一种新型星载发射机输出功率温补方案

林远超，王立民，宋艳军，周 同，杨 丹，张 倩

（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081）

一种新型星载发射机输出功率温补方案

林远超，王立民，宋艳军，周 同，杨 丹，张 倩

（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081）

发射机射频通道的增益会随温度变化而变化。通常在通道中加入射频可调衰减器，通过热敏电阻电路调节衰减器的控制电压或电流达到补偿射频通道增益变化的目的。针对星载设备小型化和低功耗的设计需求，提出了一种新型的温补方案：通过热敏电阻调节DAC的BIASJ引脚偏置电阻来控制DAC的输出功率（即射频通道的输入功率），从而实现发射机输出功率稳定的目的。对该方案进行了原理分析，并给出了设计方法。通过试验证明该方案合理可行。

射频通道；温补电路；热敏电阻；偏置电阻

0 引言

发射机射频通道通常具有高温增益低、低温增益高的特性［1－3］，为满足系统输出功率稳定的要求，通常在射频通道中增加温补电路，在温变情况下通过改变可变衰减器的衰减状态补偿通道增益的，从而实现发射机输出功率稳定的目的。常用的温补电路包括以下3种形式：模拟射频衰减器与运放电路相结合型、模拟射频衰减器与阻性网络相结合型；射频温补衰减器［3－7］。前2种方式增加的器件种类较多，电路较复杂，并采用了有源器件，不利于星载设备小型化和低功耗设计。第3种方式电路形式简单、体积小，且是无源器件，但射频温补衰减器是通过自身温度进行衰减量调节的，由于整机温度往往不能正确反映衰减器的温度，补偿结果不够理想。上述3种方式都是在射频通道中增加温补电路，对射频通道的幅频特性和群时延特性会造成一定的影响［8－10］。

本文提出了一种新型的温补方案，该方案在数字部分进行温度补偿，通过热敏电阻调节DAC的BIASJ引脚偏置电阻来控制DAC的输出功率，电路形式简单、体积小，有利于星载设备小型化和低功耗设计，且不会对射频通道特性造成影响，弥补了传统方案的不足。

1 温补电路工作原理

发射机［11，12］组成图如图1所示，通常由数字信号处理部分、数模转换部分和射频通道等部分组成。通常DAC都有输出偏置引脚BIASJ，通过改变偏置电阻阻值，可改变DAC输出电流。为了弥补射频通道的增益变化，需要DAC的中频输出功率具有高温输出功率高、低温输出功率低的特性。而DAC的满量程输出电流与偏置电阻关系如式（1）所示，输出电流与偏置电阻成反比，偏置电阻越大，输出电流越小；因此，若偏置电阻Rbias选用具有负温度系数特性的热敏电阻，温度越高电阻越小，则输出电流越大，即DAC的输出功率越大，可以达到温度补偿的目的。

图1 发射机组成

式中，IO（FS）为满量程输出电流，即当DAC输入数据D［N：0］（DAC的转换精度为N bit）全为1时的输出电流，VEXTIO为参考电压，DAC内部提供1.2 V的参考电压。

输出功率与满量程输出电流平方成正比，转换为dB单位，则输出功率变化（以Rbias0时的输出功率为参考，即Rbias1时的输出功率减去Rbias0时的输出功率）如式（2）所示。

设计流程：①通过热循环摸底试验，得出在不加温补措施时整机的射频输出电平随温度变化的曲线如图2（a）所示；②根据图2（a）给出温补的目标曲线如图2（b）所示；③以某一温度（一般选常温25℃）时电平为参考，根据式（2）推算出各温度点所需的Rbias值；④选择温度特性与步骤③所得结果接近的热敏电阻，并按照选定热敏电阻的理论温度特性，进行理论计算验证补偿后射频输出电平随温度变化特性是否符合指标要求；⑤选择合适的安装位置，由于试验所得数据都是指环境温度，因此热敏电阻应安装在接近环境温度的地方，如机壳上或温升很小的地方；⑥通过试验验证实际补偿效果是否符合指标要求。

图2 温度补偿原理

2 设计举例

在某型号发射机设计中，在不加温补措施的情况下，通过热循环摸底试验，射频输出电平变化随温度变化曲线如图3所示，射频输出电平变化随温度变化（－35～＋70℃）可达5 dB，不能满足射频输出电平2 dB变化的要求。经试验发现，中频输出电平随温度变化几乎不变，因此射频输出电平变化主要是由射频通道增益变化引起的。

图3 射频输出电平变化随温度变化曲线

考虑到星载设备对可靠性要求高且不可维修的特点，对图1中的温补电路进行了优化设计，如图4所示，使用R1和R3与热敏电阻R2进行串并联设计，在热敏电阻发生短路或开路失效的情况下保证等效Rbias仍在要求范围内，不至于发生设备功能中断的灾难性故障。由于热敏电阻的实际温度特性具有一定的离散性，因此可考虑两只热敏电阻并联使用，以减小元器件的离散性对电路造成影响。本设计仍按图4进行设计。

图4 DAC输出温补电路

通过尝试选择R1、R2和R3的电阻，最终选定R1、R3阻值为2.2 kΩ的固定电阻，R3为MF51－3 000－1 kΩ，常温情况下电阻值为1 kΩ，具有负温度系数的特性。各温度点的阻值如表1所示，结合式（2）可给出补偿后DAC输出功率变化随温度变化曲线如图5所示。

表1 MF51－3 000－1 kΩ阻温分度表

图5 DAC输出功率变化随温度变化曲线

综合图3和图5，可以拟合出加温度补偿后，射频输出电平变化量随温度变化曲线图，如图6所示，由图可见补偿后射频输出电平变化在1.2 dB范围内，满足设计要求。

图6 射频输出电平变化随温度变化曲线

3 试验验证

按照上述参数设计完成后，进行热循环试验验证。试验温度为－35～＋70℃，温度每变化5℃保持30 min待设备温度稳定后再测试输出电平并记录结果。试验结果如图7所示，输出电平变化在1.4 dB范围内。试验结果总体趋势与设计预想基本一致。

图7 射频输出电平变化随温度变化曲线

4 结束语

基于星载设备小型化、低功耗的设计理念，提出了一种新型的发射机输出功率变化温补方案，给出了详细的原理分析和设计思路，并对该方案进行了试验验证，试验结果证明该方案合理可行。但该方案的适用范围具有一定的局限性，适用于正交数字调制方案的发射机，对于正交模拟调制的发射机难以保证I、Q两路的幅度平衡。

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A New Temperature Compensation Scheme of Output Power in Space-borne Transmitter

LIN Yuan-chao，WANG Li-min，SONG Yan-jun，ZHOU Tong，YANG Dan，ZHANG Qian
（The 54th Research Institute of CETC，Shijiazhuang Hebei 050081，China）

The gain of RF channel in the transmitter varies at different temperatures.Generally，the adjustable RF attenuator is added in channel，and the thermistor circuit is used to adjust the control voltage or current of attenuator to compensate the RF channel gain variation at different temperatures.According to the design requirement of space-borne equipment’s miniaturization and low power consumption，a new temperature compensation scheme is put forward.In this scheme，the thermistor is used to adjust DAC BIASJ pin bias resistor to control the output power of DAC（i.e.，input power of RF channel），and to realize stable output power of transmitter.The principle of this scheme is analyzed and the design method is put forward.The test results show that this scheme is reasonable and feasible.

RF channel；temperature compensation circuit；thermistor；bias resistor

TN830.3

A

1003－3106（2015）10－0023－03

10.3969／j.issn.1003－3106.2015.10.06

林远超，王立民，宋艳军，等.一种新型星载发射机输出功率温补方案［J］.无线电工程，2015，45（10）：23－25.

林远超男，（1985—），工程师。主要研究方向：星载设备硬件电路设计。

2015-07-15

国家部委基金资助项目。

王立民男，（1976—），高级工程师。主要研究方向：卫星通信。