引言
       隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展，要求通信具有更高的傳輸可靠性,、更強(qiáng)的抗干擾能力,。在無(wú)線信號(hào)發(fā)射過(guò)程中，射頻信號(hào)必須經(jīng)功放放大,，再經(jīng)天線發(fā)射出去,，信號(hào)經(jīng)功放后的幅度和穩(wěn)定性對(duì)通信的可靠性和抗干擾起著關(guān)鍵作用。攻放輸出信號(hào)的幅度越大通信可靠性越穩(wěn)定,，接收的準(zhǔn)確性和可靠性就越高,。在發(fā)射端，功放輸出功率控制一方面需要保證功放的安全可靠,，另一方面又要盡可能使功放輸出功率最大,。因此，對(duì)功放的輸出功率控制就顯得十分重要,，早期的功放控制一般采用模擬等方法實(shí)現(xiàn),。


        本文提出一種基于DSP的數(shù)字閉環(huán)功放控制系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)正反向功率電壓確定輸出功率上升或下降的最佳步徑,，按該步徑增加或者減少功放輸出功率,，并隨時(shí)檢測(cè)輸出功率是否超過(guò)額定輸出功率，如超過(guò)額定輸出功率,，根據(jù)求出的最大下降步徑進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,，及時(shí)將功放輸出功率減小到額定功率，這樣形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng),。由于采用DSP為處理核心,，處理速度和計(jì)算精度都得到保證。這樣既能保證功放的安全可靠又可以使功放盡量輸出可發(fā)射的最大功率,。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
          整個(gè)系統(tǒng)由C5509A,、AD9857、AD7655組成,，系統(tǒng)框圖如圖1所示,。



圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖


        從圖1可以看出，DSP是核心控制單元,；AD9857用于發(fā)射數(shù)據(jù),，進(jìn)行上變頻，并輸出模擬數(shù)據(jù)到功放，再經(jīng)過(guò)天線發(fā)射出去,，AD9857的控制信號(hào)由DSP的SPI接口實(shí)現(xiàn),。AD7655負(fù)責(zé)采集功放的正向和反向電壓值，將電壓值回送到DSP,，DSP根據(jù)電壓值進(jìn)行功放控制,。SRAM存儲(chǔ)發(fā)射的基帶數(shù)據(jù)，以及實(shí)時(shí)計(jì)算發(fā)射基帶數(shù)據(jù)的中間變量,。Flash保存DSP所需要的程序,，供DSP上電調(diào)用；DSP和PC之間使用HPI口,，使用PCI橋芯片，實(shí)現(xiàn)和PC的連接,。DSP對(duì)AD9857,、AD7655、SRAM以及Flash都是經(jīng)過(guò)DSP的EMIF接口連接,，EMIF接口是DSP的外部存儲(chǔ)器接口（External Memory Interface）,，可以方便的和外部Flash、異步SRAM等設(shè)備連接,。本系統(tǒng)的外部設(shè)備數(shù)據(jù)通信速率均較低,，最高數(shù)據(jù)傳輸速率為AD9857的48Mb/s，C5509A的EMIF接口適合滿足其速度要求,。

閉環(huán)控制算法
       對(duì)發(fā)射機(jī)功放輸出功率的典型控制方法是根據(jù)駐波比來(lái)調(diào)整發(fā)射機(jī)的輸出功率,。發(fā)射機(jī)的正、反向功率檢測(cè)電壓與功放輸出功率及駐波比之間的數(shù)值關(guān)系如下,。
正向功率檢測(cè)電壓：
（1）
反向功率檢測(cè)電壓：
（2）
駐波比：
（3）
        式中,，VF_Full表示當(dāng)功放輸出最大額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的正向功率檢測(cè)電壓，PFWD表示功放輸出的正向功率,，PREV表示反向功率,，PF_Full表示功放輸出的最大額定功率。


        根據(jù)正,、反向功率檢測(cè)電壓計(jì)算出允許功放輸出功率的最大上升或下降步徑來(lái)控制功放輸出功率,。


         設(shè)PR_Full為功放能承受的最大反向功率，并且PR_Full＝b（常數(shù)）,；POUT為反向電壓達(dá)到VR_Limit時(shí)的輸出功率,；輸出額定功率時(shí)對(duì)應(yīng)的正向功率檢測(cè)電壓VF_Full＝a（常數(shù)）；PF_Full/PR_Full=n（常數(shù)）,。這三個(gè)常數(shù)都由功放的指標(biāo)確定,。



         根據(jù)式（3），在反向電壓達(dá)到VR_Limit時(shí)的駐波比如下：
（4）



（5）

         由于POUT最大為b，所以有：

（6）
               當(dāng) ,，也就是說(shuō),，此時(shí)輸出額定功率。


        根據(jù)上面的討論,，功放輸出額定功率受限于功放的PF_Full/PR_Full的比值n,。在一定駐波比情況下，功放是無(wú)法輸出額定功率的,，例如,，駐波比為3，n為3無(wú)法輸出額定功率,。此時(shí),，功放能夠輸出的功率將小于額定功率，但可以輸出的最大功率是多少呢,？根據(jù)式（5）,，圖2畫(huà)出了功率控制曲線圖。圖中設(shè)定輸出額定功率為0dB,，為了比較,，圖中給出了n＝9和n＝5以及線性控制方法的曲線。



圖2 功率控制曲線


        線性控制方法為根據(jù)駐波比直接進(jìn)行線性比例控制方法,。線性控制不考慮功放自身的情況,，所以其控制簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn),。但控制粗糙,，對(duì)于質(zhì)量好的功放，沒(méi)有充分發(fā)揮其性能,，對(duì)于質(zhì)量差的功放,，又容易燒毀功放。


        如圖2中n＝9時(shí),，此時(shí)功放的指標(biāo)較差,，一般情況下不能使用。尤其在使用線性控制方法時(shí),，工作時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)燒毀功放,。這是因?yàn)椋€性控制方法在駐波比等于2時(shí),，輸出額定功率,。而使用基于閉環(huán)控制算法后，由于n＝9,，在駐波比等于2時(shí)不能輸出額定功率,，確保不會(huì)燒毀功放,。


        如圖2中n＝5時(shí)，此時(shí)功放的指標(biāo)較好,，使用線性控制方法,，仍然嚴(yán)格遵守圖中斜線，閉環(huán)控制方法的功率輸出則明顯偏大,，充分利用了功放的特性,。


        實(shí)際工作情況下，駐波比大于4時(shí)功放和天線都將明顯變差,，此時(shí)為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定,，將直接將曲線設(shè)置成 －12dB，使得功放的輸出維持在較低的水平,。

實(shí)驗(yàn)
         為了驗(yàn)證本文提出的方法的有效性和實(shí)用性,，將該方法應(yīng)用于短波和超短波電臺(tái)，圖3為其功率控制收斂曲線,。從圖中可以看出,，功率控制大概在10次步徑后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定后曲線波動(dòng)較小,，功率輸出幾乎恒定。



圖3 功率控制收斂曲線

總結(jié)
        本文介紹了對(duì)發(fā)射機(jī)功放輸出功率進(jìn)行控制的閉環(huán)控制算法,，以及系統(tǒng)組成,。通過(guò)計(jì)算正反向功率檢測(cè)電壓，確定允許功放輸出功率升降的最大步徑來(lái)控制功放輸出功率,。整個(gè)系統(tǒng)采用DSP和AD9857來(lái)實(shí)現(xiàn),，經(jīng)過(guò)短波和超短波系統(tǒng)測(cè)試，基于閉環(huán)算法的功放輸出效率明顯高于其他典型的線性控制算法,，在確保功放安全的情況下,，對(duì)提高功放的效率具有實(shí)用價(jià)值。