捷變信號(hào)發(fā)生器功率控制軟件設(shè)計(jì)

徐明哲

【摘 要】捷變信號(hào)發(fā)生器的由于其捷變特性導(dǎo)致功率控制不能使用ALC環(huán)路，信號(hào)捷變時(shí)為了輸出精準(zhǔn)的功率，本文提出了一種基于三態(tài)校準(zhǔn)參數(shù)的捷變功率控制方法。通過控制軟件對(duì)預(yù)置數(shù)據(jù)、壓制數(shù)據(jù)以及功率數(shù)據(jù)的有機(jī)結(jié)合使用，解決了功率捷變時(shí)的通道線性、功率過沖以及功率準(zhǔn)確度的問題。測(cè)試結(jié)果表明捷變功率調(diào)理控制軟件實(shí)用有效，數(shù)據(jù)的捷變信號(hào)功率指標(biāo)滿足要求。

【關(guān)鍵詞】ALC;功率捷變;線性插值

中圖分類號(hào)： TP319 TN91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）08-0015-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.005

【Abstract】The method of power control of Agile Frequency Generator is different to ALC. In this paper， it describes a power control software design. ?three compensation parameters which is preset data， power off data and power data are synchronously used to set to continuous attenuators. It can meet the channel linearity， power impulsion and power accuracy when power agile. This method has been applied to agile frequency generator and got a fine result.

【Key words】ALC; Power agile; Linear interpolation

0 引言

隨著電子對(duì)抗的發(fā)展，復(fù)雜電磁環(huán)境模擬成為新興的熱門技術(shù)，其中捷變頻技術(shù)由于其頻率功率即調(diào)制的高速切換特性在電磁環(huán)境模擬中的作用越來越重要。同時(shí)，為了更精準(zhǔn)的描述復(fù)雜電磁環(huán)境，對(duì)捷變頻信號(hào)發(fā)生器的指標(biāo)提出了更高的要求。與傳統(tǒng)頻率合成信號(hào)發(fā)生器不同，捷變頻信號(hào)發(fā)生器采用直接數(shù)字頻率合成加直接模擬上變頻的技術(shù)體制來實(shí)現(xiàn)，其頻率/功率捷變時(shí)間可達(dá)到百納秒量級(jí)，同時(shí)還可以進(jìn)行多調(diào)制捷變。捷變頻信號(hào)發(fā)生器的頻率/功率捷變速度決定了捷變頻信號(hào)發(fā)生器不能采用ALC環(huán)路進(jìn)行功率控制，而只能采用開環(huán)的方式進(jìn)行功率控制。由于捷變頻信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)體制以及功率控制不同于傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器，因此需要設(shè)計(jì)一種全新的不同于傳統(tǒng)的頻率合成信號(hào)發(fā)生器軟件來配合硬件產(chǎn)生功率準(zhǔn)確度高的頻率/功率捷變信號(hào)。

1 捷變功率控制設(shè)計(jì)方案

1.1 捷變功率控制原理

ALC環(huán)路的積分帶寬導(dǎo)致了較長(zhǎng)的功率穩(wěn)幅時(shí)間，達(dá)到十微秒量級(jí);而傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器在ALC開環(huán)時(shí)由于微波通路的衰減器特性限制了功率切換速度和動(dòng)態(tài)范圍。因此要實(shí)現(xiàn)百納秒量級(jí)的功率捷變不能采用傳統(tǒng)信號(hào)源的ALC開閉環(huán)控制方式，需要對(duì)捷變頻信號(hào)發(fā)生器的功率控制進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)。

可采用如圖1所示方案來實(shí)現(xiàn)功率控制：采用3級(jí)調(diào)理的方案來實(shí)現(xiàn)全頻段范圍的捷變功率控制，采用高速數(shù)控衰減器實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)大步進(jìn)功率捷變，采用連續(xù)衰減器實(shí)現(xiàn)小動(dòng)態(tài)精細(xì)功率控制，同時(shí)還要設(shè)計(jì)高速捷變總線保證控制數(shù)據(jù)的高速傳輸以及控制時(shí)序的同步。

1.2 捷變功率控制設(shè)計(jì)方案

本文采用一種基于三態(tài)校準(zhǔn)參數(shù)的功率捷變調(diào)理方法來解決捷變信號(hào)功率在捷變功率調(diào)理通路的起伏與波動(dòng)問題，從而實(shí)現(xiàn)高精度捷變功率信號(hào)輸出。三態(tài)校準(zhǔn)參數(shù)在捷變頻信號(hào)發(fā)生器中的用法如表1所示，該方法主要是設(shè)計(jì)三種形態(tài)功率校準(zhǔn)軟參數(shù)：功率數(shù)據(jù)、預(yù)置數(shù)據(jù)以及壓制數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過一定的算法，根據(jù)捷變頻率所處的頻段，將數(shù)據(jù)送入功率捷變調(diào)理通路中不同的連續(xù)衰減器中。

預(yù)置數(shù)據(jù)主要解決功率過沖和功率線性問題，功率數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)捷變功率的精準(zhǔn)輸出，壓制數(shù)據(jù)解決信號(hào)泄露問題。該方法需要控制軟件生成捷變序列表中每一個(gè)頻率的三態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)送入補(bǔ)償RAM中。

1.3 捷變功率控制軟件設(shè)計(jì)方案

根據(jù)捷變頻信號(hào)捷變時(shí)間特性，以及捷變頻信號(hào)發(fā)生器使用的工控機(jī)特性，通過控制軟件實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)方案不能滿足捷變時(shí)間百納秒的指標(biāo)要求，本文采用通過軟件預(yù)先計(jì)算捷變列表中每個(gè)頻率點(diǎn)的三態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，之后將這些數(shù)據(jù)下載至捷變功率補(bǔ)償RAM中，最后觸發(fā)硬件開始捷變的設(shè)計(jì)方案來實(shí)現(xiàn)?？刂栖浖鞒虉D如圖2所示。

2 捷變功率控制軟件分析與設(shè)計(jì)

根據(jù)前兩節(jié)所述捷變功率控制原理和捷變功率調(diào)理設(shè)計(jì)方案，本節(jié)重點(diǎn)討論捷變功率控制軟件的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。根據(jù)軟件設(shè)計(jì)方案，控制軟件首先能夠具有與人機(jī)交互界面交互獲取捷變序列相關(guān)信息，軟件要設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)捷變序列信息;其次，軟件依次讀取捷變序列中的序列點(diǎn)，根據(jù)序列點(diǎn)中頻率、捷變功率、預(yù)置功率等信息計(jì)算當(dāng)前頻率下捷變功率控制字以及當(dāng)前預(yù)置功率的三態(tài)參數(shù)值，主要涉及三方面的內(nèi)容：捷變功率控制字的計(jì)算算法、預(yù)置數(shù)據(jù)和壓制數(shù)據(jù)的讀取以及功率數(shù)據(jù)的讀取。最后，將當(dāng)前序列點(diǎn)的功率捷變控制字送入基帶板由基帶板將控制字送入捷變總線控制數(shù)控衰減器進(jìn)行大步進(jìn)衰減，將三態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)送入功率補(bǔ)償RAM中，通過捷變總線以及同步電路將數(shù)據(jù)通過DA輸出最終控制調(diào)理通路的連續(xù)衰減器實(shí)現(xiàn)捷變功率的小步進(jìn)精細(xì)控制。

2.1 捷變功率計(jì)算模塊分析與設(shè)計(jì)

根據(jù)1.3節(jié)介紹的軟件設(shè)計(jì)方案，本模塊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵功能有：（1）預(yù)置數(shù)據(jù)以及壓制數(shù)據(jù)的計(jì)算與下載;（2）功率數(shù)據(jù)的計(jì)算與下載。

2.1.1 預(yù)置數(shù)據(jù)以及壓制數(shù)據(jù)的計(jì)算與下載

本文設(shè)計(jì)的三態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)按波段劃分，為降低軟件設(shè)計(jì)難度以及存儲(chǔ)空間，預(yù)置數(shù)據(jù)以及壓制數(shù)據(jù)按波段劃分為兩組來存儲(chǔ)，而不是設(shè)計(jì)為每個(gè)頻率點(diǎn)均有預(yù)置數(shù)據(jù)和壓制數(shù)據(jù)。根據(jù)表1三態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的預(yù)置數(shù)據(jù)和壓制數(shù)據(jù)可設(shè)計(jì)為6個(gè)參數(shù)存儲(chǔ)于系統(tǒng)文件中，而功率數(shù)據(jù)則需要單獨(dú)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。每次開機(jī)整機(jī)軟件讀取系統(tǒng)軟參數(shù)文件配置數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于整機(jī)軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，讀取功率數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件，將功率數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于整機(jī)功率數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。本軟件僅需通過整機(jī)控制軟件提供的相關(guān)校準(zhǔn)參數(shù)讀取接口即可獲取相關(guān)配置數(shù)據(jù)，軟件數(shù)據(jù)流如圖3所示：

2.1.2 功率數(shù)據(jù)的計(jì)算與下載

三態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的功率數(shù)據(jù)通過DA對(duì)連續(xù)衰減器進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)通路[-5dBm， 20dBm]范圍內(nèi)0.1dB功率步進(jìn)的捷變功率輸出。

功率數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)校準(zhǔn)獲得，由于頻率的連續(xù)性，不可能對(duì)全頻段內(nèi)的所有頻率點(diǎn)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文對(duì)整機(jī)的功率校準(zhǔn)設(shè)計(jì)為根據(jù)三個(gè)波段分開進(jìn)行二維校準(zhǔn)：（1）每個(gè)波段從起始頻率到終止頻率，對(duì)每間隔10MHz的頻點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn);（2）在全頻段范圍內(nèi)從[-5dBm， 20dBm]每間隔1dB的功率檔位進(jìn)行校準(zhǔn)。根據(jù)校準(zhǔn)方法，功率數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖4所示：

在功率捷變時(shí)，對(duì)于當(dāng)前頻率點(diǎn)的功率數(shù)據(jù)的獲取本文擬使用四點(diǎn)插值算法來計(jì)算實(shí)現(xiàn)。

最后功率數(shù)據(jù)的計(jì)算算法流程圖如下圖5所示。

3 軟件開發(fā)及試驗(yàn)驗(yàn)證

基于上述設(shè)計(jì)，進(jìn)行軟件的詳細(xì)開發(fā)，軟（下轉(zhuǎn)第7頁）（上接第16頁）件開發(fā)采用C++語言，采用單循環(huán)作為控制軟件底層框架，單循環(huán)為遍歷序列表循環(huán)，在遍歷每一個(gè)序列點(diǎn)時(shí)生成對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的捷變功率控制字，三態(tài)校準(zhǔn)參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)送入對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償RAM中。

為了驗(yàn)證本控制軟件的可用性，控制軟件與1451捷變信號(hào)發(fā)生器主機(jī)軟件集成后，最終可實(shí)現(xiàn)對(duì)1451捷變信號(hào)發(fā)生器的捷變功率控制。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

4 結(jié)論

本文提出了一種基于三態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的捷變功率控制軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，通過與1451捷變頻信號(hào)發(fā)生器軟件的集成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)捷變頻信號(hào)發(fā)生器捷變功率的精細(xì)控制，取得了良好的效果，滿足捷變頻信號(hào)發(fā)生器捷變功率指標(biāo)要求。