基于开环功率补偿的窄脉冲调制信号稳幅技术

杨永军 何攀峰 左永锋

（中国电子科技集团公司 第四十一研究所，山东 青岛 266555）

0 引言

随着无线电通信和雷达等技术的迅猛发展，信号源的脉冲调制尤其是窄脉冲调制得到了越来越广泛的应用。然而如何保证窄脉冲调制下信号源的功率准确度一直是困扰设计人员的一个难题。

当前信号源的稳幅方式大都采用ALC（Auto Level Control）系统，受ALC 环路带宽的限制，信号源在窄脉冲调制调制中将处于保持状态。保持状态下的信号源存在两个问题：首先，随着积分电容的持续放电，信号源的输出功率会不断漂移，这就是功率漂移现象；其次，在保持状态下进行射频开关切换等操作会导致功率突然放大，本文称之为功率突变现象。功率漂移和功率突变问题的存在对窄脉冲调制信号的功率准确度构成了挑战。先前的解决方法是使用搜索方式，然而搜索方式下测试效率较低且不支持载波信号为扫频的应用。本文在对信号源在窄脉冲调制下所遇问题进行分析的基础上，提出了一种全新的开环功率补偿方法，并通过试验对补偿效果进行了检验。

1 脉冲调制时的稳幅环路分析

在微波信号源中ALC 系统主要由振荡器、线性调制器、定向耦合器、检波器、积分器等部分组成。其基本原理是由检波器对定向耦合器的耦合输出进行检波，获得携带功率信息的检波电压，检波电压经过对数放大后与功率参考电平求和得到误差电压，误差电压通过积分器对加到线性调制器的电流进行动态调整，最终获得准确稳定的输出功率。

脉冲调制是一种特殊的幅度调制，要求脉冲为高电平时输出幅度应为信号源的设定值，脉冲为低时输出幅度越低越好。脉冲为低电平时射频输出信号被关死，因而这时的检波器的检波电压无法反映脉冲为高电平时是无效的。为了避免ALC 环路对错误的求和结果响应而造成脉冲为高电平时的初始功率紊乱，通常需要增加一个取样/保持开关，使用脉冲信号控制开关的通断的方式使ALC 环路积分器与脉冲调制信号同步。受元器件特性限制，信号源的检波器、对数放大器等硬件电路需要一定的时间才能进入稳定输出状态，而在此之前过渡状态下的检波电压是无效的。为了避免ALC 环路受到无效信号的干扰，需要给脉冲同步信号的上升沿一定的延迟时间，延迟时间要求尽可能短以提高闭环调制的脉宽范围，又必须大于所有相关硬件叠加的反应时间。在AV1487 合成源中这个延迟时间为1.5us。

当脉冲宽度小于电路的反应时间时，信号源ALC 环路将断开，环路积分器处于保持状态，这时会产生以下两个问题：

功率漂移问题：由于积分电容存在放电效应，信号源在脉冲为高电平时的功率会逐步漂移，直至完全消失。

1）功率漂移问题：由于积分电容存在放电效应，信号源在脉冲为高电平时的功率会逐步漂移，直至完全消失。

2）功率突变问题：窄脉冲调制下进行切换射频开关等操作会造成输出功率达到最大输出功率，会对功率敏感设备造成严重后果。

功率漂移和功率突变现象在使用中会造成测试结果不准确甚至会造成被测件和其他测试设备的损坏。因此，引入一种专门针对窄脉冲调制的稳幅技术显得尤为迫切。

2 搜索方式的原理及其局限性

针对信号源在窄脉冲调制下无法稳幅的问题，现有的解决方法是功率搜索，其基本原理是先闭合ALC 环路找到并保持恰当的调制器驱动电流，然后再断开ALC 环路。这种方法虽然能够解决窄脉冲调制的功率漂移问题，但是局限性也非常的明显。

1）降低了测试效率，在搜索方式下每改变一次频率及功率设置都要进行一次搜索，这对于需要频繁切换信号源频率或功率的用户是无法忍受的；

2）不支持扫频应用，功率搜索的实质是功率的实时校准，然而系统无法对扫频状态下大量的频率点进行实时全程的校准，所以在列表扫描、步进扫描及模拟扫描状态下进行的应用无法使用搜索方式。

由于存在上述两个问题，搜索方式不是一种很好的解决方法。

3 开环功率补偿技术的原理及其算法

开环功率补偿技术采用闭环时的检波输入信号做参考，先通过ADC 将检波电压转化为数字格式进行存储。然后CPU 通过数据线发送一串数据到DAC 上，这串数据通过DAC 转化为直流，该直流信号通过调制驱动电路驱动线性调制器信号源的输出功率。ADC 再将最新的检比较，直到两个电压相等或其差值在允许误差范围内，系统将发送到DAC 的最终数据备份到存储器中。完成一个点的校准后，按设定的频率步进增加频率，依次校准各个频率点并存储补偿数据，直到达到终止频率。然后将功率值按功率步进增加，依次完成每个功率点下的一组频率点的校准。

开环功率补偿过程简单，只需设定起始/终止频率、起始/终止功率、频率步进、功率步进和最大允误差电压等七个参数，在调试菜单中即可实现一键补偿。由于不同型号的信号源频率功率范围不同，最大误差电压设定值不同，整个补偿过程的时间也不相同，一般需要约2小时。补偿后将信号源的ALC 环路状态打到开环即可调用开环补偿数据。

进行开环功率补偿后，信号源的开环输出功率可以靠拢到闭环输出功率上，并将功率误差控制在允许的范围内，间接实现了窄脉冲调制下的稳幅功能。设置ALC 开环时，系统对开环补偿数据的调用速度和闭环状态下是相同的，不需要额外的校准时间；同时由于开环功率补偿的数据存储在存储器中可以随时调用，所以支持各种扫描状态下的应用。

4 试验结果

为了验证开环功率补偿的效果，我们对AV1487B 信号源进行如下试验：

1）使用AV2434 功率计对AV1487B 信号源进行闭环功率补偿，以保证ALC 闭环状态下的功率准确；

2）设置信号源功率为0dBm，使用功率计以100MHz 为步进对信号源进行用户功率平坦度，通过该校准获得了闭环下信号源的功率平坦度数据；

3）对信号源进行开环功率补偿操作，存储补偿数据；

4）将信号源ALC 环路打到开环状态，使用功率计进行用户功率平坦度补偿，得到开环状态下的功率平坦度数据；

5）对比两份数据的差异。

经过对比开/闭环状态下的功率平坦度数据，开环功率与闭环功率在功率为0dBm时的最大差值小于0.4dB，开环功率准确度达到了±0.6dB。

5 结论

开环功率补偿技术作为一种新型的信号源稳幅技术，目前已经应用于AV1487、AV1461、AV1464 等型号的信号源，通过了大量用户实际使用的检验，有效解决了窄脉冲调制下信号源的功率漂移和功率突变问题，开环输出功率准确稳定，取得了良好的效果。

［1］现代通信测量仪器[M].中国电子科技集团公司第四十一研究所.

［2］赵习智.微波信号源功率控制技术[J].科技信息，2008，18：447-448.