一种用于定量调节的步进功率放大器的制作方法

本发明属于移动通信和电子设备的
技术领域：
，具体涉及一种用于定量调节的步进功率放大器。
背景技术：
：功率放大器(poweramplifier，pa)是电子设备中的重要组成部分，它可以对微弱的电信号实现功率放大，以满足传输、发射的需要。其中，功率放大器在使用时往往需要调整信号的衰减量，特别是在功率放大器的应用场景中，要求功率放大器输出的高功率信号能够有规律的调整，以满足测试需求。如图1和2所示，传统的微波射频信号调整通常采用数控式可调功率放大器和压控式可调功率放大器。数控式和压控式电路架构基本相同，区别在于使用的衰减器为数控式衰减器和压控衰减器。其中，数控式可调功率放大器和压控式可调功率放大器都可以实现微波射频信号的大动态范围调节；但是，二者分别存在一些问题：数控式可调功率放大器的可调步进完全取决于数控衰减器芯片的选择，当前市面上的数控衰减芯片器步进一般为0.5db、1db、2db、4db、8db、16db，通过ttl(晶体管-晶体管逻辑电平，即高低电平)控制位，选择所需要的衰减量，从而达到整个功率放大器的功率可调的功能，数控式可调功率放大器的步进方式在芯片设计时是固定的，在具体使用时，并不能满足任意衰减量的调节需要，比如0.1db、0.3db等调节需要；且采用数控式衰减器进行级联电路的增益控制，步进方式单一，很难达到功率放大器所输出微波射频信号的衰减量的任意步进调节，且数控式衰减器在进行大步进衰减时表现出误差较大的特点，当前行业内的数控衰减器芯片容许±0.5+(％3～％6)×att的误差；其中，att(attenuator，简写att)是衰减量。例如，衰减步进为16db时，按厂家提供的芯片资料计算出其容许误差为±1.3db，这个误差在射频微波行业内是比较大的，往往不能满足高精度系统的需求。而传统压控式可调功率放大器的特点是变化量连续可调，由于是压控式，调节功放输出功率时仅需要一位连续可变的控制电压即可实现。但是，压控式可调功率放大器难以对微波射频信号的衰减量进行定量调节。技术实现要素：本发明的目的在于，为解决现有的可调式功率放大器存在上述缺陷，本发明提供出了一种用于定量调节的步进功率放大器，解决了功率放大器难以对微波射频信号的衰减量进行定量调节的问题，实现大动态范围的任意衰减量所对应的功率输出。该用于定量调节的步进功率放大器采用压控式衰减，其包括：压控式衰减器、驱动放大器、功率放大器、电源与控制模块、pc机和功率计；其中，压控式衰减器，用于接收电源与控制模块发送的控制电压v1′，根据预先设定的衰减量，对输入的微波射频信号进行定量衰减，输出微弱信号；其中，每调节一次控制电压，都会相对应的衰减一次所输入的微波射频信号；驱动放大器，用于接收并放大压控式衰减器输出的微弱信号，输出对应的第一放大功率信号；功率放大器，用于接收并放大驱动放大器输出的第一放大功率信号，输出第二放大功率信号；电源与控制模块，用于为驱动放大器和功率放大器提供正常工作的电源；且用于控制向压控式衰减器发送的控制电压v1′，以获得对应的控制电压变化量δv，再控制δv的增加或减少，调节第二放大功率信号所对应的功率值p1。在上述技术方案中，所述压控式衰减器为多个，且所述压控式衰减器之间是采用级联的方式相连。在上述技术方案中，第一放大功率信号所对应的功率值小于第二放大功率信号所对应的功率值；在上述技术方案中，所述步进功率放大器还包括：pc机和功率计；其中，pc机，用于写入和更改电源与控制模块中的控制字，以调节所述控制电压v1′；其中，pc机为带串口调试的电脑；通过对控制字的更改，可使衰减量att精确标定为0～30db范围内任一实数；其中，上限受压控衰减器级数限制，串联级数越多，衰减上限越大。功率计，用于测量和显示第二放大功率信号所对应的功率值p1；其中，所述功率计为任意射频微波行业通用的测试仪器。其中，所述功率放大器、功率计、电源与控制模块和pc机共同组成了一个闭环标定系统；其中，功率计、电源与控制模块、功率放大器相连，且pc机、电源与控制模块相连，功率计同时与功率放大器相连，形成闭环，实现对衰减量att的定量调节和标定。在上述技术方案中，所述闭环标定系统中，实现对衰减量的定量调节和标定具体包括：预先设定衰减量为att，假设无衰减时的所述输入的微波射频信号对应的初始功率值为p0，无衰减时的所述输入的微波射频信号对应的初始电压值为v1；其中，p0是通过功率计测量获得，v1是通过电源与控制模块获得，根据公式(1)，获得预先设定衰减量att所对应的功率值p1′：p1′＝p0-att(1)其中，p0>p1′；再根据公式(2)，获得对应的控制电压变化量δv：δv＝v1′-v1(2)然后，再通过pc机写入控制字调节所述控制电压v1′，进而通过调节δv，调节所输入的微波射频信号，进而再对应调节驱动放大器所输出的第一放大功率信号和功率放大器所输出的第二放大功率信号，再对应的调节第二放大功率信号所对应的功率值p1，满足p1＝p1′，实现对衰减量att的定量调节，并标定出衰减量att所对应的电压变化量δv。在上述技术方案中，所述用于定量调节的步进功率放大器还包括：采用数控式衰减，实现对不同衰减量att的定量调节，并标定出每个衰减量att所对应的电压变化量δv；其具体包括：重复上述对不同衰减量定量调节和标定操作，获得不同的衰减量和与其对应的电压变化量，并将其分成若干组，将每一组中的衰减量att和与其对应的电压变化量δv分别设置一个高电平控制位，将每一组中没有衰减量设置为低电平控制位，电源与控制模块输出ttl高、低控制电平。其具体为：通过重复上述对n个衰减量att1，att2……attn完成定量调节和标定，获得与其对应的n个电压变化量δv1，δv2……δvn。将每一组中的衰减量attn和与其对应的电压变化量δvn分别设置一个高电平控制位，定义为高电平有效；将每一组中无衰减设置一个低电平控制位，定义为低电平无衰减；即用户在使用时将该电平位使能为高时，衰减有效；该电平位使能为低时，则无衰减。本发明的优点在于：本发明根据不同应用场合的需要，可以任意设置衰减步进；另外，本发明可以同时实现程控式衰减和数控式衰减两种模式；此外，本发明还能实现对衰减量的定量调节；同时，本发明大大减小了衰减量和控制电压的误差，其衰减误差可表述为(±0.1+(％1～％2)×att)，衰减精度远远高于现有的数控衰减式可调放大器。附图说明图1是现有技术的一种数控式可调功率放大器的结构示意图；图2是现有技术的一种压控式可调功率放大器的结构示意图；图3是本发明的一种用于定量调节的步进功率放大器的结构示意图；图4是本发明的一种用于定量调节的步进功率放大器的一个具体实施例中采用两个压控式衰减器级联的结构示意图。具体实施方式如图3所示，本发明提供出了一种用于定量调节的步进功率放大器，解决了功率放大器难以对微波射频信号的衰减量进行定量调节的问题，实现大动态范围的任意衰减量所对应的功率输出；其中，rfin为输入的射频信号，rfout为输出的经过功率放大器放大的第二放大功率信号；该用于定量调节的步进功率放大器采用压控式衰减，其包括：压控式衰减器、驱动放大器、功率放大器、电源与控制模块、pc机和功率计；其中，压控式衰减器，用于接收电源与控制模块发送的控制电压v1′，根据预先设定的衰减量，对输入的微波射频信号进行定量衰减，输出微弱信号；其中，每调节一次控制电压，都会相对应的衰减一次所输入的微波射频信号；驱动放大器，用于接收并放大压控式衰减器输出的微弱信号，输出对应的第一放大功率信号；功率放大器，用于接收并放大驱动放大器输出的第一放大功率信号，输出第二放大功率信号；电源与控制模块，用于为驱动放大器和功率放大器提供正常工作的电源；用于控制向压控式衰减器发送的控制电压v1′，以获得对应的控制电压变化量δv，再控制δv的增加或减少，调节第二放大功率信号所对应的功率值p1。在上述技术方案中，所述压控式衰减器为两个，且所述压控式衰减器之间是采用级联的方式相连。其中，第一放大功率信号所对应的功率值小于第二放大功率信号所对应的功率值；在上述技术方案中，所述步进功率放大器还包括：pc机和功率计；其中，pc机，用于写入和更改电源与控制模块中的控制字，以调节所述控制电压v1′；其中，pc机为带串口调试的电脑；通过对控制字的更改，可使衰减量att精确标定为0～30db范围内任一实数；其中，上限受压控衰减器级数限制，串联级数越多，衰减上限越大。功率计，用于测量和显示第二放大功率信号所对应的功率值p1；其中，所述功率计为任意射频微波行业通用的测试仪器。其中，所述功率放大器、功率计、电源与控制模块和pc机共同组成了一个闭环标定系统；其中，功率计、电源与控制模块、功率放大器相连，且pc机、电源与控制模块相连，功率计同时与功率放大器相连，形成闭环，实现对衰减量att的定量调节和标定。在上述技术方案中，所述闭环标定系统中，实现对衰减量的定量调节和标定具体包括：预先设定衰减量为att，假设无衰减时的所述输入的微波射频信号对应的初始功率值为p0，无衰减时的所述输入的微波射频信号对应的初始电压值为v1；其中，p0是通过功率计测量获得，v1是通过电源与控制模块获得，根据公式(1)，获得预先设定衰减量att所对应的功率值p1′：p1′＝p0-att(1)其中，p0>p1′；再根据公式(2)，获得对应的控制电压变化量δv：δv＝v1′-v1(2)然后，再通过pc机写入控制字调节所述控制电压v1′，进而通过调节δv，调节所输入的微波射频信号，进而再对应调节驱动放大器所输出的第一放大功率信号和功率放大器所输出的第二放大功率信号，再对应的调节第二放大功率信号所对应的功率值p1，满足p1＝p1′，实现对衰减量att的定量调节，并标定出衰减量att所对应的电压变化量δv。在上述技术方案中，所述用于定量调节的步进功率放大器还包括：采用数控式衰减，实现对不同衰减量att的定量调节，并标定出每个衰减量att所对应的电压变化量δv；其具体包括：重复上述对不同衰减量定量调节和标定操作，获得不同的衰减量和与其对应的电压变化量，并将其分成若干组，将每一组中的衰减量att和与其对应的电压变化量δv分别设置一个高电平控制位，将每一组中没有衰减量设置为低电平控制位，电源与控制模块输出ttl高、低控制电平。其具体为：通过重复上述对n个衰减量att1，att2……attn完成定量调节和标定，获得与其对应的n个电压变化量δv1，δv2……δvn。将每一组中的衰减量attn和与其对应的电压变化量δvn分别设置一个高电平控制位，定义为高电平有效；将每一组中无衰减设置一个低电平控制位，定义为低电平无衰减；即用户在使用时将该电平位使能为高时，衰减有效；该电平位使能为低时，则无衰减。实施例1.本发明提供出了一种用于定量调节的步进功率放大器，其实施项目指标如下：◆频率：16～18ghz；◆输入功率范围：-40dbm～0dbm；◆最大输出功率：≥25dbm；◆要求整机提供3种衰减量：0.7db、7.2db、16.4db；并设置3位ttl作为对应的高电平控制位；再设置3位ttl作为对应的低电平控制位；所选用的压控式衰减器的型号为rfsa2113，其衰减范围≥30db，对应的控制电压为0～2.5v；其中，0v对应衰减量att为0db，2.5v对应衰减量att为30db。如图4所示，使用两级串联即使整机有60dbm功率动态范围，可使衰减量att精确标定为0～60db范围内任一实数。其中，如图4所示，rfin为输入的射频信号，rfout为输出的经过功率放大器放大的第二放大功率信号；驱动放大器和功率放大器型号分别为hmc451和hmc1082，确保频率和功率满足整机需求。由于整机要求提供3种衰减量：0.7db、7.2db、16.4db，现在需要对这三种衰减量分别做定量调节和标定，其具体如下：步骤1)明确预先设定的衰减量：att1＝0.7db，att2＝7.2db，att3＝16.4db；步骤2)输入的微波射频信号为-20dbm，用功率计测量无衰减时的所述输入的微波射频信号对应的初始功率值p0，实测结果为p0＝10dbm；用万用电表测得无衰减时的所述输入的微波射频信号对应的初始电压值v1＝0.3v；步骤3)根据公式(1)，获得预先设定衰减量att1所对应的功率值p1′：p1′＝p0-att1＝10-0.7＝9.3dbm(1)步骤4)根据公式(2)，以获得对应的控制电压变化量δv1：δv1＝v1′-v1＝0.5v-0.3v＝0.2v(2)然后，再通过pc机写入控制字调节所述控制电压v1′，进而通过调节δv1＝0.2v；对应的调节第二放大功率信号所对应的功率值p1，满足p1＝p1′＝9.3dbm，实现对衰减量att的定量调节，并标定出衰减量att＝0.7db所对应的电压变化量δv1＝0.2v；步骤5)重复步骤3)和步骤4)，分别完成att2＝7.2db和att3＝16.4db衰减量的调节和标定，整理结果如下表：预先设定的衰减量对应电压变化量att1＝0.7dbδv1＝0.2vatt2＝7.2dbδv2＝0.7vatt3＝16.4dbδv3＝1.1v在整机应用时，使用软件调用三种已标定的电压变化量δv1＝0.2v，δv2＝0.7v，δv3＝1.1v，即可使所述用于定量调节的步进功率放大器所输出的第二放大功率信号所对应的功率相应地衰减0.7db，7.2db和16.4db。由于所述用于定量调节的步进功率放大器中，电源与控制模块提供了3位ttl高电平控制位对三种衰减量进行分别控制，设计时在整机对外接口处放置3个接线端子，分别定义为t1，t2，t3；编写程序将三种衰减量所对应的电压变化量分别对应t1，t2，t3，设定高电平有效；再定义3位ttl低电平控制位，设定低电平无衰减，完成结果如下表：由此实现了数控式衰减，用户在使用时可以通过改变t1，t2，t3的高、低电平即可完成所述用于定量调节的步进功率放大器所输出的第二放大功率信号所对应的功率进行相应的衰减。经过多次实测，所述用于定量调节的步进功率放大器在衰减16.0db时，误差仅为±0.2db；而在现有技术中，数控衰减器在衰减16.0db时，误差则为±1.0～1.5db。另外，所述用于定量调节的步进功率放大器可以实现任意设定衰减量进行衰减，不再仅仅限于1，2，4，8等二进制的衰减量的衰减。在其他具体实施例中，所述步进功率放大器还可以采用两个以上的压控式衰减器级联，以实现不同的衰减量的定量调节。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12