ALC(自動電平控製)huanlukongzhishuyufankuikongzhidianludeyizhong，qizuoyongshidangshuruxinhaobianhuajiaodashi，gonglvfangdaqideshuchugonglvjibenbaochibubian。jutieryan，jidangshuruxinhaojiaoxiaoshi
，ALC電路不起作用;而當輸入信號變大到一定程度後，ALC電路開始作用

，並根據輸入信號的大小動態調整功率放大器的增益，使輸出功率保持不變。

 

在功率放大器中，ALC的主要作用是限製功放輸出功率以使其工作在線性狀態，同時當輸入信號功率超過額定輸入功率時，防止功放過激勵而損壞。設計的ALC控製電路簡潔易實現，且具有>20 dB的動態範圍，並在S波段超過10%的相對帶寬內實現了ALC環路控製。

 

 

ALC環路控製電路主要包含可變增益器件
、功率放大器、檢波電路、參考預置電路、功放檢波電壓進行處理電路和濾波電路
，通過以上電路構成了完整的負反饋環路。

 

圖1：ALC環路工作原理驅動
 

輸入信號首先進入電壓控製衰減器
，然後進入功率放大器對信號進行放大
，由於ALC環路起作用後使功率放大器工作在線性狀態，即功放的最大功率需大於ALC起作用後的輸出功率，通常需>0.5 dB，否則會因工作頻帶的平坦度問題使某些頻點進入飽和區而無法使ALC環路起控。功放輸出端的耦合電路耦合出約35 dB的(de)信(xin)號(hao)，檢(jian)波(bo)電(dian)路(lu)根(gen)據(ju)耦(ou)合(he)出(chu)的(de)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)檢(jian)波(bo)電(dian)壓(ya)，檢(jian)波(bo)電(dian)壓(ya)與(yu)參(can)考(kao)預(yu)置(zhi)電(dian)路(lu)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)輸(shu)出(chu)初(chu)步(bu)的(de)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)電(dian)壓(ya)，經(jing)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)後(hou)反(fan)饋(kui)控(kong)製(zhi)功(gong)放(fang)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)衰(shuai)減(jian)器(qi)，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)完(wan)整(zheng)的(de)負(fu)反(fan)饋(kui)環(huan)路(lu)即(ji)ALC環路，最終使輸出功率保持恒定。如功放由於溫度或其他原因增益升高
、輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)變(bian)大(da)時(shi)，耦(ou)合(he)電(dian)路(lu)耦(ou)合(he)出(chu)的(de)信(xin)號(hao)增(zeng)大(da)，使(shi)檢(jian)波(bo)電(dian)壓(ya)增(zeng)大(da)
，檢(jian)波(bo)電(dian)壓(ya)與(yu)參(can)考(kao)預(yu)置(zhi)電(dian)壓(ya)經(jing)運(yun)放(fang)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)後(hou)產(chan)生(sheng)控(kong)製(zhi)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)衰(shuai)減(jian)器(qi)的(de)電(dian)壓(ya)，該(gai)電(dian)壓(ya)使(shi)衰(shuai)減(jian)器(qi)衰(shuai)減(jian)量(liang)增(zeng)加(jia)，從(cong)而(er)使(shi)整(zheng)個(ge)功(gong)放(fang)增(zeng)益(yi)降(jiang)低(di)，功(gong)放(fang)輸(shu)出(chu)減(jian)小(xiao)，並(bing)形(xing)成(cheng)動(dong)態(tai)平(ping)衡(heng)
，使(shi)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)趨(qu)於(yu)恒(heng)定(ding);反之，如功放由於溫度或其他原因增益降低、shuchugonglvbianxiaoshi，ouhedianluouhechudexinhaojianxiao，shidejianbodianyajianxiao，jianbodianyayucankaoyuzhidianyajingguoyunfangchafenfangdahouchanshengkongzhidianyakongzhishuaijianqidedianya，gaidianyashishuaijianqishuaijianliangjianxiao，yeshizhenggegongfangzengyishenggao，congershigongfangshuchuzengda
，zuizhongxingchengdongtaipingheng，shifangdaqishuchuquyuhengding。

 

ALC環huan路lu中zhong壓ya控kong衰shuai減jian器qi通tong常chang放fang在zai功gong放fang的de輸shu入ru端duan，這zhe是shi為wei了le增zeng大da環huan路lu的de動dong態tai範fan圍wei

，且qie因yin通tong常chang電dian壓ya控kong製zhi衰shuai減jian器qi無wu法fa承cheng受shou過guo大da的de輸shu入ru功gong率lv。而er耦ou合he電dian路lu一yi般ban放fang在zai功gong放fang的de輸shu出chu端duan
，是shi為wei了le使shi功gong放fang的de輸shu出chu功gong率lv更geng加jia穩wen定ding。

 

ALC環路設計時還需考慮整個功率放大鏈路的增益及功率器件的選擇，其是由於ALC環路起作用後功率鏈路中的器件工作在線性狀態，此時功率器件工作在安全範圍內，但由於ALC環huan路lu起qi作zuo用yong有you一yi個ge過guo程cheng且qie經jing過guo負fu反fan饋kui的de反fan複fu調tiao整zheng才cai能neng達da到dao穩wen定ding狀zhuang態tai。因yin此ci，在zai穩wen定ding狀zhuang態tai前qian有you一yi個ge波bo動dong過guo程cheng，在zai此ci過guo程cheng中zhong，功gong率lv放fang大da鏈lian路lu的de增zeng益yi變bian化hua較jiao大da，因yin而er有you可ke能neng對dui功gong率lv器qi件jian尤you其qi是shi末mo級ji功gong率lv管guan造zao成cheng損sun壞huai
，故gu在zai設she計ji初chu期qi需xu注zhu意yi功gong率lv器qi件jian的de輸shu入ru功gong率lv承cheng受shou能neng力li。由you此ci避bi免mianALC穩定前的增益波動或輸入功率變化對功率器件的衝擊。

 

 

 

電壓控製衰減器選用Hittite公司的模擬電壓控製衰減器HMC346作為可變增益器件，其控製電壓為0～-3 V
，在DC～8 CHz的頻率範圍內具有>30 dB的衰減量
，且具有較小的相位變化和較低的插損;而射頻信號輸入輸出口匹配50 Ω係統，並在30 dB衰減範圍內具有良好的駐波。

 

圖2：壓控衰減器外部輔助電路圖
 

該衰減器包含兩部分電路：第一部分電路功能為衰減RF信號。第二部分電路為參考衰減電路

，其與外部電路共同工作使器件在30 dB衰減範圍內保持射頻輸入輸出端口良好的駐波
，並使其阻抗與50 Ω係統可有良好的匹配。

 

由於電壓控製衰減器根據控製信號對RF信號進行衰減
，電壓控製衰減器的本質是幅度調製器。因此，控製信號上疊加任何雜波信號或幹擾信號均會調製到RF信號上
，而控製信號的頻率也有調製幹擾故同樣可調製到RF信號上。

 

假如調製信號為m(t)，則其可用式(1)表示

 

 

其中，ka為常數;Am為調製信號幅度;fm為調製信號的頻率。

將上述調製信號加入電壓控製衰減器控製端

，則輸出信號可用式(2)表示

 

 

其中，μ=ka×Am。由此可看出，調製信號的頻譜會被調製到射頻信號頻譜的兩側。

為防止幹擾信號通過電壓控製衰減器控製端進入RF信號形成調製幹擾
，必須對ALC反饋回路中的器件及電路進行必要的濾波處理，將幹擾信號降至最低。

 

 

功率放大器的性能直接決定了ALC環路放大器的性能

，因此功率放大電路的設計是基礎。本例ALC環路功放最終輸出功率為44 dBm，增益>44 dB，頻率為3.7～4.2 GHz。由於增益要求較高
，功放采用4級放大器件來實現性能。第一級采用RFMD公司的功率單片NBB300
，增益15 dB，輸出功率13 dBm;第二級采用MA—COM公司的功率單片MAAM26100，增益15 dB
，輸出功率27 dBm;第3級采用Toshiba公司的內匹配功率管TIM3742-4SL-341
，增益10dB，輸出功率36.5dBm;第4級采用Toshiba公司的內匹配功率管TIM3742-30SL-341，增益10dB，輸出功率45dBm。

 

由於采用的功率器件為功率單片或內匹配功率管，電路無需仿真匹配，但功率管的偏置電路需特別注意。圖3為功率管偏置電路的詳細偏置電路。

 

圖3：功率管偏置電路
 

gonglvguanrehaoguoda，yincixulianghaodesanre，fangzhigonglvguanguoreerchanshengreshaohuixianxiang。lingwai
，youyushenhuajiagonglvguandecailiaotexing
，gonglvguanjiadianyouyangedeshunxu，jizhajidianyaxuxianyuloujidianya。

 

 

大功率檢波電路有較多種電路來實現
，通過功分或耦合出合適的功率
，經檢波二極管或專用的功率檢波器對輸出功率進行檢波。

 

youyujianbodianluzaigonglvshuchuduangonglvjiaoda，caiyonggongfendianluyidaozhijianbodianluhegonglvshuchudianluxianghuyingxiang。gubenfanganxuanzejiandandeweidaixianouhechugonglv，ranhoutongguojianboerjiguanjinxingjianbo。gaifanganbuyingxianggongfangdegonglvshuchu，jianboerjiguanjianbodianlujiaoweijiandan，wuxujiadianjikechanshengjianbodianya。ciwai，haikejianshaodagonglvkongjianouhedaojiadianxianduijianbodianyachanshengdeyingxiang。jianbodianluyuanliturutu4所示。

 

圖4：功率檢波電路原理圖
 

檢波電路包括耦合微帶線、檢波二極管
、串聯電阻
、匹配電阻、負載電阻以及負載電容等。此檢波電路主要是通過負載電阻、負載電容組成的充放電進行峰值包絡檢波
，因此負載電阻及電容需進行合理的選擇。51Ω電阻起到匹配電路的作用，使耦合微帶信號有較高地方向性。負載RC的值決定了放電的時間常數，其若過大易引起惰性失真;過小則檢波電壓較小，易受到輻射信號的幹擾。

 

檢波電壓的特性對整個ALC電路具有重要影響，因此需對檢波電路進行詳細的設計及調試，並進行相應的濾波，使檢波電壓能符合設計要求。

 

 

運放差分電路是ALChuanlugongfangxingnengzhibiaoyouliedeguanjiandianlu，qifuzejiangjianbodianludejianbodianyayucankaodianyajinxingchafenfangda，bingjingshidanglvbohoukongzhimonishuaijianqi。lingwai，yinkeshixianALChuanlukongzhidedianlujiaoduo，guxuanzejiandandeyunfanglaishixian。danggongfangshuchugonglvzengdashi，jianbodianyashenggao，yunfangchafendianlushuchudianyashenggao，dianyakongzhishuaijianqishuaijianliangzengda，gongfangzengyixiajiang，shuchugonglvxiajiang，youciquebaoshuchugonglvhengding。yunfangchafendianluyuanliturutu5所示。

 

 

運放差分電路的參考電壓Vref決(jue)定(ding)了(le)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)大(da)小(xiao)

，因(yin)此(ci)改(gai)變(bian)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)的(de)數(shu)值(zhi)便(bian)可(ke)改(gai)變(bian)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)大(da)小(xiao)。差(cha)分(fen)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu)由(you)反(fan)饋(kui)電(dian)阻(zu)與(yu)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu)的(de)比(bi)值(zhi)決(jue)定(ding)
，差(cha)分(fen)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu)越(yue)大(da)，ALC控kong製zhi電dian路lu的de作zuo用yong越yue明ming顯xian，輸shu出chu功gong率lv的de穩wen定ding性xing也ye越yue好hao，但dan放fang大da倍bei數shu過guo大da易yi造zao成cheng震zhen蕩dang。因yin此ci，根gen據ju電dian路lu結jie合he實shi際ji調tiao試shi決jue定ding最zui終zhong的de放fang大da倍bei數shu。圖tu5為50倍的差分放大電路
，是根據實際調試試驗得出的較為折中的數值。

 

 

實際製作的ALC環路功率放大器

，輸入信號在0～10 dBm之間，功放的最終輸出功率能保證較好地穩定度，如圖6所所示。實測數據如表1所示。

 

 

隨著輸入信號變化，功放輸出功率在0.2 dB範圍內變化
，可看出功放的輸出功率具有較為理想的穩定度。此外，通過ALC功率放大器的幅頻掃描曲線可看出，功放能在工作帶寬內實現較好的輸出功率平坦度。最終製作出的ALC功放在整個工作帶寬內的幅度平坦度為0.15 dB。

 

雖ALC功gong放fang具ju有you較jiao好hao的de穩wen定ding性xing，但dan由you於yu檢jian波bo二er極ji管guan的de檢jian波bo電dian壓ya在zai高gao低di溫wen下xia具ju有you較jiao大da溫wen漂piao，對dui功gong放fang輸shu出chu功gong率lv穩wen定ding性xing有you較jiao大da影ying響xiang。通tong過guo對dui實shi際ji製zhi作zuo的de功gong放fang進jin行xing高gao低di溫wen測ce試shi，發fa現xian二er極ji管guan的de溫wen度du特te性xing對dui功gong放fang輸shu出chu功gong率lv變bian化hua的de影ying響xiang達da到dao0.8 dB。因此
，對檢波二極管的溫度特性進行補償尤為重要。由於運放差分電路的參考電壓Vref決jue定ding了le功gong率lv放fang大da器qi的de輸shu出chu功gong率lv大da小xiao，故gu可ke通tong過guo在zai高gao低di溫wen下xia改gai變bian參can考kao電dian壓ya的de方fang法fa對dui檢jian波bo二er極ji管guan的de特te性xing進jin行xing補bu償chang。通tong過guo合he理li的de補bu償chang，在zai高gao低di溫wen及ji輸shu入ru信xin號hao變bian化hua的de情qing況kuang下xiaALC功放的輸出功率變化範圍為0.4 dB。

 

設計製作的ALC功放，在高低溫下均具有較好的輸出功率穩定性，且在工作帶內能實現較好的平坦度，並具有簡單實用的特點。該設計的ALC電路不僅可用於功率放大器中
，也可應用到需要對信號輸出功率進行控製的任意微波係統之中。

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