一种双耦合双混频中频信号功率反馈电路

摘要

本发明公开了一种双耦合双混频中频信号功率反馈电路，属于射频微波电路技术领域。本发明所述电路包括第一耦合器、第二耦合器、第一混频器、第二混频器、第一幅度控制单元、第二幅度控制单元、压控温补晶振、数字步进衰减器、低通滤波器。射频信号通过第一耦合器将射频信号耦合输出，经过第一幅度控制单元来改变耦合输出信号的幅度并接至第一混频器本振端口，同接至第一混频器中频端口的晶振输出信号上变频；第一混频器射频端口输出的上变频信号再经过第二幅度控制单元接至第二混频器本振端口，同接至第二混频器射频端口的射频输出耦合信号下变频，通过检测从第二混频器中频端口输出的中频信号的功率幅度，来反馈调节射频输出信号电平。

权利要求

1.一种双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，包括第一耦合器、第二耦合器、第一混频器、第二混频器、第一幅度控制单元、第二幅度控制单元、压控温补晶振、数字步进衰减器、低通滤波器；

第一耦合器的耦合端连接第一幅度控制单元的输入端，第一幅度控制单元的输出端连接第一混频器的本振端口，压控温补晶振连接第一混频器的中频端口，第一混频器的射频端口连接第二幅度控制单元的输入端，第二幅度控制单元的输出端连接第二混频器的本振端口；

第一耦合器的直通端连接数字步进衰减器的输入端，数字步进衰减器的输出端连接第二耦合器的输入端，第二耦合器的耦合端连接第二混频器的射频端口，第二混频器的中频端口连接低通滤波器的输入端口。

2.根据权利要求1所述的双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，射频信号由第一耦合器的输入端口输入，第一耦合器的耦合端口输出射频输入耦合信号；射频输入耦合信号流经第一幅度控制单元进行调控后输入至第一混频器的本振端口，压控温补晶振产生的晶振信号输入至第一混频器的中频端口；第一混频器对其本振端口和中频端口的信号进行上变频并从射频端口输出；第二幅度控制单元对第一混频器的射频端口输出信号进行调控后输入至第二混频器的本振端口；

数字步进衰减器对第一耦合器的直通端口信号进行功率衰减调控；衰减调控后的信号输入至第二耦合器的输入端口，一部分射频信号从第二耦合器的直通端口直接输出，另一部分从第二耦合器的耦合端口耦合输出，得到射频输出耦合信号；射频输出耦合信号输入至第二混频器的射频端口，第二混频器对其本振端口和射频端口的信号进行下变频并从中频端口输出；低通滤波器对第二混频器的中频端口输出信号进行滤波得到最终的中频信号。

3.根据权利要求1所述的双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，所述第一幅度控制单元为第一增益模块；所述第二幅度控制单元包括级联的第二增益模块和电阻型衰减网络。

4.根据权利要求3所述的双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，所述电阻型衰减网络由三个贴片电阻以π型连接。

5.根据权利要求3所述的双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，所述第一增益模块和第二增益模块选型相同。

6.根据权利要求1所述的双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，所述数字步进衰减器可控衰减量为31.5dB，步进为0.5dB。

7.根据权利要求1所述的双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，所述低通滤波器为贴片式滤波器，对于54MHz中频信号的插入损耗在0.33dB附近，对于2～4GHz射频信号的带外抑制大于42dBc。

8.根据权利要求1所述的双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，射频信号的频率为2GHz～4GHz，中频信号的频率为54MHz。

9.根据权利要求1所述的双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，所述第一耦合器和第二耦合器选型相同。

10.根据权利要求1所述的双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其特征在于，所述第一混频器和第二混频器选型相同。

说明书

一种双耦合双混频中频信号功率反馈电路

技术领域

[0001] 本发明属于射频微波电路技术领域，应用于微波信号发生器中的自动电平控制系统，具体涉及一种双耦合双混频中频信号功率反馈电路。

背景技术

[0002] 现代微波信号发生器多使用两种负反馈系统，一种是频率/相位负反馈系统，另一种则是自动电平控制系统。自动电平控制系统(Automatic Level Control，ALC)，是实现信号发生器功率准确度、功率平坦度、功率分辨率以及幅度调制指标的关键。换言之，自动电平控制系统的性能直接决定了信号发生器功率特性指标的高低。

[0003] 在整个自动电平控制系统中，构成功率反馈环路的一个重要组成部分则是检波器。检波器，是检出波动信号中某种有用信息的装置，用于识别波、振荡、信号存在或变化的器件。该系统中检波器的输出信号电平与射频输出信号电平存在一定比例关系，它与参考电平的误差信号经过误差放大器后控制线性调制器来修正射频输出信号的电平。但是这种类型的功率反馈环路有一个主要限制：调幅动态范围受限于电平检波器和相关电路，通常它远远低于线性调制器的功率可变范围。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种适用于自动电平控制系统的双耦合双混频中频信号功率反馈电路。本发明所述电路省去了主要限制调幅动态范围的检波器，可实现通过检测固定中频信号的反馈功率大小来调节射频输出信号的功率幅度，同时实现更宽的调幅动态范围。

[0005] 本发明所提出的技术问题是这样解决的：

[0006] 一种双耦合双混频中频信号功率反馈电路，包括第一耦合器、第二耦合器、第一混频器、第二混频器、第一幅度控制单元、第二幅度控制单元、压控温补晶振、数字步进衰减器、低通滤波器；

[0007] 第一耦合器的耦合端连接第一幅度控制单元的输入端，第一幅度控制单元的输出端连接第一混频器的本振端口，压控温补晶振连接第一混频器的中频端口，第一混频器的射频端口连接第二幅度控制单元的输入端，第二幅度控制单元的输出端连接第二混频器的本振端口；

[0008] 第一耦合器的直通端连接数字步进衰减器的输入端，数字步进衰减器的输出端连接第二耦合器的输入端，第二耦合器的耦合端连接第二混频器的射频端口，第二混频器的中频端口连接低通滤波器的输入端口。

[0009] 射频信号由第一耦合器的输入端口输入，第一耦合器的耦合端输出射频输入耦合信号；射频输入耦合信号流经第一幅度控制单元进行调控后输入至第一混频器的本振端口，压控温补晶振产生的晶振信号输入至第一混频器的中频端口；第一混频器对其本振端口和中频端口的信号进行上变频并从射频端口输出；第二幅度控制单元对第一混频器的射频端口输出信号进行调控后输入至第二混频器的本振端口；

[0010] 数字步进衰减器对第一耦合器的直通端口信号进行功率衰减调控；衰减调控后的信号输入至第二耦合器的输入端口，一部分射频信号从第二耦合器的直通端口直接输出，另一部分从第二耦合器的耦合端口耦合输出，得到射频输出耦合信号；射频输出耦合信号输入至第二混频器的射频端口，第二混频器对其本振端口和射频端口的信号进行下变频并从中频端口输出；低通滤波器对第二混频器的中频端口输出信号进行滤波得到最终的中频信号。

[0011] 所述第一幅度控制单元为第一增益模块。

[0012] 所述第二幅度控制单元包括级联的第二增益模块和电阻型衰减网络。

[0013] 所述电阻型衰减网络由三个贴片电阻以π型连接。

[0014] 所述数字步进衰减器可控衰减量为31.5dB，步进为0.5dB。

[0015] 所述低通滤波器为贴片式滤波器，对于54MHz中频信号的插入损耗在0.33dB附近，对于2～4GHz射频信号的带外抑制大于42dBc。

[0016] 所述射频信号的频率为2GHz～4GHz，中频信号的频率为54MHz。

[0017] 所述第一耦合器和第二耦合器选型相同。

[0018] 所述第一混频器和第二混频器选型相同。

[0019] 所述第一功率增益模块和第二功率增益模块选型相同。

[0020] 本发明的有益效果是：

[0021] (1)本发明在实现电路中未使用检波器，去除检波器的限制，实现更宽的调幅动态范围；

[0022] (2)本发明在实现电路中使用的第一耦合器、第二耦合器选型相同，第一混频器、第二混频器选型相同，能够保证射频输出信号与功率反馈回路输出的中频信号之间良好的线性关系，同时也具有一定的杂散抑制效果；

[0023] (3)射频输入信号为一宽带信号，而本发明只需对功率反馈回路输出的固定中频信号进行功率幅度检测，来达到对射频输出信号的电平控制。

附图说明

[0024] 图1为本发明所述反馈电路的电路框图；

[0025] 图2为本发明所述反馈电路的ADS仿真原理图；

[0026] 图3为本发明所述反馈电路的ADS仿真结果图；

[0027] 图4为本发明所述反馈电路的实物板图；

[0028] 图5为本发明所述反馈电路的实物测试图。

具体实施方式

[0029] 下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。

[0030] 本实施例提供一种双耦合双混频中频信号功率反馈电路，其电路框图如图1所示，包括第一耦合器10、第二耦合器11、第一混频器20、第二混频器21、第一幅度控制单元30、第二幅度控制单元40、压控温补晶振50、数字步进衰减器60、低通滤波器70；

[0031] 第一耦合器10的耦合端连接第一幅度控制单元30的输入端，第一幅度控制单元30的输出端连接第一混频器20的本振端口，压控温补晶振50连接第一混频器20的中频端口，第一混频器20的射频端口连接第二幅度控制单元40的输入端，第二幅度控制单元40的输出端连接第二混频器21的本振端口；

[0032] 第一耦合器10的直通端连接数字步进衰减器60的输入端，数字步进衰减器60的输出端连接第二耦合器11的输入端，第二耦合器11的耦合端连接第二混频器21的射频端口；第二混频器21的中频端口连接低通滤波器70的输入端口。

[0033] 2～4GHz的射频信号由第一耦合器10的输入端口输入，第一耦合器10的耦合端输出射频输入耦合信号；射频输入耦合信号流经第一幅度控制单元30进行调控后输入至第一混频器20的本振端口，压控温补晶振50产生的54MHz晶振信号输入至第一混频器20的中频端口；第一混频器20对其本振端口和中频端口的信号进行上变频并从射频端口输出；第二幅度控制单元40对第一混频器20的射频端口输出信号进行调控后输入至第二混频器21的本振端口；

[0034] 数字步进衰减器60对第一耦合器10的直通端口信号进行功率衰减调控，调控范围为3dB～31.5dB，其中调控范围的起始3dB是芯片本身的固有插入损耗，调控范围的终止31.5dB是芯片所能调控的最大衰减；衰减调控后的信号输入至第二耦合器11的输入端口，一部分射频信号从第二耦合器11的直通端口直接输出，另一部分从第二耦合器11的耦合端口输出，得到射频输出耦合信号；射频输出耦合信号输入至第二混频器21的射频端口，第二混频器21对其本振端口和射频端口的信号进行下变频并从中频端口输出；低通滤波器70对第二混频器21的中频端口输出信号进行滤波，滤除频段较高的镜像频率以及其他杂散信号，进而从低通滤波器70的输出端口得到纯净的频率为54MHz的中频信号。

[0035] 所述第一幅度控制单元为第一增益模块。

[0036] 所述第二幅度控制单元包括级联的第二增益模块和电阻型衰减网络。

[0037] 所述电阻型衰减网络由三个封装尺寸为0402(1.00mm*0.5mm)的贴片电阻以π型连接，π型两脚的R1和R3电阻阻值相同，为130Ω，π型顶部中间R2电阻阻值为44.2Ω。

[0038] 所述数字步进衰减器可控衰减量为31.5dB，步进为0.5dB。

[0039] 所述低通滤波器为贴片式滤波器，对于54MHz中频信号的插入损耗在0.33dB附近，对于2～4GHz射频信号的带外抑制大于42dBc。

[0040] 本发明所述电路的ADS仿真原理图如图2所示，包括：谐波平衡仿真控件HB1、变量与方程控件VAR1、2～4GHz射频信号频率源控件PORT1、第一个耦合器三端口网络控件SNP1、第二个耦合器三端口网络控件SNP2、第一个增益模块二端口网络控件SNP3、第二个增益模块二端口网络控件SNP4、低通滤波器二端口网络控件SNP5、第一个混频器控件MIX1、第二个混频器控件MIX2、等同于压控温补晶振的54MHz晶振信号频率源控件PORT2、等同于数字步进衰减器的衰减器控件ATTEN1、构成电阻π型衰减网络的电阻R1、R2、R3以及射频信号50Ω匹配输出端口Term3和中频信号50Ω匹配输出端口Term4。射频信号频率源控件PORT1的输出信号频率可在2～4GHz之间调节，原理图预设输出频率为2GHz，输出功率为13dBm。第一个耦合器三端口网络控件SNP1、第二个耦合器三端口网络控件SNP2均导入了RBDC-20-63+的s3p参数文件，使得这两个三端口网络控件与实际耦合器性能一致。第一个增益模块二端口网络控件SNP3、第二个增益模块二端口网络控件SNP4均导入了ADL5610的s2p参数文件，使得这两个二端口网络控件与实际增益模块性能一致。低通滤波器二端口网络控件SNP5导入了SXLP-65+的s2p参数文件，使得此二端口网络控件与实际低通滤波器性能一致。第一个混频器控件MIX1、第二个混频器控件MIX2均使用的理想混频器控件，但设置其变频损耗为6.5dB，镜像抑制度为0dB，使得理想网络控件尽可能接近实际混频器的性能。

[0041] 本发明所述功率反馈电路的ADS仿真结果图如图3所示，其由三个子图组成，分别是：射频输出信号功率与数字步进衰减器衰减量x的关系曲线(3-1)、中频信号功率与数字步进衰减器衰减量x的关系曲线(3-2)、中频信号功率与射频输出信号功率的关系曲线(3-3)。

[0042] 子图(3-1)的横坐标为数字步进衰减器60控制的衰减量x，变化范围为3～30，步进为1，单位为dB。子图(3-1)的纵坐标为随数字步进衰减器60控制的衰减量x变化而变化的射频输出信号功率，变化范围为8.10～-18.97，单位为dBm。由子图(3-1)可知，射频输出信号功率与数字步进衰减器60控制的衰减量x成良好的线性关系。子图(3-2)的横坐标为数字步进衰减器60控制的衰减量x，变化范围为3～30，步进为1，单位为dB。子图(3-2)的纵坐标为随数字步进衰减器60控制的衰减量x变化而变化的中频信号功率，变化范围为-16.93～-44.06，单位为dBm。由子图(3-2)可知，中频信号功率与数字步进衰减器60控制的衰减量x成良好的线性关系。子图(3-3)的横坐标为射频输出信号功率，即为子图(3-1)的纵坐标，变化范围为-18.97～8.10，单位为dBm。子图(3-3)的纵坐标为中频信号功率，即为子图(3-2)的纵坐标，变化范围为-44.06～-16.93，单位为dBm。由子图(3-3)可知，中频信号功率与射频输出信号功率成良好的线性关系，由此可以通过检测54MHz固定中频信号的功率幅度来反馈调节射频输出信号的功率幅度。

[0043] 本发明所述反馈电路实物板图如图4所示，使用的板材是厚度为20mil的FR4板材，其介电常数为4.4。实物电路包括：第一耦合器10、第二耦合器11、第一混频器20、第二混频器21、第一增益模块31、第二增益模块41、电阻型衰减网络42、压控温补晶振50、数字步进衰减器60、低通滤波器70、数字控制端口88、电源99、射频输入SMA1、射频输出SMA2、中频输出SMA3。数字控制端口88是连接实物电路板和开发板的插排，用于控制数字步进衰减器60的实时衰减量x，变化范围为3～30，步进为1，单位为dB。电源99输入电压为+6.6V，输出电压为+5.0V。

[0044] 本发明所述反馈电路的实物测试图如图5所示，测试图的横坐标为射频输出信号功率(RF_out)，变化范围为-22.33～4.67，单位为dBm。测试图的纵坐标为中频信号功率(IF_out)，变化范围为-48.78～-22.09，单位为dBm。由此实物测试图可知，中频信号功率与射频输出信号功率也是成良好的线性关系，所以可以通过检测54MHz固定中频信号的功率幅度来反馈调节射频输出信号的功率幅度。

[0045] 上述实施仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。