申请/专利权人：南京信息职业技术学院

申请日：2019-04-25

公开（公告）日：2024-03-01

公开（公告）号：CN110011678B

主分类号：H04B1/12

分类号：H04B1/12;H04B1/26

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.01#授权;2019.08.06#实质审查的生效;2019.07.12#公开

摘要：本发明公开了一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统和方法，包括射频放大电路、混频器、本地振荡器、中频放大电路、模拟AGC电路、数字AGC电路、第一判决器、第二判决器和或门；其中，中频放大电路包括两级可变增益放大器，分别为第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器；所述模拟AGC电路，用于控制第一级可变增益放大器的放大倍数；所述数字AGC电路，用于控制第二级可变增益放大器的放大倍数。本发明采用模拟AGC电路和数字AGC电路联合控制中频放大电路的两级可变增益放大器的放大倍数，且将载波同步的数字锁相环鉴相器输出的相位差波动度也作为AGC系统输入变量，具有增益控制延时短，控制精度高的特点，能够在信道突变时快速控制。

主权项：1.一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统，包括射频放大电路、混频器、本地振荡器、中频放大电路、模拟AGC电路、数字AGC电路、第一判决器、第二判决器和或门；中频放大电路包括两级可变增益放大器和其后级联的一级固定增益放大器，两级可变增益放大器分别为第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器；其特征在于：所述模拟AGC电路，包括模拟检波器和第一模拟开关AS1，中频放大电路输出中频信号至模拟检波器，模拟检波器检波输出第一AGC电平E1，第一AGC电平E1和增益复位电平E0均输入至第一模拟开关AS1，第一模拟开关AS1输出第一控制电压V1至第一级可变增益放大器的增益控制端；第一模拟开关AS1，用于实现第一AGC电平E1和增益复位电平E0的切换；所述数字AGC电路，包括模数转换器、数字信号处理器和数模转换器；模数转换器，用于将中频放大电路输出的中频信号转换成数字中频信号；数字信号处理器包括数字下变频器、幅度检测器、数字锁相环和相位差波动度检测器；数字下变频器，包括数控振荡器、两个乘法器和抽取滤波模块；数控振荡器用于产生两路正交的正弦波信号，两路正交的正弦波信号分别与数字中频信号输入至两个乘法器，两个乘法器的输出分别经抽取滤波模块输出两路正交的数字基带信号；幅度检测器，用于检测两路正交数字基带信号的幅度并输出数字基带信号的幅值至数模转换器，数模转换器经缓冲器输出第二AGC电平E2，第二AGC电平E2和增益复位电平E0均输入至第二模拟开关AS2，第二模拟开关AS2输出第二控制电压V2至第二级可变增益放大器的增益控制端；第二模拟开关AS2，用于实现第二AGC电平E2和增益复位电平E0的切换；数字锁相环，包括数字鉴相器、数字环路滤波器和所述数控振荡器；两路正交的数字基带信号输入至数字鉴相器，数字鉴相器输出数字中频信号与所述数控振荡器输出的正弦波信号之间的相位差，数字鉴相器输出相位差信号至相位差波动度检测器，相位差波动度检测器输出相位差波动度检测电平S；同时，模拟检波器输出第一AGC电平E1至第一判决器，第一判决器用于判断第一AGC电平E1是否小于预设门限电平Ethd；相位差波动度检测电平S输入至第二判决器，第二判决器用于判断相位差波动度检测电平S是否大于预设门限相位差波动度电平Sthd；第一判决器和第二判决器输出判决信号至或门，或门输出增益复位信号至第一模拟开关AS1和第二模拟开关AS2；在第一AGC电平E1小于预设门限电平Ethd或相位差波动度检测电平S大于预设门限相位差波动度电平Sthd时，第一模拟开关AS1和第二模拟开关AS2同时切换至增益复位电压E0，增益复位电压E0控制第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器的放大倍数，使得第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器的增益达到最大值。

全文数据：一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统和方法技术领域本发明属于超外差接收机的自动增益控制领域，具体涉及一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统和方法。背景技术超外差接收机是利用本地振荡器产生的正弦波信号与输入信号进行混频，从而将输入信号频率变换成某一预先确定的中间频率简称中频的方法。在目前使用的超外差接收机系统中，自动增益控制AGC系极为关键的子系统。在现有技术中，自动增益控制AGC有采用传统的AGC控制技术的，也有采用数字AGC控制技术的。如图1所示，采用模拟AGC控制技术的超外差接收机，包括射频放大器、混频器、本地振荡器、中频放大器和检波器，通过检波器对中频放大器输出的中频信号进行检波输出第一AGC电平E1，利用第一AGC电平E1控制中频放大器中可变增益放大器的放大倍数；通常，可变增益放大器可采用双栅极场效应管或集成电路芯片，对于前者通过第一AGC电平E1控制双栅极场效应管的其中一个栅极，来实现自动增益控制。如图2所示，采用数字AGC控制技术的超外差接收机，过程与模拟AGC控制技术基本类似，区别在于：中频信号经模数转换器AD转换成数字中频信号，然后下变频转换成数字基带信号，数字基带信号的检波在数字信号处理器中完成，数字信号处理器中内含数字检波器，检波输出经数模转换器DA转换成模拟信号之后，再经缓冲器得到第二AGC电平E2，来控制中频放大器的增益。综上，采用模拟AGC控制技术的超外差接收机，虽然控制延时较短，但是控制精度不高，动态范围较窄；采用数字AGC控制技术的超外差接收机，具有控制延时较长，不适用于信道快速变化的情况；本发明旨在解决上述问题。发明内容本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提出一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统和方法，采用模拟AGC电路和数字AGC电路联合控制中频放大电路的两级可变增益放大器的放大倍数，且将载波同步的数字锁相环鉴相器输出的相位差波动度也作为AGC系统输入变量，具有增益控制延时短，控制精度高的特点，能够在信道突变时快速控制。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统，包括射频放大电路、混频器、本地振荡器、中频放大电路、模拟AGC电路、数字AGC电路、第一判决器、第二判决器和或门；中频放大电路包括两级可变增益放大器和其后级联的一级固定增益放大器，两级可变增益放大器分别为第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器；所述模拟AGC电路，包括模拟检波器和第一模拟开关AS1，中频放大电路输出中频信号至模拟检波器，模拟检波器检波输出第一AGC电平E1，第一AGC电平E1和增益复位电平E0均输入至第一模拟开关AS1，第一模拟开关AS1输出第一控制电压V1至第一级可变增益放大器的增益控制端；第一模拟开关AS1，用于实现第一AGC电平E1和增益复位电平E0的切换；所述数字AGC电路，包括模数转换器、数字信号处理器和数模转换器；模数转换器，用于将中频放大电路输出的中频信号转换成数字中频信号；数字信号处理器包括数字下变频器、幅度检测器、数字锁相环和相位差波动度检测器；数字下变频器，包括数控振荡器、乘法器和抽取滤波模块；数控振荡器用于产生两路正交的正弦波信号，两路正交的正弦波信号分别与数字中频信号输入至两个乘法器，两个乘法器的输出分别经抽取滤波模块输出两路正交的数字基带信号；幅度检测器，用于检测两路正交数字基带信号的幅度并输出数字基带信号的幅值至数模转换器，数模转换器经缓冲器输出第二AGC电平E2，第二AGC电平E2和增益复位电平E0均输入至第二模拟开关AS2，第二模拟开关AS2输出第二控制电压V2至第二级可变增益放大器的增益控制端；第二模拟开关AS2，用于实现第二AGC电平E2和增益复位电平E0的切换；数字锁相环，包括数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器；两路正交的数字基带信号输入至数字鉴相器，数字鉴相器输出数字中频信号与数控振荡器输出的正弦波信号之间的相位差，数字鉴相器输出相位差信号至相位差波动度检测器，相位差波动度检测器输出相位差波动度检测电平S；同时，模拟检波器输出第一AGC电平E1至第一判决器，第一判决器用于判断第一AGC电平E1是否小于预设门限电平Ethd；相位差波动度检测电平S输入至第二判决器，第二判决器用于判断相位差波动度检测电平S是否大于预设门限相位差波动度电平Sthd；第一判决器和第二判决器输出判决信号至或门，或门输出增益复位信号至第一模拟开关AS1和第二模拟开关AS2。进一步地完善上述技术方案，射频放大电路包括依次连接的第一射频滤波器、射频放大器和第二射频滤波器。进一步地，第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器均采用由双栅极场效应管组成的放大电路。进一步地，幅度检测器包括两个数字检波器，用于检测两路正交数字基带信号的幅度，数字基带信号的幅值即为两路正交数字基带信号的幅值的平方和再取平方根。本发明还提供一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统的自动增益控制方法，用于控制中频放大电路的增益；中频放大电路包括两级可变增益放大器和其后级联的一级固定增益放大器，两级可变增益放大器分别为第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器；采用模拟AGC技术控制第一级可变增益放大器的放大倍数，采用数字AGC技术控制第二级可变增益放大器的放大倍数；第一级可变增益放大器的增益控制方法为：对中频放大电路输出的中频信号进行模拟检波，检波输出的第一AGC电平E1控制第一级可变增益放大器的放大倍数；第二级可变增益放大器的增益控制方法为：将中频放大电路输出中频信号转换成数字中频信号，对数字中频信号进行数字下变频处理输出两路正交的数字基带信号，通过检测两路正交基带信号的幅度得到数字中频信号的幅值并经数模转换成模拟信号输出第二AGC电平E2，通过第二AGC电平E2控制第二级可变增益放大器的放大倍数；同时，检测数字中频信号与数字下变频中数控振荡器产生的正弦波信号之间的相位差波动度检测电平S；当第一AGC电平E1小于预设门限电平Ethd或相位差波动度检测电平S大于预设门限相位差波动度电平Sthd时，控制第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器的增益达到最大；其余情况下，采用第一AGC电平E1控制第一级可变增益放大器的增益控制端，第二AGC电平E2控制第二级可变增益放大器的增益控制端。本发明的有益效果：本发明采用模拟AGC电路和数字AGC电路进行中频信号的幅值检测，得到两个AGC电平，分别控制中频放大电路的两级可变增益放大器的放大倍数；并且，在数字AGC电路中，检测数字中频信号与数字下变频中数控振荡器输出信号之间的相位差波动度，将相位差波动度也作为AGC系统的输入变量；当相位差波动度达到一定程度时，则将中频放大电路的增益复位至最大值。一般情况下，幅度检测需要低通滤波，其延时大于相位检测的延时，因此本发明具有增益控制延时短的特点，能够在信道突变时实现快速AGC控制。此外，由于将模拟检波输出、数字检波输出和相位差波动度三个变量作为AGC系统的输入变量实施联合控制，因而控制精度较传统方法更高；当模拟检波输出小于一定值或相位差波动度大于一定值时，则将中频放大电路的增益复位，从而快速恢复接收机对微弱输入信号的有效接收；其余情况下，通过模拟检波输出电平和数字检波输出电平分别控制两级可变增益放大器的放大倍数。附图说明图1为现有技术中采用模拟AGC技术的超外差接收机结构简化框图；图2为现有技术中采用数字AGC技术的超外差接收机结构简化框图；图3为本发明所述适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统结构图。具体实施方式为使本发明创造的内容更加清楚，下面结合附图，对本发明创造的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明创造无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。实施例1：本发明提供一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统，如图3所示，包括射频放大电路、混频器、本地振荡器、中频放大电路、模拟AGC电路、数字AGC电路、第一判决器、第二判决器和或门；射频放大电路包括依次连接的第一射频滤波器、射频放大器和第二射频滤波器，中频放大电路包括依次连接的第一中频滤波器、中频放大器和第二中频滤波器，射频调制信号经射频放大电路滤波放大再滤波后与本地振荡器产生的本振信号混频，混频输出信号经中频放大电路滤波放大再滤波后输出中频信号。其中，中频放大器包括两级可变增益放大器和其后级联的一级固定增益放大器，两级可变增益放大器分别为第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器；第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器均采用由双栅极场效应管组成的放大电路，固定增益放大器采用三极管、场效应管或集成电路。所述模拟AGC电路，包括模拟检波器和第一模拟开关AS1，中频放大电路输出中频信号至模拟检波器，模拟检波器检波输出第一AGC电平E1，第一AGC电平E1和增益复位电平E0均输入至第一模拟开关AS1，第一模拟开关AS1输出第一控制电压V1至第一级可变增益放大器的增益控制端；第一模拟开关AS1，用于实现第一AGC电平E1和增益复位电平E0的切换。所述数字AGC电路，包括模数转换器AD、数字信号处理器和数模转换器DA；模数转换器AD，用于将中频放大电路输出的中频信号转换成数字中频信号；数字信号处理器包括数字下变频器、幅度检测器、数字锁相环和相位差波动度检测器。数字下变频器，包括数控振荡器、乘法器和抽取滤波模块；数控振荡器用于产生两路正交的正弦波信号，两路正交的正弦波信号分别与数字中频信号输入至两个乘法器，两个乘法器的输出分别经抽取滤波模块输出两路正交的数字基带信号；抽取滤波模块，用于对两路乘法器输出的正交两路信号实施低通数字滤波和样本抽取，输出数据速率较低的数字基带信号。幅度检测器，用于检测两路正交数字基带信号的幅度并输出数字基带信号的幅值至数模转换器；幅度检测器包括两个数字检波器，用于检测两路正交数字基带信号的幅值，数字基带信号的幅值即为两路正交数字基带信号的幅值的平方和再取平方根。数模转换器DA将数字信号转换成模拟信号输出，再经缓冲器输出第二AGC电平E2，第二AGC电平E2和增益复位电平E0均输入至第二模拟开关AS2，第二模拟开关AS2输出第二控制电压V2至第二级可变增益放大器的增益控制端；第二模拟开关AS2，用于实现第二AGC电平E2和增益复位电平E0的切换；数字锁相环，包括数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器，数字锁相环是一个使输出信号数控振荡器产生与输入信号输入数字中频信号在频率和相位上均试图保持同步的电路；在载波同步状态下，数控振荡器的输出信号与输入数字中频信号之间的相位差保持动态平衡下的某一恒定值；如果偏离了该恒定值，则意味着载波跟踪失步，锁相环则控制数控振荡器的频率，使上述相位差逐渐恢复至原恒定值，因而具有达到自适应同步的功能。本实施例中，两路正交的数字基带信号输入至数字鉴相器，数字鉴相器提取相位信息实现鉴相，输出数字中频信号与数控振荡器输出的正弦波信号之间的相位差，数字鉴相器输出相位差信号至相位差波动度检测器，相位差波动度检测器输出相位差波动度检测电平S；同时，模拟检波器输出第一AGC电平E1至第一判决器，第一判决器用于判断第一AGC电平E1是否小于预设门限电平Ethd；相位差波动度检测电平S输入至第二判决器，第二判决器用于判断相位差波动度检测电平S是否大于预设门限相位差波动度电平Sthd；第一判决器和第二判决器输出判决信号至或门，或门输出增益复位信号至第一模拟开关AS1和第二模拟开关AS2。本发明的工作原理：中频放大电路输出的中频信号分两路分别进行模拟AGC处理和数字AGC处理，一路中频信号经过模拟检波器检波输出第一AGC电平E1，第一AGC电平E1控制中频放大电路的第一级可变增益放大器的放大倍数；另一路中频信号经模数转换器转换成数字中频信号，数字中频信号经数字下变频处理得到两路正交的数字基带信号，对数字基带信号进行幅值检测并计算得到数字基带信号的幅值，再经数模转换器转换输出第二AGC电压E2，第二AGC电压E2控制中频放大电路中第二级可变增益放大器的放大倍数；同时，检测数字中频信号与数字下变频中数控振荡器输出信号之间的相位差波动度检测电平S；当射频调制信号突然出现衰减时，中频信号检波输出的第一AGC电平E1减小，相位差波动度检测电平S一般也会增大，在第一AGC电平E1小于预设门限电平EthdE1Sthd时，第一模拟开关AS1和第二模拟开关AS2同时切换至增益复位电压E0，增益复位电压E0控制第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器的放大倍数，使得第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器的增益达到最大值；其余情况下，采用第一AGC电平E1控制第一级可变增益放大器的增益控制端，第二AGC电平E2控制第二级可变增益放大器的增益控制端。本发明还提供一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统的自动增益控制方法，用于控制中频放大电路的增益；中频放大电路包括两级可变增益放大器和其后级联的一级固定增益放大器，两级可变增益放大器分别为第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器；采用模拟AGC技术控制第一级可变增益放大器的放大倍数，采用数字AGC技术控制第二级可变增益放大器的放大倍数；第一级可变增益放大器的增益控制方法为：对中频放大电路输出的中频信号进行模拟检波，检波输出的第一AGC电平E1控制第一级可变增益放大器的放大倍数；第二级可变增益放大器的增益控制方法为：将中频放大电路输出中频信号转换成数字中频信号，对数字中频信号进行数字下变频处理输出两路正交的数字基带信号，通过检测两路正交基带信号的幅度得到数字中频信号的幅值并经数模转换成模拟信号输出第二AGC电平E2，通过第二AGC电平E2控制第二级可变增益放大器的放大倍数；同时，检测数字中频信号与数字下变频中数控振荡器产生的正弦波信号之间的相位差波动度检测电平S；当第一AGC电平E1小于预设门限电平Ethd或相位差波动度检测电平S大于预设门限相位差波动度电平Sthd时，控制第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器的增益达到最大；其余情况下，采用第一AGC电平E1控制第一级可变增益放大器的增益控制端，第二AGC电平E2控制第二级可变增益放大器的增益控制端。以上仅表达了本发明创造的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造的保护范围。因此，本发明创造专利的保护范围应以所附权利要求为准。

权利要求：1.一种适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统，包括射频放大电路、混频器、本地振荡器、中频放大电路、模拟AGC电路、数字AGC电路、第一判决器、第二判决器和或门；中频放大电路包括两级可变增益放大器和其后级联的一级固定增益放大器，两级可变增益放大器分别为第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器；其特征在于：所述模拟AGC电路，包括模拟检波器和第一模拟开关AS1，中频放大电路输出中频信号至模拟检波器，模拟检波器检波输出第一AGC电平E1，第一AGC电平E1和增益复位电平E0均输入至第一模拟开关AS1，第一模拟开关AS1输出第一控制电压V1至第一级可变增益放大器的增益控制端；第一模拟开关AS1，用于实现第一AGC电平E1和增益复位电平E0的切换；所述数字AGC电路，包括模数转换器、数字信号处理器和数模转换器；模数转换器，用于将中频放大电路输出的中频信号转换成数字中频信号；数字信号处理器包括数字下变频器、幅度检测器、数字锁相环和相位差波动度检测器；数字下变频器，包括数控振荡器、乘法器和抽取滤波模块；数控振荡器用于产生两路正交的正弦波信号，两路正交的正弦波信号分别与数字中频信号输入至两个乘法器，两个乘法器的输出分别经抽取滤波模块输出两路正交的数字基带信号；幅度检测器，用于检测两路正交数字基带信号的幅度并输出数字基带信号的幅值至数模转换器，数模转换器经缓冲器输出第二AGC电平E2，第二AGC电平E2和增益复位电平E0均输入至第二模拟开关AS2，第二模拟开关AS2输出第二控制电压V2至第二级可变增益放大器的增益控制端；第二模拟开关AS2，用于实现第二AGC电平E2和增益复位电平E0的切换；数字锁相环，包括数字鉴相器、数字环路滤波器和数控振荡器；两路正交的数字基带信号输入至数字鉴相器，数字鉴相器输出数字中频信号与数控振荡器输出的正弦波信号之间的相位差，数字鉴相器输出相位差信号至相位差波动度检测器，相位差波动度检测器输出相位差波动度检测电平S；同时，模拟检波器输出第一AGC电平E1至第一判决器，第一判决器用于判断第一AGC电平E1是否小于预设门限电平Ethd；相位差波动度检测电平S输入至第二判决器，第二判决器用于判断相位差波动度检测电平S是否大于预设门限相位差波动度电平Sthd；第一判决器和第二判决器输出判决信号至或门，或门输出增益复位信号至第一模拟开关AS1和第二模拟开关AS2。2.根据权利要求1所述的适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统，其特征在于：射频放大电路包括依次连接的第一射频滤波器、射频放大器和第二射频滤波器。3.根据权利要求1所述的适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统，其特征在于：第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器均采用由双栅极场效应管组成的放大电路。4.根据权利要求1所述的适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统，其特征在于：幅度检测器包括两个数字检波器，用于检测两路正交数字基带信号的幅度，数字基带信号的幅值即为两路正交数字基带信号的幅值的平方和再取平方根。5.一种权利要求1所述的适用于突变信道的超外差接收机的自动增益控制系统的自动增益控制方法，用于控制中频放大电路的增益；中频放大电路包括两级可变增益放大器和其后级联的一级固定增益放大器，两级可变增益放大器分别为第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器；其特征在于：采用模拟AGC技术控制第一级可变增益放大器的放大倍数，采用数字AGC技术控制第二级可变增益放大器的放大倍数；第一级可变增益放大器的增益控制方法为：对中频放大电路输出的中频信号进行模拟检波，检波输出的第一AGC电平E1控制第一级可变增益放大器的放大倍数；第二级可变增益放大器的增益控制方法为：将中频放大电路输出中频信号转换成数字中频信号，对数字中频信号进行数字下变频处理输出两路正交的数字基带信号，通过检测两路正交基带信号的幅度得到数字中频信号的幅值并经数模转换成模拟信号输出第二AGC电平E2，通过第二AGC电平E2控制第二级可变增益放大器的放大倍数；同时，检测数字中频信号与数字下变频中数控振荡器产生的正弦波信号之间的相位差波动度检测电平S；当第一AGC电平E1小于预设门限电平Ethd或相位差波动度检测电平S大于预设门限相位差波动度电平Sthd时，控制第一级可变增益放大器和第二级可变增益放大器的增益达到最大；其余情况下，采用第一AGC电平E1控制第一级可变增益放大器的增益控制端，第二AGC电平E2控制第二级可变增益放大器的增益控制端。

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