蘇 鋒，李 飛，安超群

（1.廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663；2.廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510515）

0 引 言

超短波電臺(tái)主要工作于超短波頻段，該頻段的無(wú)線(xiàn)電波主要以視距傳播的方式傳輸信息[1]。在軍用領(lǐng)域，超短波電臺(tái)得到了非常廣泛的應(yīng)用[2]。隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)軍用超短波通信的性能也提出了更高的要求，包括保密性、傳輸速率以及抗干擾性等。在超短波通信設(shè)備系統(tǒng)工作中，電臺(tái)發(fā)射機(jī)射頻前端要保證線(xiàn)性地將數(shù)字中頻信號(hào)成功變頻為射頻信號(hào)，在保持功率平坦度的前提下送入功放進(jìn)行功率放大發(fā)射[3]。超短波電臺(tái)工作頻段在30～88 MHz，頻段范圍較廣，對(duì)超短波電臺(tái)發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。電臺(tái)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)信道傳輸，其功率的平坦度直接影響接收機(jī)接收信號(hào)的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

在超短波電臺(tái)信道電路中，模擬器件組成的信號(hào)收發(fā)通道工作在不同頻點(diǎn)時(shí)具有一定的頻響差異，導(dǎo)致信號(hào)收發(fā)功率離散性較大。離散性的存在對(duì)于生產(chǎn)同一款超短波電臺(tái)的不同個(gè)體之間信號(hào)收發(fā)功率設(shè)計(jì)指標(biāo)影響顯著，這些超短波電臺(tái)必須經(jīng)過(guò)某些測(cè)試系統(tǒng)校準(zhǔn)才能滿(mǎn)足信號(hào)收發(fā)功率指標(biāo)的要求。為了克服頻響差異導(dǎo)致同款超短波電臺(tái)不同個(gè)體之間信號(hào)收發(fā)功率存在的差異問(wèn)題，需要尋找高效的功率校準(zhǔn)算法對(duì)每個(gè)超短波電臺(tái)進(jìn)行功率指標(biāo)校準(zhǔn)。移動(dòng)臺(tái)在組裝完畢后，元器件及工藝流程本身存在誤差，使得每臺(tái)移動(dòng)設(shè)備的電氣性能不盡相同，這可能對(duì)移動(dòng)設(shè)備的通信質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。為了獲得最佳的通信質(zhì)量，每臺(tái)移動(dòng)設(shè)備在出廠前都要進(jìn)行校準(zhǔn)并調(diào)整相關(guān)參數(shù)，這個(gè)過(guò)程就是功率校準(zhǔn)[4]。

在超短波電臺(tái)設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，根據(jù)每一部電臺(tái)的個(gè)體差異對(duì)電臺(tái)工作全頻段的工作頻點(diǎn)進(jìn)行發(fā)射功率校準(zhǔn)。根據(jù)不同通信波形的帶寬特性，超短波全頻段校準(zhǔn)頻點(diǎn)各不相同，如果通信波形空口協(xié)議所需的通信帶寬較窄，在超短波電臺(tái)工作頻段30～512 MHz的范圍內(nèi)所需較準(zhǔn)的頻點(diǎn)可能高達(dá)幾萬(wàn)個(gè)?；诖耍斜匾鶕?jù)研發(fā)產(chǎn)品的特性開(kāi)發(fā)一款全頻段發(fā)射信道功率自動(dòng)掃頻校準(zhǔn)系統(tǒng)。

1 通信系統(tǒng)發(fā)信機(jī)信道ALC控制過(guò)程

發(fā)射機(jī)信號(hào)發(fā)射組成框架如圖1所示，其發(fā)射通路主要組成部分為2次混頻模塊、混頻濾波器、諧波濾波器組、定向耦合器、檢波器、線(xiàn)性衰減器以及運(yùn)算放大器。

圖1 發(fā)射機(jī)發(fā)射通路組成框架

數(shù)字信號(hào)在經(jīng)過(guò)調(diào)制和上變頻處理后，由數(shù)字/模擬（Digital/Analog，D/A）轉(zhuǎn)換成固定載波的中頻信號(hào)再傳輸給發(fā)射機(jī)。發(fā)射機(jī)將發(fā)射中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)2次混頻后轉(zhuǎn)換為算法需要的發(fā)射頻點(diǎn)，經(jīng)過(guò)混頻濾波器對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。將信號(hào)傳輸至功率放大電路單元進(jìn)行放大，定向耦合器和檢波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果再對(duì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)電平控制（Auto Level Control，ALC）。當(dāng)經(jīng)過(guò)電路的信號(hào)波動(dòng)較大時(shí)，通過(guò)ALC使輸出信號(hào)功率穩(wěn)定不變或變化極小[5]。

為了保證發(fā)射機(jī)輸出功率穩(wěn)定，在發(fā)射通道中加入ALC電路很有必要，其由定向耦合器、檢波器以及線(xiàn)性衰減器構(gòu)成反饋控制環(huán)路[6,7]。當(dāng)發(fā)射通路信號(hào)較小時(shí)，調(diào)整線(xiàn)性衰減器減小衰減值，將信號(hào)功率增大再傳輸至空口發(fā)送；當(dāng)發(fā)射通路信號(hào)較大時(shí)，調(diào)整線(xiàn)性衰減器增大衰減值，將信號(hào)功率減小再傳輸至空口發(fā)送。通過(guò)閉環(huán)控制，使空口輸出信號(hào)的功率基本保持恒定[8]。

對(duì)于超短波電臺(tái)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，超短波常用的數(shù)字通信波形包括戰(zhàn)斗網(wǎng)、語(yǔ)音中繼網(wǎng)以及數(shù)據(jù)鏈等，這些通信波形均以跳頻通信的方式傳輸，其頻點(diǎn)跳動(dòng)范圍具有不確定性。每一跳數(shù)據(jù)周期一般在1 ms左右，周期較短的能達(dá)到0.2 ms。由于每一跳數(shù)據(jù)的ALC時(shí)間較短，因此在工程應(yīng)用中需要根據(jù)電臺(tái)的個(gè)體差異對(duì)每部電臺(tái)在超短波頻段范圍內(nèi)每個(gè)工作頻點(diǎn)的發(fā)射功率進(jìn)行掃頻標(biāo)定，掃頻完成后將標(biāo)定得到的對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的衰減值和檢波目標(biāo)值寫(xiě)入可擦除可編程ROM（Electrically Erasable Programmable ROM，EEPROM）存儲(chǔ)單元[9]。在電臺(tái)工作過(guò)程中，信道控制單元根據(jù)系統(tǒng)下發(fā)的跳頻頻點(diǎn)從EEPROM中調(diào)取相應(yīng)的衰減參數(shù)和檢波模擬電壓參數(shù)，在此基礎(chǔ)上再根據(jù)環(huán)境變化對(duì)發(fā)射平坦度進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)快速ALC調(diào)整[10]。

2 基于自動(dòng)掃頻的信道發(fā)射參數(shù)標(biāo)定方法

自動(dòng)掃頻功率標(biāo)定系統(tǒng)由上位計(jì)算機(jī)、功率檢測(cè)裝置、信號(hào)發(fā)生器以及電臺(tái)信道控制模塊等組成，如圖2所示。

圖2 自動(dòng)掃頻功率標(biāo)定系統(tǒng)構(gòu)成

在整個(gè)掃頻過(guò)程中，上位計(jì)算機(jī)通過(guò)串口協(xié)議向信道控制模塊下發(fā)控制參數(shù)，包括目標(biāo)功率、初始頻率、掃頻頻段以及線(xiàn)性衰減器初始值，同時(shí)讀取對(duì)應(yīng)參數(shù)檢波器檢測(cè)的模擬量。自動(dòng)掃頻發(fā)射功率標(biāo)定算法流程如圖3所示。

圖3 自動(dòng)掃頻功率標(biāo)定算法流程

系統(tǒng)上電開(kāi)始工作，上位機(jī)軟件先向信號(hào)發(fā)生器下發(fā)輸出信號(hào)功率值，控制信號(hào)發(fā)生器輸出穩(wěn)定功率的信號(hào)。通過(guò)串口控制協(xié)議向信道控制模塊下發(fā)標(biāo)定頻點(diǎn)和線(xiàn)性衰減器的初始值，控制信道模塊混頻器工作在此頻點(diǎn)下。通過(guò)網(wǎng)口讀取功率檢測(cè)裝置檢測(cè)射頻輸出口輸出信號(hào)的功率值，根據(jù)實(shí)時(shí)功率值調(diào)整線(xiàn)性衰減器的衰減值，基于閉環(huán)控制將輸出功率控制在目標(biāo)功率平坦度要求的范圍內(nèi)。當(dāng)功率輸出達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，上位機(jī)軟件通過(guò)串口協(xié)議將該頻點(diǎn)校準(zhǔn)的衰減值和檢波器的模擬電壓值存儲(chǔ)至信道模塊的EEPROM中，然后標(biāo)定下一個(gè)頻點(diǎn)，不斷重復(fù)，直到將整個(gè)頻段的發(fā)射頻點(diǎn)標(biāo)定存儲(chǔ)完成。

通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)算法設(shè)計(jì)，在信道板發(fā)射功率的整個(gè)標(biāo)定過(guò)程中只需要設(shè)定初始參數(shù)，之后將自動(dòng)標(biāo)定存儲(chǔ)完成。當(dāng)電臺(tái)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，根據(jù)發(fā)射頻點(diǎn)調(diào)取存儲(chǔ)的功率控制參數(shù)，使電臺(tái)在該發(fā)射頻點(diǎn)的發(fā)射功率快速達(dá)到指標(biāo)要求。以此為基礎(chǔ)，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)再根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的偏差值對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行微調(diào)，從而有效補(bǔ)償器件離散性和同一器件頻向差異導(dǎo)致的功率差異。

3 分析與驗(yàn)證

在系統(tǒng)標(biāo)定前，對(duì)信道控制模塊輸入固定功率的中頻信號(hào)，然后控制混頻單元掃頻輸出不同頻點(diǎn)的功率值。通過(guò)頻譜儀觀察記錄，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4 信道模塊標(biāo)定前的掃頻輸出

在系統(tǒng)標(biāo)定后，對(duì)信道控制模塊輸入固定功率的中頻信號(hào)，然后控制混頻單元掃頻輸出不同頻點(diǎn)的信號(hào)發(fā)射功率值。通過(guò)頻譜儀觀察記錄，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 信道模塊標(biāo)定后的掃頻輸出

由圖4和圖5可知：在信道模塊標(biāo)定前，信道板在30～88 MHz頻段內(nèi)射頻輸出最大功率與最小功率差值約為3.5 dBm；在信道模塊標(biāo)定后，信道板在30～88 MHz頻段內(nèi)射頻輸出最大功率與最小功率差值約為1 dBm，實(shí)現(xiàn)了較好的功率平坦輸出。

4 結(jié) 論

基于自動(dòng)掃頻的信道功率發(fā)射標(biāo)定系統(tǒng)由上位計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、功率測(cè)試裝置以及信道控制模塊等組成，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)合理的標(biāo)定算法，使該系統(tǒng)具有全自動(dòng)化、參數(shù)靈活配置的高效標(biāo)定能力。該標(biāo)定系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確標(biāo)定各個(gè)頻點(diǎn)的發(fā)射功率控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射頻率跳變后的快速標(biāo)定。與常規(guī)發(fā)射功率反饋控制系統(tǒng)相比，具有系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間短、功率平坦度好以及標(biāo)定效率高等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用意義。