CN103457548A - 射频电路功率放大器保护装置及发射机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频电路功率放大器保护装置，包括：射频衰减电路，用于根据输入的衰减电平信号对下行信号的平均功率进行衰减；峰值限幅电路，用于根据输入的限幅门限值对下行信号的信号峰值进行限制；功率检测电路，用于检测功率放大器的工作功率并将其转换为反馈电平信号输出至控制电路；控制电路，用于输出限幅门限值至峰值限幅电路，将反馈电平信号与预设的参数值进行比较，并根据比较的结果输出衰减电平信号至射频衰减电路。本发明还提供一种发射机，通过本发明的技术，保证进入功率放大器的下行信号处于可承受范围内，切实保护了功率放大器的安全，适用于所有的通信射频链路，特别是针对数字与射频相结合的大功率功放中，有良好的应用前景。

Description

射频电路功率放大器保护装置及发射机

技术领域

本发明涉及功率放大器保护技术，特别是涉及一种射频电路功率放大器保护装置及发射机。

背景技术

在无线通信系统中，射频功率放大器是整个通信发射机的核心部件，它将经过调制后的射频信号进行放大，然后输至天馈系统发射出去实现射频信号的有效覆盖，从而达到无线通信的目的。

在整个通信发射机系统（包括基站、RRU和直放站等）中，射频功率放大器占据全部功耗的50%以上，是能耗最大，工作环境最严苛的部件，同时也是价值最高，故障率最高，维护成本最高的部件，所以加强对于射频功放的保护是保证无线通信稳定可靠地必要措施。

随着3G通信技术的发展与应用，发射机传输的信号越来越复杂：大功率，多载波以及宽带复杂调制模式成为显著特点。为保证传输信号的高质量，发射机往往采用数字预失真（Digital Predistortion)、峰值因子降低技术（Crest Factorreduction）等数字技术进行信号预处理，数字系统的软件功能越来越复杂。

在通信发射机中数字系统处于上掉电、初始化、软件配置、复位、DPD失控等阶段时，都有可能因为各种原因产生信号异常。

若输入信号的平均功率过大，射频功率放大器输出功率超过额定功率且持续较长时间，则会由于热的积累无法散出，导致射频功率放大器的损坏；若输入信号为一个大功率瞬间脉冲，超过功放的稳定工作范围，会导致功放管尤其是末级LDMOS管的瞬间被击穿而烧毁。

目前，对射频功率放大器的保护技术，一般是在基带处理中采取复杂的数字处理方法或者是异常检测与恢复流程，但是信号的异常都是瞬间的，尤其是大功率瞬间脉冲信号，而由于工作频率的关系，上述数字处理过程一般都会滞后一定的时间，所以对信号异常的响应速度较慢，容易导致射频功率放大器无法及时得到有效的保护而损坏。

发明内容

基于此，有必要针对现有的射频功率放大器保护技术响应速度较慢，容易导致射频功率放大器无法及时得到有效的保护而损坏的问题，提供一种射频电路功率放大器保护装置及发射机。

一种射频电路功率放大器保护装置，包括：射频衰减电路、峰值限幅电路、功率检测电路以及控制电路；

所述射频衰减电路通过所述峰值限幅电路与功率放大器的输入端连接；

所述功率检测电路连接在所述控制电路与所述功率放大器的输出端之间；

所述控制电路分别与所述射频衰减电路和峰值限幅电路连接；

所述射频衰减电路，用于根据从所述控制电路输入的衰减电平信号对下行信号的平均功率进行衰减；

所述峰值限幅电路，用于根据从所述控制电路输入的限幅门限值对经过衰减后的所述下行信号的信号峰值进行限制；

所述功率检测电路，用于检测所述功率放大器输出的工作功率并将其转换成反馈电平信号输至所述控制电路；

所述控制电路，用于输出限幅门限值至所述峰值限幅电路，将所述反馈电平信号与预设的参数值进行比较，并根据所述比较的结果输出相应的衰减电平信号至所述射频衰减电路。

一种发射机，包括如上述的射频电路功率放大器保护装置。

上述射频电路功率放大器保护装置及发射机，通过功率检测电路检测功率放大器的工作功率，控制电路根据功率放大器的工作功率变化状态，输出衰减电平信号和限幅门限值至设置在功率放大器前的射频衰减电路和功率峰值限幅电路，分别对下行信号的平均功率进行衰减和信号峰值进行限制，功率放大器的工作功率变化状态能快速得到反馈，所以能及时响应脉冲信号或者高峰均比的信号，保证进入功率放大器的下行信号处于额定可承受范围内，切实保护了功率放大器的安全，适用于所有的通信射频链路，特别是针对数字与射频相结合的大功率功放中，有良好的应用前景。

附图说明

图1为一个实施例的射频电路功率放大器保护装置结构示意图；

图2为一个实施例的射频电路功率放大器保护装置结构示意图；

图3为一个较佳实施例的射频电路功率放大器保护装置结构示意图

图4为一个实施例中射频衰减电路01的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的射频电路功率放大器保护装置作详细描述。

图1示出了一个实施例的射频电路功率放大器保护装置的结构示意图，主要包括：射频衰减电路01、峰值限幅电路02、功率检测电路03以及控制电路04。

所述射频衰减电路01通过所述峰值限幅电路02与功率放大器（PA）的输入端连接。

所述功率检测电路03连接在所述控制电路04与所述功率放大器的输出端之间。

所述控制电路04分别与所述射频衰减电路01和所述峰值限幅电路02连接。

所述射频衰减电路01，用于根据从所述控制电路04输入的衰减电平信号对下行信号的平均功率进行衰减。

所述峰值限幅电路02，用于根据从所述控制电路04输入的限幅门限值对经过衰减后的所述下行信号的信号峰值进行限制。

所述功率检测电路03，用于检测所述功率放大器输出的工作功率并将其转换成反馈电平信号输至所述控制电路04。

所述控制电路04，用于输出限幅门限值至所述峰值限幅电路02，将所述反馈电平信号与预设的参数值进行比较，并根据所述比较的结果输出相应的衰减电平信号至所述射频衰减电路01。

本实施例的射频电路功率放大器保护装置，主要是通过在射频电路的功率放大器前设置射频衰减电路01和峰值限幅电路02，由功率检测电路03检测功率放大器的功率从而确定其功率的变化状态，并将其转换成反馈电平信号输至控制电路04，控制电路04对上述反馈电平信号进行与预设的参数值进行比较，根据比较的结果输出相应的衰减电平信号至射频衰减电路01，并输出限幅门限值至峰值限幅电路02，从而实现对下行信号进行衰减和峰值限幅。

在下行信号中出现高平均功率信号、瞬间脉冲大信号或者高峰均比信号等异常情况时，能够快速响应并作出相应的操作对下行信号进行有效的抑制，保证进入功率放大器的下行信号处于可承受范围内，达到保护功放的目的。

在一个实施例中，如图2所示，射频电路功率放大器保护装置还可以包括设置在所述射频衰减电路01前的带外信号抑制电路05，所述带外信号抑制电路05，用于对下行信号中的带外杂散信号进行滤除。

由于下行信号中可能存在带外的杂散大信号，当这些带外的杂散信号超过功率放大器自身的带宽要求时，由于失配的原因也会导致功放自激烧毁功放，所以，通过带外信号抑制电路05，可以有效地抑制带外的杂散大信号。

为了更加清晰本发明的射频电路功率放大器保护装置，下面结合附图进一步阐述本发明的实施例。

图3示出了一个较佳实施例的射频电路功率放大器保护装置结构示意图。

在一个实施例中，带外信号抑制电路05包括微带带通滤波器51，其中，通带设计为有用信号传输带宽。

微带带通滤波器具备较好的带内波动以及带外抑制，可以有效地将带外信号滤除、抑制带外无用信号。

在一个实施例中，如图4所示，射频衰减电路01包括第一PIN二极管11，还可以包括由R1、R2、R4、C1、C3组成的外围电路，其中，C1、C3用于滤波。

需要说明的是，外围电路主要是配合PIN二极管进行工作，使得PIN二极管的性能更好，具体采用的器件数量不限于上述形式。

其中，第一PIN二极管11的负向端为射频衰减电路01的输入端，第一正向端为射频衰减电路01的输出端，且连接控制电路04的输出端，第二正向端连接一个5V直流电源；

第一PIN二极管11接收所述控制电路04输出的衰减电平信号，控制自身的导通程度，衰减电平信号为正电平时，电平越高则导通程度越低，衰减值就越大。

作为一种优选实施方式，射频衰减电路01采用两个PIN二极管，即在图4所示的射频衰减电路01的基础上，还包括第二PIN二极管12，以及由R3、R5、C2、C4组成的外围电路，其中，C2、C4用于滤波。

需要说明的是，外围电路主要是配合PIN二极管进行工作，使得PIN二极管的性能更好，具体采用的器件数量不限于上述形式。

所述第二PIN二极管12的负向端为射频衰减电路01的输出端，第一正向端与所述第一PIN二极管11的第一正向端连接，且连接控制电路04的输出端，第二正向端连接一个5V直流电源。

具体工作中，第二PIN二极管12接收控制电路04输出的衰减电平信号，控制自身的导通程度，衰减电平信号为正电平时，电平越高则导通程度越低，衰减值就越大；第一PIN二极管11和第二PIN二极管12通过电阻R6与控制电路04的输出端连接，一般情况下，电容C1、C2、C3、C4的取值分别为47pF，电阻R6的取值为330欧姆。

上述采用两个PIN二极管串联的设计方式，可以使得衰减的动态效果更好。

在一个实施例中，峰值限幅电路02包括射频限幅二极管21和偏置电路22，优选地，还可以包括连接链路上起滤波作用的C6和C7。

其中，射频限幅二极管21的一端接地，另一端与射频链路以及偏置电路22连接，偏置电路22连接控制电路04的输出端。

偏置电路22用于隔离射频信号，防止射频信号干扰控制电路04，当限幅门限值大于射频限幅二极管21的反向电压的耐压值时，射频限幅二极管21对地导通，响应时间为射频限幅二极管21的导通时间。

偏置电路22包括电感L1，L1的类型为绕线式的电感，一般情况下，其取值限定为22nH。

在一个实施例中，功率检测电路03包括电流采样电阻R9、电流检测芯片31和运算放大电路；其中，运算放大电路为同相比例放大电路，主要由第一运算放大器32、输入电阻R8、输出电阻R7以及平衡电阻R10组成。

电流采样电阻R9与功率放大器连接，所述电流检测芯片31的正端通过电路采样电阻R9与负端连接，输出端与运算放大电路的同相输入端连接；

当射频功率放大器PA输出的工作电流经过电流采样电阻R9时，电流检测芯片31可以检测出射频功率放大器PA的电流并计算一个直流电压信号，经过第一运算放大器32进行差分放大后得到反馈电平信号V1输出至控制电路04。

对于R7和R8的阻值大小，是根据实际的放大倍数需要进行选定的，放大倍数A计算公式如下：A=(1+R7/R8），一般情况下，R7、R8取值为1k欧姆，R10用于电压隔离，取值为1k欧姆。

在一个实施例中，控制电路04包括微处理器41和运算放大器42，其中，微处理器41包括第一DAC端（DAC1）和第二DAC端（DAC2），第一DAC端与运算放大器42的负端连接，运算放大器42的输出端与射频衰减电路01的R6连接，第二DAC端与峰值限幅电路02的偏置电路22连接。

微处理器41的第一DAC端输出一个参考电平，运算放大器42将反馈电平信号和该参考电平进行差分放大，并输出衰减电平信号至射频衰减电路01的R6，第二DAC端输出限幅门限值至峰值限幅电路02的偏置电路22。

在具体工作中，从功率检测电路03输入的电平信号V1与微处理器41第一DAC端输出参考电平信号经过运算放大器42进行差分放大，参考电平信号设置为功放最大额定功率时V1的电平大小，当V1电平高于参考电平信号时，则经过差分放大后成为一个正电平信号，输出至射频衰减电路01的R6，通过R6上的电压与5V电压之间的电压差来控制射频衰减电路01的导通程度，同时，微处理器41第二DAC端输出一个电平信号至峰值限幅电路02的偏置电路22，通过该电平信号来控制峰值限幅电路02对地导通。

下面结合实施例对本发明的发射机作详细描述。

一种发射机包括如上述实施例所述的射频电路功率放大器保护装置，通过该射频电路功率放大器保护装置，本发明的发射机的功率放大器的工作功率变化状态能快速得到反馈，能及时响应脉冲信号或者高峰均比的信号，保证进入功率放大器的下行信号处于额定可承受范围内，切实保护功率放大器的安全。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种射频电路功率放大器保护装置，其特征在于，包括：射频衰减电路、峰值限幅电路、功率检测电路以及控制电路；

所述射频衰减电路通过所述峰值限幅电路与功率放大器的输入端连接；

所述功率检测电路连接在所述控制电路与所述功率放大器的输出端之间；

所述控制电路分别与所述射频衰减电路和峰值限幅电路连接；

所述射频衰减电路，用于根据从所述控制电路输入的衰减电平信号对下行信号的平均功率进行衰减；

所述峰值限幅电路，用于根据从所述控制电路输入的限幅门限值对经过衰减后的所述下行信号的信号峰值进行限制；

所述功率检测电路，用于检测所述功率放大器输出的工作功率并将其转换成反馈电平信号输至所述控制电路；

所述控制电路，用于输出限幅门限值至所述峰值限幅电路，将所述反馈电平信号与预设的参数值进行比较，并根据所述比较的结果输出相应的衰减电平信号至所述射频衰减电路。

2.根据权利要求1所述的射频电路功率放大器保护装置，其特征在于，还包括设置在所述射频衰减电路前的带外信号抑制电路，用于对输入的下行信号的带外杂散信号进行滤除。

3.根据权利要求2所述的射频电路功率放大器保护装置，其特征在于，所述带外信号抑制电路包括微带带通滤波器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的射频电路功率放大器保护装置，其特征在于，所述射频衰减电路包括第一PIN二极管；

所述第一PIN二极管的负向端为射频衰减电路的输入端，第一正向端为射频衰减电路的输出端，且连接所述控制电路的输出端，第二正向端连接一个5V直流电源；

所述第一PIN二极管接收所述控制电路输出的衰减电平信号，控制自身的导通程度。

5.根据权利要求4所述的射频电路功率放大器保护装置，其特征在于，所述射频衰减电路还包括第二PIN二极管；

所述第二PIN二极管的负向端为射频衰减电路的输出端，第一正向端与所述第一PIN二极管的第一正向端连接，且连接所述控制电路的输出端，第二正向端连接一个5V直流电源；

所述第二PIN二极管接收所述控制电路输出的衰减电平信号，控制自身的导通程度。

6.根据权利要求1至3任一项所述的射频电路功率放大器保护装置，其特征在于，所述峰值限幅电路包括：射频限幅二极管和偏置电路；

所述射频限幅二极管的一端接地，另一端与射频链路以及所述偏置电路连接，所述偏置电路连接所述控制电路的输出端；

所述偏置电路用于隔离射频信号，防止射频信号干扰控制电路；

当所述限幅门限值大于所述射频限幅二极管对反向电压的耐压值时，所述射频限幅二极管对地导通。

7.根据权利要求1至3任一项所述的射频电路功率放大器保护装置，其特征在于，所述功率检测电路包括：电流检测芯片、电流采样电阻和运算放大电路；

所述电流采样电阻与功率放大器连接，所述电流检测芯片的正端通过电流采样电阻与负端连接，输出端与运算放大电路的同相输入端连接；

所述电流检测芯片检测电流采样电阻的电流并计算获得直流电压信号；

所述运算放大电路将所述直流电压信号进行差分放大得到反馈电平信号。

8.根据权利要求1至3任一项所述的射频电路功率放大器保护装置，其特征在于，所述控制电路包括：微处理器和运算放大器；

所述微处理器的第一DAC端与所述峰值限幅电路连接，第二DAC端与所述运算放大器的负端连接；

所述运算放大器的输出端与所述射频衰减电路连接；

所述微处理器由第一DAC端输出一个参考电平，所述运算放大器将所述反馈电平信号与所述参考电平进行差分放大后输出衰减电平信号至所述射频衰减电路；

所述第二DAC端输出限幅门限值至所述峰值限幅电路。

9.一种发射机，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的射频电路功率放大器保护装置。

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