一种AGC环路的自动增益控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种AGC环路的自动增益控制系统及控制方法，采用衰减器、耦合器、检波器和放大器的级联配合，形成AGC环路；其中，微波源输出功率信号进入衰减器，衰减器输出功率被耦合器耦合进入检波器，检波器对输入信号进行检波，并通过控制电压控制信号的输出到运算放大器，运算放大器接收到检波器输出电压并根据检波器的工作模式，将输出电压送入衰减器的控制电压端口。由于环路中检波器的控制电压与输入功率有定量的关系，用户根据所需要的输出功率大小，能够直接得到检波器的控制电压，藉此进一步得到其它器件的参数范围。根据参数范围选定合适的器件搭建电路，简单快捷，省时省力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高频信号的测量
，涉及石油测井高频检测，特别涉及一种AGC环路的自动增益控制系统及控制方法。
技术介绍
近年来，随着世界石油工业的不断发展，钻井数量急剧增加，很多老油田(例如胜利油田和玉门油田)油气井数量已经趋于饱和，在这样的实际背景下，通过增加钻井数量来提高油气的开采量越来越困难和不现实，因此提高老油气井的采收率将是一个重要方向，于是需要对这些老油气井进行重新测井，即对目的油气层进一步作精细描述，以确定剩余油气饱和度。由于大部分油气田普遍采用注水开采方式，因此要想确定剩余油气饱和度，必须首先将水区分开来，由于油、气、水及各种岩石的介电常数存在差异，这就导致了介电测井方法的提出，从而将电测井方法从低频向高频领域发展，例如哈里伯顿公司的双频介电测井仪和斯伦贝谢公司2010年推出的介电扫描测井仪都是利用了高频介电测井方法。因此对高频信号的测量研究对石油测井领域将具有重要意义。高频的飞速发展带来了两个领域的飞跃：无线通信领域和微波测量领域。在无线通信领域，终端射频性能的优劣直接取决于射频收发机的校准，包括对AGC，AFC和APC三个核心参数的校准。由于用户自身的需求，无线终端设备在通信过程中具有位置随机，环境纷杂的特征，这就使得设备必须具有调整发射功率的能力。当无线终端设备离基站较远时，设备发射功率就要足够大，以保证信息的传递；当无线终端设备离基站较近时，过大的功率会带来各种干扰，设备的发射功率就要适中。特别的，在日常生活中，无线通信终端的续航能力决定着它对市场的占有率，决定着它在同一产品中的核心竞争力，这样就要求设备发射功耗具有适时调整的特点。再者，电磁波的传播不仅受传播距离的约束，在不同环境中受地形，地物的影响也很大。多径传播造成的信号衰落，建筑物的遮挡造成的阴影效应，移动造成多普勒频移，甚至天气情况的变化，都能导致无线终端设备接收信号强度的扰动。这样，无线终端设备中的射频接收机接收到的信号就会有一个较为宽泛的功率范围，这对后续以恒定电平为主的解调或AD转换造成了巨大的困难，一个合适的AGC显得较为重要。最后，在微波测量领域，测量源输出的功率稳定度直接决定着后续测量的正确度，精确度，精准度，任何输入信号的波动都会造成对测量结果的冲击和偏移，这就必须使输出的源信号稳幅在小范围。这样在输出信号前使用AGC既能达到稳幅的目的，也能对高强度冲击起到缓冲作用，保护后续电路。现有自动增益控制的方法及其局限性：现有的自动增益控制分为两大类，模拟式AGC和数字式AGC，只能处理稳定包络信号，对于波动信号处理存在延时高，控制误差大的缺点。其主要原理如下述：1)数字式AGC，检波器检测到传输信号的功率，将其送入后级比较器，根据输出信号与比较器门限电压的关系，输出对应的一组数字式控制信号，送入后级数字式衰减器，控制衰减器的衰减量达到稳定信号的目的。这种方法优势明显：控制方法灵活，可动态设置衰减值。它的缺点在于：由于数字电路本身的特点，AGC环路响应时间较慢，检波器需要将检测到的模拟信号转换为数字信号，并且在数字信号处理部分比较后再送入衰减器，其过程的响应时间与数字电路处理速度有关，不能人为保证输出响应的时间。2)模拟式AGC检波器检测到输入信号功率，将其输入比较器，通过后续过程的处理，输出控制衰减器的信号，调节衰减器的增益大小，达到稳幅的目的。这种模拟式的环路响应速度非常快。但是因为某一时刻的控制增益由模拟电压决定，这样就使得电压控制的即时衰减无法精确衡量，无法保证信号幅度稳定程度，检测误差大，并且模拟AGC原理及电路模糊笼统，用户使用困难。市面上目前仅有少量的AGC成品芯片，例如HITTIE公司提供的高频AGC芯片和中频AGC芯片，但其过程不慎详述，并且高频AGC芯片的工作频率范围为700MHz—3GHz，并不能满足其他频段，尤其是更高频段电路的应用。而对于其他频段的设计，设计者往往要通过研究复杂的原理，用多种分离元器件搭建电路来满足需求，费时费力，与高速创造财富的社会节奏格格不入。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题提供一种AGC环路的自动增益控制系统及控制方法，让用户能够根据具体需求快速准确地确定需要的元器件及电路的搭建，提高效率，省时省力。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种AGC环路的自动增益控制系统，包括：衰减器，用于接收微波源输出功率信号，并将输出功率信号传输至耦合器；耦合器，用于将衰减器输出功率耦合并送入检波器；检波器，用于将输入信号进行检波，并通过控制电压控制信号的输出到运算放大器；运算放大器，用于将接收到检波器输出电压，并根据检波器的工作模式将输出电压送入衰减器的控制电压端口；所述衰减器、耦合器、检波器和运算放大器依次级联配合形成AGC环路；通过耦合器耦合信号，检波器对输入信号进行检波，并通过控制电压控制信号的输出，运算放大器接收到检波器输出电压，然后经运算放大器输出衰减器的控制电压：Pout′=1kR0·VSET+(PZ+C)]]>其中，P’out为所需要的AGC环路输出信号，C为耦合器的耦合度，其中k＝1/20×ISLP，ISLP指检波器的电流斜率，PZ为数检波器的截断功率，R0为控制电压模块的阻抗。进一步，所述检波器包括相互连接的控制电压模块、对数检波模块和积分电容模块。本专利技术进而给出了一种AGC环路的自动增益控制方法，包括下述步骤：1)耦合器耦合到信号：P＝Pout-C(1)其中，Pout为AGC环路中耦合器输出功率，C为耦合器的耦合度；2)检波器三个模块对输入信号进行检波，并通过控制电压控制信号的输出；具体包括下述步骤：ⅰ)对数检波模块将输入功率信号检波，通过多级对数检波模块对输入功率信号检波得到检波电流：IDET＝k(P-PZ)(2)其中，ISLP为芯片电流斜率；P为检波器输入功率，即耦合器耦合端输出功率；PZ为对数检波器的截断功率；ⅱ)控制电压模块端口VSET输入控制信号：ISET＝VSET/R0(3)其中，VSET为控制电压端口控制电压，R0为控制电压模块的阻抗，ISET为控制电压模块的输出电流；ⅲ)积分电容模块：ZFLT=1jωCFLT---(4)]]>其中，ZFLT为积分电容模块的等效阻抗，CFLT为积分电容模块的等效电容；ⅳ)在电压控制模块，对数检波模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AGC环路的自动增益控制系统，其特征在于，包括：衰减器，用于接收微波源输出功率信号，并将输出功率信号传输至耦合器；耦合器，用于将衰减器输出功率耦合并送入检波器；检波器，用于将输入信号进行检波，并通过控制电压控制信号的输出到运算放大器；运算放大器，用于将接收到检波器输出电压，并根据检波器的工作模式将输出电压送入衰减器的控制电压端口；所述衰减器、耦合器、检波器和运算放大器依次级联配合形成AGC环路；通过耦合器耦合信号，检波器对输入信号进行检波，并通过控制电压控制信号的输出，运算放大器接收到检波器输出电压，然后经运算放大器输出衰减器的控制电压：Pout′=1kR0·VSET+(PZ+C)]]>其中，P’out为所需要的AGC环路输出信号，C为耦合器的耦合度，其中k＝1/20×ISLP，ISLP指检波器的电流斜率，PZ为数检波器的截断功率，R0为控制电压模块的阻抗。

【技术特征摘要】
1.一种AGC环路的自动增益控制系统，其特征在于，包括：
衰减器，用于接收微波源输出功率信号，并将输出功率信号传输至耦合
器；
耦合器，用于将衰减器输出功率耦合并送入检波器；
检波器，用于将输入信号进行检波，并通过控制电压控制信号的输出到
运算放大器；
运算放大器，用于将接收到检波器输出电压，并根据检波器的工作模式
将输出电压送入衰减器的控制电压端口；
所述衰减器、耦合器、检波器和运算放大器依次级联配合形成AGC环
路；通过耦合器耦合信号，检波器对输入信号进行检波，并通过控制电压控
制信号的输出，运算放大器接收到检波器输出电压，然后经运算放大器输出
衰减器的控制电压：
Pout′=1kR0·VSET+(PZ+C)]]>其中，P’out为所需要的AGC环路输出信号，C为耦合器的耦合度，其
中k＝1/20×ISLP，ISLP指检波器的电流斜率，PZ为数检波器的截断功率，R0为控制电压模块的阻抗。
2.根据权利要求1所述的AGC环路的自动增益控制系统，其特征在于，
所述检波器包括相互连接的控制电压模块、对数检波模块和积分电容模块。
3.一种AGC环路的自动增益控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)耦合器耦合到信号：
P＝Pout-C(1)
其中，Pout为AGC环路中耦合器输出功率，C为耦合器的耦合度；
2)检波器三个模块对输入信号进行检波，并通过控制电压控制信号的输

\t出；具体包括下述步骤：
ⅰ)对数检波模块将输入功率信号检波，通过多级对数检波模块对输入
功率信号检波得到检波电流：
IDET＝k(P-PZ)(2)
其中，ISLP为芯片电流斜率；P为检波器输入功率，即耦合器
耦合端输出功率；PZ为对数检波器的截断功率；
ⅱ)控制电压模块端口VSET输入控制信号：
ISET＝VSET/R0(3)
其中，VSET为控制电压端口控制电压，R0为控制电压模块的阻抗，ISET为控制电压模块的输出电流；
ⅲ)积分电容模块：
ZFLT=1jωCFLT---(4)]]>其中，ZFLT为积分电容模块的等效阻抗，CFLT为积分电容模块的等效电
容；
ⅳ)在电压控制模块，对数检波模块和积分电容模块三部分的节点处使
用基尔霍夫电流定律有：
ISET＝IDET+IFLT(5)
进而得到检波器的输出电压值：
VOUT=K×VFLT=K×...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺秋利，徐方友，侯学理，张宝仪，苟仲荣，侯建强，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团测井有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11