阅读说明：本技术 一种应用压控衰减器的精密数控衰减器及校准方法 (Precise numerical control attenuator applying voltage-controlled attenuator and calibration method ) 是由 喻国建 黄权毅 韩伟 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种应用压控衰减器的精密数控衰减器及校准方法,包括MCU,用于接收上位机的指令,调整MCU输出到DA转换芯片的数据；DA转换单元,用于直流信号的转换,与MCU相连；压控衰减器,用于射频信号衰减,与DA转换单元相连；存储器,用于保存校准数据,与MCU相连；串口或USB接口,用于外接设备实现MCU中数据的输入,与MCU相连；工作电源,用于提供实现衰减及控制所需电能。上述技术方案根据上位机的指令,来调整MCU输出到DA转换芯片的数据,经DA芯片转换成的直流信号,到达压控衰减器的控制引脚,实现衰减的精确控制,无需复杂电路配合,通过校准后直接通过MCU实现衰减器精确控制,优化效果好且改进成本低。(The invention discloses a precise numerical control attenuator applying a voltage-controlled attenuator and a calibration method, wherein the precise numerical control attenuator comprises an MCU (microprogrammed control unit), a DA (digital-to-analog) conversion chip and a control unit, wherein the MCU is used for receiving an instruction of an upper computer and adjusting data output to the DA conversion chip by the MCU; the DA conversion unit is used for converting a direct current signal and is connected with the MCU; the voltage-controlled attenuator is used for attenuating radio frequency signals and is connected with the DA conversion unit; the memory is used for storing the calibration data and is connected with the MCU; the serial port or USB interface is used for realizing data input in the MCU by external equipment and is connected with the MCU; and the working power supply is used for providing electric energy required by realizing attenuation and control. According to the technical scheme, the data output to the DA conversion chip by the MCU is adjusted according to the instruction of the upper computer, the direct current signal converted by the DA chip reaches the control pin of the voltage-controlled attenuator, the accurate control of the attenuation is realized, the complex circuit matching is not needed, the accurate control of the attenuator is directly realized through the MCU after the calibration, the optimization effect is good, and the improvement cost is low.)

一种应用压控衰减器的精密数控衰减器及校准方法

技术领域

本发明涉及衰减器技术领域，尤其涉及一种应用压控衰减器的精密数控衰减器及校准方法。

背景技术

压控衰减器，一种通过在PIN管引脚加电压调整PIN管导通程度来控制微波信号衰减的器件，主要应用于ALC控制场合，配合负反馈来实现信号强弱控制的功能。衰减器的主要功能是用于信号的幅度控制，N位数控衰减器有2N个幅度控制状态。衰减器作为射频芯片中重要的幅度控制电路，被广泛应用于各种相控阵系统中。为满足相控阵系统的性能指标，衰减器一般需要满足以下基本要求：第一，需要较高的衰减精度和较大的衰减动态范围，降低天线增益方向图的副瓣电平，提高信号检测灵敏度；第二，需要稳定的相位变化以实现目标的准确追踪，减小相位校准电路的复杂度；第三，需要较低的插损以减小信号通道增益的压力。

有资料显示，传统数控衰减器，是通过串行或并行控制来精确控制射频信号衰减幅度的器件，他是由衰减器级联及开关切换和控制部分组成，缺点是衰减步进偏大，即使比较好的衰减器步进也仅为0.25dB。

中国专利文献CN108964636A公开了一种“高精度数控衰减器”。包括衰减模块和数字控制模块，还包括控制电压模块和可变电压转换模块，所述衰减模块包括三个串联的衰减单元，衰减单元包括两电子开关和设置在两电子开关之间的多个衰减支路，衰减支路由相移电路或相移电路和衰减网络组成，所述数字控制模块的输出端连接控制电压模块的输入端，控制电压模块的输出端连接可变电压转换模块的输入端，可变电压转换模块的输出端与衰减模块的三个衰减单元分别连接。上述技术方案的利用多个衰减支路，结构复杂且难以满足提升精度需求。

发明内容

本发明主要解决原有的技术方案衰减器精度低，难以满足调控需求的技术问题，提供一种应用压控衰减器的精密数控衰减器及校准方法，根据上位机的指令，来调整MCU输出到DA转换芯片的数据，经DA芯片转换成的直流信号，到达压控衰减器的控制引脚，实现衰减的精确控制，无需复杂电路配合，通过校准后直接通过MCU实现衰减器精确控制，优化效果好且改进成本低。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种应用压控衰减器的精密数控衰减器，包括：

MCU，用于接收上位机的指令，调整MCU输出到DA转换芯片的数据；

DA转换单元，用于直流信号的转换，与MCU相连；

压控衰减器，用于射频信号衰减，与DA转换单元相连；

存储器，用于保存校准数据，与MCU相连；

串口或USB接口，用于外接设备实现MCU中数据的输入，与MCU相连；

工作电源，用于提供实现衰减及控制所需电能。

微控制器MCU的型号为STM32，MCU与压控衰减器配合，主要用于根据上位机的指令，来调整MCU输出到DA转换芯片的数据，经DA芯片转换成的直流信号，到达压控衰减器的控制引脚，实现衰减的精确控制，同时，MCU根据上位机的指令，对校准数据进行保存，写入相应的数据至相应的存储器地址。

作为优选，所述的压控衰减器具体包括：二极管D1，二极管D1阴极经过电容C1与射频输入端相连，二极管D1阴极同时与二极管D3阴极相连，二极管D1阳极与二极管D2阳极相连，二极管D2阴极经过电容C2与射频输出端相连，二极管D2阴极同时与二极管D4阴极相连。

作为优选，所述的二极管D1阳极经过电阻R3与控制电压Vc相连的同时经过电容C3接地，所述二极管D3阳极经过电阻R4与偏置工作电压V+相连的同时经过电容C4接地，所述二极管D4阳极经过电阻R5与偏置工作电压V+相连的同时经过电容C5接地，二极管D1阴极经过电阻R1接地，二极管D2阴极经过电阻R2接地。

作为优选，所述的V+为偏置工作电压，约1.2V，所述Vc为控制电压，随着Vc电压的升高，衰减由大变小，进行无级调整衰减，控制电压Vc与MCU相连。V+为偏置工作电压，约为1.2V。

一种应用压控衰减器的精密数控衰减器的校准方法，包括以下步骤：

S1连接被测衰减器组件；

S2开始校准，PC向衰减器组件发出校准指令；

S3 PC向网络分析仪发出指令接收数据并读出此时衰减值X1；

S4 PC向衰减器组件发出电压步进减小指令；

S5 PC向网络分析仪发出指令接收数据并读出此时衰减值X2；

S6判断衰减值X2的步进精度是否满足衰减值X1+0.1dB；

S7若不满足，跳转到步骤S4，若满足，PC向衰减器组件发送指令保存数据至相应地址；

S8判断数据地址N(1-100)的数据是否填充满；

S9若填充满则结束完成校准，若未填充满则跳转到步骤S3。

本设计假定100个校准点，在存储器中，占100个字节，即可以在10dB衰减范围内，能达到0.1dB的衰减精度，实际可根据情况，设计200个校准点，0.1dB,可达到20dB衰减范围，压控衰减器最多可达到30dB衰减范围，可根据需要选定衰减的最大范围。

作为优选，所述的步骤S1具体连接方式为PC、网络分析仪与衰减器组件互相连接。用到上位机PC及网络分析仪对衰减器组件进行校准，衰减器中的MCU连接存储器完成校准数据的存储。

作为优选，所述的步骤S2校准指令具体为命令MCU输出数据到DA转换单元，以最大电压进行输出，此时衰减值最小。以最大电压进行输出作为起始点，此时衰减值最小，提升衰减值并计算差值进行衰减步进精度判断，从而实现校准。

本发明的有益效果是：根据上位机的指令，来调整MCU输出到DA转换芯片的数据，经DA芯片转换成的直流信号，到达压控衰减器的控制引脚，实现衰减的精确控制，无需复杂电路配合，通过校准后直接通过MCU实现衰减器精确控制，优化效果好且改进成本低。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理连接结构图。

图2是本发明的一种衰减器工作电路图

图3是本发明的一种校准时电路原理连接结构图。

图4是本发明的一种校准流程图。

图中1MCU，2DA转换单元，3压控衰减器，4存储器，5串口或USB接口，6工作电源。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种应用压控衰减器的精密数控衰减器，如图1所示，包括MCU1和分别与MCU 1相连的DA转换单元2、存储器4、串口或USB接口5。DA转换单元2用于直流信号的转换，DA转换单元2与MCU1相连。MCU1用于接收上位机的指令，调整MCU输出到DA转换芯片的数据。压控衰减器3用于射频信号衰减，存储器4用于保存校准数据，串口或USB接口5用于外接设备实现MCU1中数据的输入。还包括用于提供实现衰减及控制所需电能的工作电源6。微控制器MCU的型号为STM32，MCU与压控衰减器配合，主要用于根据上位机的指令，来调整MCU输出到DA转换芯片的数据，经DA芯片转换成的直流信号，到达压控衰减器的控制引脚，实现衰减的精确控制，同时，MCU根据上位机的指令，对校准数据进行保存，写入相应的数据至相应的存储器地址。

如图2所示，压控衰减器3具体包括：二极管D1，二极管D1阴极经过电容C1与射频输入端相连，二极管D1阴极同时与二极管D3阴极相连，二极管D1阳极与二极管D2阳极相连，二极管D2阴极经过电容C2与射频输出端相连，二极管D2阴极同时与二极管D4阴极相连。所述二极管D1阳极经过电阻R3与控制电压Vc相连的同时经过电容C3接地，所述二极管D3阳极经过电阻R4与偏置工作电压V+相连的同时经过电容C4接地，所述二极管D4阳极经过电阻R5与偏置工作电压V+相连的同时经过电容C5接地，二极管D1阴极经过电阻R1接地，二极管D2阴极经过电阻R2接地。V+为偏置工作电压，约为1.2V，所述Vc为控制电压，衰减由大变小，达到无级调整衰减的目的，控制电压Vc与MCU1相连，在Vc端，用单片机产生精确的直流电压，就可以达到精确控制衰减的目的。

本设计假定100个校准点，在存储器中，占100个字节，即可以在10dB衰减范围内，能达到0.1dB的衰减精度，实际可根据情况，设计200个校准点，0.1dB,可达到20dB衰减范围，压控衰减器最多可达到30dB衰减范围，可根据需要选定衰减的最大范围。

一种应用压控衰减器的精密数控衰减器的校准方法，如图4所示，包括以下步骤：

S1连接被测衰减器组件；如图3所示，具体连接方式为PC、网络分析仪与衰减器组件互相连接。用到上位机PC及网络分析仪对衰减器组件进行校准，衰减器中的MCU连接存储器完成校准数据的存储。

S2开始校准，PC向衰减器组件发出校准指令；校准指令具体为命令MCU1输出数据到DA转换单元2，以最大电压进行输出，此时衰减值最小。以最大电压进行输出作为起始点，此时衰减值最小，提升衰减值并计算差值进行衰减步进精度判断，从而实现校准。

S3 PC向网络分析仪发出指令接收数据并读出此时衰减值X1；

S4 PC向衰减器组件发出电压步进减小指令；

S5 PC向网络分析仪发出指令接收数据并读出此时衰减值X2；

S6判断衰减值X2的步进精度是否满足衰减值X1+0.1dB；

S7若不满足，跳转到步骤S4，若满足，PC向衰减器组件发送指令保存数据至相应地址；

S8判断数据地址N1-100的数据是否填充满；

S9若填充满则结束完成校准，若未填充满则跳转到步骤S3。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了MCU、压控衰减器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。