。

本文所提出的基于PID的自動(dòng)電平控制方法，采用PID控制器對(duì)ALC環(huán)路上的衰減器進(jìn)行控制，在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻輸出信號(hào)幅度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，精確的控制射頻輸出信號(hào)幅度，使得射頻輸出信號(hào)的幅度更加平穩(wěn)。

1 寬帶微波發(fā)生器中的ALC系統(tǒng)

1.1 開(kāi)環(huán)式ALC系統(tǒng)

一種簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)式ALC控制系統(tǒng)如圖1所示，它由射頻放大器、電控衰減器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、放大器四部分組成。其中uref是參考電平信號(hào)，uc是電控衰減器的控制信號(hào)。

圖1 開(kāi)環(huán)式ALC系統(tǒng)原理圖

這種開(kāi)環(huán)式ALC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是由于控制信號(hào)與輸出射頻信號(hào)之間沒(méi)有反饋通路[3]，輸出射頻信號(hào)不能對(duì)控制信號(hào)uc產(chǎn)生影響，因而系統(tǒng)的魯棒性較差。開(kāi)環(huán)式ALC系統(tǒng)適用于輸入射頻信號(hào)穩(wěn)定，對(duì)抗干擾要求不高的場(chǎng)合。

1.2 基于PID的閉環(huán)式ALC系統(tǒng)

如圖2所示，基于PID的閉環(huán)式ALC控制系統(tǒng)由射頻放大器、電控衰減器、二極管檢波器、雙斜率對(duì)數(shù)放大器、DAC、PID控制器、放大器組成。 其中udet是檢波電平信號(hào)，ulog是雙斜率對(duì)數(shù)大器輸出的電平信號(hào)，uref是參考電平信號(hào)，e是誤差信號(hào)，uc1是PID控制器的輸出信號(hào)，uc是uc1通過(guò)放大器產(chǎn)生的控制信號(hào)。

圖2 基于PID的閉環(huán)式ALC系統(tǒng)原理圖

當(dāng)射頻輸入功率發(fā)生波動(dòng)或存在擾動(dòng)信號(hào)時(shí)，基于PID的閉環(huán)式ALC系統(tǒng)可以通過(guò)反饋回路，來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整輸出信號(hào)的功率，使輸出信號(hào)功率保持較高準(zhǔn)確度[4]，有效抑制射頻輸入功率波動(dòng)和擾動(dòng)信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)功率的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾性[5]。

2 基于PID的自動(dòng)電平控制器設(shè)計(jì)

在基于PID的閉環(huán)式ALC系統(tǒng)中，利用二極管檢波器把交流射頻輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)udet（udet＜0），再利用雙斜率對(duì)數(shù)放大器，把udet轉(zhuǎn)換成的與交流射頻輸出信號(hào)的功率成正比的直流信號(hào) ulog（ulog＜0），這樣交流輸出信號(hào)就引入到負(fù)反饋通路上。若通過(guò)主控程序設(shè)置 DAC輸出的參考電平信號(hào)為 uref（uref＞0），則誤差e為：

根據(jù)圖2設(shè)計(jì) PID控制器，則 uc1為：

其中為Kp比例增益，Ti為積分時(shí)間，Td為微分時(shí)間。

當(dāng)誤差信號(hào)e不為零時(shí)，PID控制器有電流流過(guò)，uc1和uc的值發(fā)生改變，在的作用下，電控衰減器的衰減量進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而改變射頻輸出信號(hào)的功率，直至誤差信號(hào)e為零，此時(shí)PID控制器沒(méi)有電流流過(guò)，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[5]，射頻輸出信號(hào)的功率為動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)指定的功率。

3 結(jié)果與分析

將基于PID的閉環(huán)式ALC系統(tǒng)應(yīng)用于微波信號(hào)發(fā)生器中，相關(guān)的典型技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）頻率范圍：24.25GHz-30GHz

（2）穩(wěn)幅功率范圍：-30dBm～0dBm

（3）功率準(zhǔn)確度：±0.6dB

（4）功率分辨率：0.05dB

用微波功率計(jì)對(duì)微波信號(hào)發(fā)生器輸出的功率進(jìn)行測(cè)量，得到的結(jié)果如圖3所示，可以看出，經(jīng)基于PID的ALC系統(tǒng)穩(wěn)幅后，微波信號(hào)發(fā)生器輸出0dBm功率時(shí)的平坦度為±0.2dBm。

圖3 功率平坦度測(cè)量曲線

4 結(jié)論

本文提出的基于PID的自動(dòng)電平控制方法，實(shí)現(xiàn)了射頻輸出信號(hào)的功率對(duì)給定值的自動(dòng)跟蹤，提高了輸出信號(hào)的功率平坦度，并有效抑制擾動(dòng)信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)的影響，使微波信號(hào)發(fā)生器具有較強(qiáng)的魯棒性。