CN103078689A - WiMAX射频前端驻波检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种WiMAX射频前端驻波检测系统及方法，包括放大器、定向耦合器、衰减器、检波电路、逻辑运算器和指示器，定向耦合器的一路输出通过衰减器与正向检波电路连接，另一路输出通过衰减器与反向检波电路连接，检波电路分别连接逻辑运算器。方法包括：射频信号放大后经过定向耦合器传输到天线；定向耦合器的一部分信号经过衰减后送到正向检波电路检波成稳定直流电平；另一部分信号经过衰减后送到反向检波电路检波作为比较电平；直流电平送入逻辑运算器中作为基准电平；逻辑运算器通过逻辑运算得到准确的驻波值并输入指示器。本发明功放模块输出驻波检测的准确性高；实现了功放模块的实时监测，提高了设备的使用安全和系统运行稳定性。

Description

WiMAX射频前端驻波检测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种WiMAX射频前端驻波检测系统及方法。

背景技术

WiMAX是一项新兴的无线通信技术，能提供面向互联网的高速连接。WiMAX的无线信号传输距离最远可达50公里，其网络覆盖面积是3G基站的10倍。有资料显示，“WiMAX”已经成为近期互联网上搜索量最大的通信关键词，该项技术以其远覆盖和高带宽特性，成为无线业界的新宠。

WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作系统，是一项基于IEEE 802.16标准的宽带无线接入城域网（Broadband Wireless Access Metropolitan Area Network，BWAMAN）技术。WiMAX亦常被称为IEEE Wireless MAN（Metropolitan Area Network），其基本目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下，可有效地互操作的宽带无线接入手段。

随着工作时间的延长以及每天早、中、晚温度状态的不同，WiMAX射频前端功率放大器的功率在不断发生变化，这种变化会给基站的正常工作带来极大的不稳定性。驻波比（VSWR）是用来测量射频电路中阻抗失配度的指标，驻波比过大会将会影响通信距离，降低信息传输的质量，并且会导致射频电路出现一系列问题，位于天线前端的功率放大器是对驻波恶化最为敏感的部件，反射功率返回到功率放大器中，情况严重时可导致高功率放大器造成永久性损坏，我们通常称之为驻波失效，对高功率放大器进行有效的保护是十分重要的。

一般的功率放大器都是由电源和放大电路构成，在不同的环境温度下放大电路的放大量是有差别的，这是因为放大管具有非线性特性，它受温度影响其放大性能的变化包括：在温度升高时它的放大系数会增加；当温度降低时它的放大系数会减小，在白天正午的时候，环境温度较高，这个时候功率放大器的功率输出就会变得很大，会对供电电源造成较大的压力，如果过大的功率长期运行，可能出现基站设备被损坏，使基站无法正常工作；在温度较低时，功率放大器的功率输出又太低，造成基站信号发射不足，造成用户不能正常覆盖，给用户通信带来问题，所以必须对功率放大器进行检测并做必要的自动调节，沿着传输线传输的电压和电流是通过某特定比值联系起来的，这个特定比值称之为特性阻抗Z0，当功率放大器输出端接有与传输线特性阻抗相等的负载时，射频能量将全部传送到负载上，而阻抗失配将导致驻波的产生，当阻抗失配时，入射波电压与反射波电压相叠加，在传输路径上将产生电压的最大值Vmax和最小值Vmin，定义Vmax/Vmin为电压驻波比VSWR，如果反射系数已知，就可以计算出驻波比，由此看来，功率放大器驻波比的测量与保护的问题最终可以归结为功率放大器输出端正、反向功率检测，以及使用合适的电路方案实现对功放部件实施保护的问题，目前，常用的功率放大器在线功率和驻波检测装置其功放的输出功率和驻波比检测的准确度较低，不能及时、准确、有效地对功放输出负载发生变化时作出反应，可靠性较低。

传统的驻波检测电路是利用二极管半波整流特性实现的，其输出检波电压正比于输入电压，与输入功率成指数关系，带有温度补偿的二极管检波器在较大的检波输入功率条件下（+10～+15dBm）可以具备很好的性能，而当输入功率降低时，其性能会急剧恶化，因此，在发送信号的峰值—平均功率比不固定的时候，便难以做到对功率的精确测量，此外，二极管检波电路工作频带相对较窄，在宽带场合应用时会造成检波平坦度的恶化，导致全频带范围内检波值的一致性无法满足要求；传统设备在工程应用过程中，通常通过相关的测试用仪器对其进行测试，但只能测试各部件的指标是否满足要求，很难保证各部件系统间的匹配是否良好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的WiMAX射频前端驻波检测系统及方法，通过对功放模块进行驻波检测和逻辑运算，能够实现驻波值的实时读取和查看，通过对功放模块的检测、控制和逻辑运算，可精确地设计功放与天线之间的阻抗匹配，以保证功放模块输出驻波检测的准确性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：WiMAX射频前端驻波检测系统，它包括放大器PA、定向耦合器OC、衰减器ATT1、衰减器ATT2、正向检波电路DET1、反向检波电路DET2、逻辑运算器LC和指示器SO，放大器PA的输入端连接信号输入RFin，放大器PA的输出端通过馈线连接信号输出RFout；定向耦合器OC的输入与馈线连接，定向耦合器OC的一路输出通过衰减器ATT1与正向检波电路DET1的输入连接，定向耦合器OC的另一路输出通过衰减器ATT2与反向检波电路DET2的输入连接，正向检波电路DET1与反向检波电路DET2的输出分别连接逻辑运算器LC，逻辑运算器LC的输出连接指示器SO。

进一步地，所述的正向检波电路DET1和反向检波电路DET2均由对数检波器构成，对数检波器均采用AD8362真功率对数检波器。

WiMAX射频前端驻波检测方法，它包括以下步骤：

S1：射频信号经过放大器PA放大后经过定向耦合器OC传输到天线，通过天线把输出信号RFout辐射出去；

S2：定向耦合器OC的一部分信号经过衰减器ATT1衰减后送到正向检波电路DET1检波成稳定的直流电平；由于阻抗不完全匹配未辐射出去再反射回来的另一部分信号经过衰减器ATT2衰减后送到反向检波电路DET2检波作为比较电平；

S3：直流电平送入逻辑运算器LC中作为基准电平，比较电平送入逻辑运算器LC；

S4：逻辑运算器LC通过逻辑运算得到准确的驻波值并输入指示器SO。 

本发明的有益效果是：

（1）通过对功放模块的检测、控制和逻辑运算，保证了功放模块输出驻波检测的准确性；

（2）信号由放大器输出后经过定向耦合器传输到天线，通过定向耦合器的输入功率而获得采样信号，由逻辑运算器对阻抗不完全匹配反射回来的功率采样值进行比较运算，最后输出一个稳定的直流电压，进一步保证了功放模块输出驻波检测的准确性；

（3）由定向耦合器隔离功放输出的信号与由于两者阻抗不完全匹配而发射回来的一部分信号，使其相互之间不存在串扰，再一步地提高了驻波检测的准确性；

（4）当天线和功放阻抗匹配超过规定值时发出警示，并自动关闭功放，对设备起到保护作用而且提高了WiMAX射频前端设备的使用安全；

（5）采用AD8362真功率对数检波器，动态范围更广，最高可达100dB，其线性和温度特征也能在这个动态范围内保持稳定，输出检波电压与输入信号电平成正比，在驻波比检测方面有着很好的应用前景。 

附图说明

图1为本发明驻波检测系统的结构示意框图；

图2为本发明驻波检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，WiMAX射频前端驻波检测系统，它包括放大器PA、定向耦合器OC、衰减器ATT1、衰减器ATT2、正向检波电路DET1、反向检波电路DET2、逻辑运算器LC和指示器SO，放大器PA的输入端连接信号输入RFin，放大器PA的输出端通过馈线连接信号输出RFout；定向耦合器OC的输入与馈线连接，定向耦合器OC的一路输出通过衰减器ATT1与正向检波电路DET1的输入连接，定向耦合器OC的另一路输出通过衰减器ATT2与反向检波电路DET2的输入连接，正向检波电路DET1与反向检波电路DET2的输出分别连接逻辑运算器LC，逻辑运算器LC的输出连接指示器SO。

进一步地，正向检波电路DET1和反向检波电路DET2均由对数检波器构成，对数检波器均采用AD8362真功率对数检波器。

进一步地，衰减器ATT1和衰减器ATT2均由PIN二极管构成。

如图2所示，WiMAX射频前端驻波检测方法，它包括以下步骤：

S1：射频信号经过放大器PA放大后经过定向耦合器OC传输到天线，通过天线把输出信号RFout辐射出去；

S2：定向耦合器OC的一部分信号经过衰减器ATT1衰减后送到正向检波电路DET1检波成稳定的直流电平；由于阻抗不完全匹配未辐射出去再反射回来的另一部分信号经过衰减器ATT2衰减后送到反向检波电路DET2检波作为比较电平；

S3：直流电平送入逻辑运算器LC中作为基准电平，比较电平送入逻辑运算器LC；

S4：逻辑运算器LC通过逻辑运算得到准确的驻波值并输入指示器SO。 

Claims (2)

1.WiMAX射频前端驻波检测系统，其特征在于：它包括放大器PA、定向耦合器OC、衰减器ATT1、衰减器ATT2、正向检波电路DET1、反向检波电路DET2、逻辑运算器LC和指示器SO，放大器PA的输入端连接信号输入RFin，放大器PA的输出端通过馈线连接信号输出RFout；定向耦合器OC的输入与馈线连接，定向耦合器OC的一路输出通过衰减器ATT1与正向检波电路DET1的输入连接，定向耦合器OC的另一路输出通过衰减器ATT2与反向检波电路DET2的输入连接，正向检波电路DET1与反向检波电路DET2的输出分别连接逻辑运算器LC，逻辑运算器LC的输出连接指示器SO。

2.WiMAX射频前端驻波检测方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：射频信号经过放大器PA放大后经过定向耦合器OC传输到天线，通过天线把输出信号RFout辐射出去；

S2：定向耦合器OC的一部分信号经过衰减器ATT1衰减后送到正向检波电路DET1检波成稳定的直流电平；由于阻抗不完全匹配未辐射出去再反射回来的另一部分信号经过衰减器ATT2衰减后送到反向检波电路DET2检波作为比较电平；

S3：直流电平送入逻辑运算器LC中作为基准电平，比较电平送入逻辑运算器LC；

S4：逻辑运算器LC通过逻辑运算得到准确的驻波值并输入指示器SO。

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