CN103532587B - L波段rf系统输出端口保护设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种L波段RF系统输出端口保护设备。包括设置在金属密闭腔体内的L波段RF系统输出端口保护电路，其电路包括耦合器、检波比较电路、数控反馈电路，检波比较电路包括正向检波电路、反向检波电路、调谐电路和比较器，数据反馈电路包括数据处理电路、VSWR指示电路和保护判断电路；设备连接与RF系统末级放大器后，利用耦合器把L波段入射波与反射波按比例分离出来，再通过检波比较电路，将分离出来的反射量与入射量进行比较后输出逻辑电平，逻辑电平接数控反馈电路，通过数据处理判断端口匹配情况，从而在端口失配时，保护电路能够及时关闭相应的发送信号从而起到保护功能；整个设备具有小巧，轻便，指示判断灵敏等特点。

Description

L波段RF系统输出端口保护设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种L段RF系统输出端口保护设备。设备用于实现对RF系统输出端口RF信号的正向波与反向波的取样比较，通过比较结果，判断RF系统输出端口的回波损耗值，按照设备预先调谐的回波损耗值为参考，如果回波损耗过大时，设备能及时对RF系统做出保护处理，保证了RF系统的安全使用。

背景技术

伴随信息现代化的飞速发展，通信技术与我们的生活联系越来越密切，近代工业、商业、军事的发展，通信专业理论的研究与发展，使通信产业有了飞速发展。在通信领域RF系统中，放大器失配时会影响其工作状态，并且有可能在系统中引入杂散干扰，如果失配严重，特别是系统的末级放大器失配时，甚至可能烧毁器件，导致系统损坏、工作失效。因此，采取相应的措施，做好RF系统的输出端口保护，在实际应用中是很有必要的。RF系统输出端口的保护，是整个系统设计过程中必须要考虑的问题，并且在大部分系统中，都存在端口匹配问题。端口匹配的好坏，直接影响系统性能，甚至决定了系统是否工作正常。

发明内容

本发明的目的是针对当前RF系统中普遍存在的器件间不匹配问题，尤其是解决RF系统输出端口在失配严重时，可能烧毁器件，导致系统损坏，工作失效的问题。之所以存在烧毁器件的现象，是因为RF系统末级放大器输出信号功率已经很高，如果线路失配严重，端口回波损耗过差，发射信号反射量过高，较高的能量不仅没有作为信息的载体发射、传递出去，反而反射回系统造成末级放大器过载工作，以致烧毁。因此，针对此现象，RF系统输出端口的保护是很有必要的。本发明通过实时监测被保护系统输出端口的回波损耗值，与预先设定的期望保护值做比较，如果监测值大于期望保护值时，则对RF系统做出保护处理，待检测值恢复到正常值时，在RF系统恢复工作。

本发明为了实现上述目的，所采取的技术方案是：一种L波段RF系统输出端口保护设备，其特征在于：包括设置在金属密闭腔体内的L波段RF系统输出端口保护电路，所述L波段RF系统输出端口保护电路包括耦合器、检波比较电路、数控反馈电路，所述耦合器为双向耦合器，所述检波比较电路包括正向检波电路、反向检波电路、调谐电路和比较器，所述数据反馈电路包括数据处理电路、VSWR指示电路和保护判断电路；所述耦合器分别与检波比较电路的正向检波电路及反向检波电路连接，所述正向检波电路通过调谐电路与比较器连接，所述反向检波电路与比较器连接，所述比较器与数控反馈电路的数据处理电路连接，数据处理电路分别与VSWR指示电路和保护判断电路连接；其电路处理过程为：

a）RF系统末级输出，为末级放大器输出，直接进入耦合器，通过耦合器把射频信号的正向功率和反向功率按比例耦合出来；

b）正向耦合与反方向耦合出的信号功率分别进入正向检波电路和反向检波电路，对正反向信号进行检波，输出较为平缓的电压信号；

c）正向检波的电压信号，经过调谐电路中精密可调电阻器分压后与反向检波电路的电压信号一起，分别进入到比较器的反向和正向输入端；

d）比较器输出的比较信号进入数控反馈电路，通过数控处理电路指示端口VSWR值是否满足设定要求，同时比较结构反馈的发射通路，如果端口VSWR过高，将关闭RF系统信号发射，避免造成器件损坏，设备故障。

耦合器选用mini公司的双向耦合器，按照RF系统实际工作频段，选用对应频段的耦合器。本设计中选用L波段。

L波段RF系统输出端口保护设备外型采用腔体金属结构，内部所安装电路印制板制作时不加阻焊处理，印制板Bottom层大面积铺地，安装时在结构腔室底部使用螺钉紧固，保证充分接地。为保证回波损耗检测准确，正向检波电路和反向检波电路应具有完全相同的电路参数；调谐电路应根据RF系统实际应用情况，按照预期的回波损耗值进行调谐，调谐完毕后，应在调谐处使用硅胶固定调谐旋钮，以免震动等因素改变预先设定点。

本发明的有益效果是，实时监测射频端口回波损耗值，并通过数据计算，将判断结果反馈到RF系统，以达到对RF系统端口的实时监测保护。同时，可根据实际应用的需要，调整调谐电路旋钮，改变预期进行保护动作的回波损耗值，以达到最优的保护效果。从而避免了因RF系统器件不匹配或者末端开路导致端口回波损耗骤然变大，烧毁器件，系统瘫痪的现象发生。能够有效的保证RF系统工作的可靠性。并且该设备具有插入损耗小的特点，将设备接入到RF系统后，不会对RF系统输出功率造成影响。整个设备具有小巧，轻便，指示判断灵敏等特点。并且设备插入损耗小于0.5dB ，保证接入设备后不会对原系统工作状态和发射功率造成影响。

附图说明

图1是本发明的电路连接框图；

图2是本发明的端口保护设备接入位置示意图；

图3是本发明的耦合器原理框图；

图4是本发明的设备外形结构平面示意图。

图中：1. 耦合器；2. 检波比较电路；3. 数控反馈电路；21.正向检波电路；22.反向检波电路；23.调谐电路；24.比较器；31.数据处理电路；32.VSWR指示电路；33.保护判断电路；41.输入端口；42输出端口；43反馈信号输出、44设备供电输入。

具体实施方式

下面结合附图对本系统做进一步说明。

如图1所示，为本发明的电路连接框图；一种L波段RF系统输出端口保护设备，包括设置在金属密闭腔体内的L波段RF系统输出端口保护电路，L波段RF系统输出端口保护电路包括耦合器1、检波比较电路2、数控反馈电路3，从而实现RF系统的端口保护功能。耦合器1为双向耦合器，检波比较电路2包括正向检波电路21、反向检波电路22、调谐电路23和比较器24，数据反馈电路3包括数据处理电路31、VSWR指示电路32和保护判断电路33；耦合器1分别与检波比较电路2的正向检波电路21及反向检波电路22连接，正向检波电路21通过调谐电路23与比较器24连接，反向检波电路22与比较器24连接，比较器24与数控反馈电路3的数据处理电路31连接，数据处理电路31分别与VSWR指示电路32和保护判断电路33连接。

射频信号由RF系统的末级放大器输出，进入至设备的耦合器1部分。信号经过耦合器1，大部分信号由耦合器1主路直接输出，作为信号的正常传输路径。而其中一小部分信号功率，被耦合器1按比例耦合出来，分别通过耦合器1的前向耦合端（FORWARD端口）和反向耦合端(REVERSE端口)输出，进入正向检波21和反向检波22电路，检波电路为保证电路中具有相同的检波效率，参数应完全相同。在系统匹配、工作正常情况下，端口回波损耗在正常范围内，前向耦合量必定大于反向耦合量，因此正向检波输出电压大于反向检波输出电压。电路中调谐电路23为滑动变阻器，通过调整其阻值，来改变进入到比较器24反向输入端进行比较的电压值，而反向检波电压进入比较器24的正向输入端。比较器输出进入到数据处理电路31进行数据处理，处理结果一方面反馈到保护判断电路33来进行判断是否RF系统回波损耗值超出预期值，需要关断信号通道，以保护系统端口安全；另一方面数据处理结果发送到VSWR指示电路32，直观显示端口回波损耗情况。

特别指出，本设备为RF系统输出端口回波损耗异常时的保护设备，应根据RF系统具体应用情况，通过调整调谐电路23来确定期望的回波损耗值，进行端口保护动作。调谐电路中滑动变阻器调谐分压比α% ，可依据下式得出：

α% =                                                 。

例如，若期望RF系统在端口回波损耗大于20时，保护设备对RF系统进行保护，那么由上述公式计算可知滑动变阻器调谐分压比α%=0.1时，即可满足条件。同理若期望RF系统在端口回波损耗大于40时，保护设备对RF系统进行保护，滑动变阻器调谐分压比α%=0.01。

可见，依据系统需求确定期望的回波损耗值后，仅通过调整电路中分压电阻的值，电路即可实现期望的保护功能。从而将滑动变阻器的阻值与回拨损耗保护值联系在一起，通过简单的调节，实现了较为复杂的计算过程，确保了L波段RF系统输出端口保护设备的可靠性。

如图2所示，为L波段RF系统输出端口保护设备接入位置示意，在应用时直接串联到RF系统的末级端口。L波段RF系统输出端口保护设备成为RF系统的一个模块组合。那么，原RF系统的输出即RF系统的末级放大器输出，接入到设备的输入端口，而设备的输出则变为原RF系统的输出端口。

如图3所示，为设备关键器件，定向耦合器工作原理。定向耦合器是一种四端口网络，RF信号由INPUT端口输入时，大部分从OUTPUT端口直通输出，其中有一小部分由FORWARD端口耦合出来，而反射信号由REVERSE端口耦合出来。定向耦合器的方向性是一项至关重要的指标，尤其是作为信号合成和反射测量应用时。定向耦合器所起的作用是正向和反射RF信号的取样。以便后续电路做调谐，比较处理。

如图4所示，为设备外形结构平面示意图。设备各功能电路绘制于同一印制板上，为保证信号纯净，电路接地良好，印制板制作时，不做丝印和阻焊处理，印制板Top层走印制线,Bottom层大面积铺地，采用螺钉紧固的方式，安装于金属腔体的底部，避免引入杂波干扰。腔体侧壁开孔安装标准SMA射频连接器作为信号输入输出接口，被保护系统的RF信号由输入端口41进入，由输出端口42输出。同时腔体侧壁安装穿心电容作为设备供电44接口和反馈信号输出43接口，反馈信号输出43输出保护判断信息，连接到RF系统，及时响应保护信息。腔体上盖板同样用螺钉紧固，保证电路板处于一个完全密闭的空间内，这样有效的屏蔽了外界的信号干扰，使设备内部信号和数据的处理相对稳定。

耦合器1选用mini公司的双向耦合器。

1. 耦合器；2. 检波比较电路；3. 数控反馈电路；21.正向检波电路；22.反向检波电路；23.调谐电路；24.比较器；31.数据处理电路；32.VSWR指示电路；33.保护判断电路；41.输入端口；42输出端口；43反馈信号输出、44设备供电输入。

Claims (2)

1.一种L波段RF系统输出端口保护设备，其特征在于：包括设置在金属密闭腔体内的L波段RF系统输出端口保护电路，所述L波段RF系统输出端口保护电路包括耦合器（1）、检波比较电路（2）、数控反馈电路（3），所述耦合器（1）为双向耦合器，所述检波比较电路（2）包括正向检波电路（21）、反向检波电路（22）、调谐电路（23）和比较器（24），所述数控反馈电路（3）包括数据处理电路（31）、VSWR指示电路（32）和保护判断电路（33）；所述耦合器（1）分别与检波比较电路（2）的正向检波电路（21）及反向检波电路（22）连接，所述正向检波电路（21）通过调谐电路（23）与比较器（24）连接，所述反向检波电路（22）与比较器（24）连接，所述比较器（24）与数控反馈电路（3）的数据处理电路（31）连接，数据处理电路（31）分别与VSWR指示电路（32）和保护判断电路（33）连接；其电路处理过程为：

a）RF系统末级输出，为末级放大器输出，直接进入耦合器（1），通过耦合器（1）把射频信号的正向功率和反向功率按比例耦合出来；

b）正向耦合与反方向耦合出的信号功率分别进入正向检波电路（21）和反向检波电路（22），对正反向信号进行检波，输出较为平缓的电压信号；

c）正向检波的电压信号，经过调谐电路（23）中精密可调电阻器分压后与反向检波电路（22）的电压信号一起，分别进入到比较器（24）的反向和正向输入端；

d）比较器（24）输出的比较信号进入数控反馈电路（3），通过数据处理电路（31）指示端口VSWR值是否满足设定要求，同时比较结构反馈的发射通路，如果端口VSWR过高，将关闭RF系统信号发射，避免造成器件损坏，设备故障。

2.根据权利要求1所述的L波段RF系统输出端口保护设备，其特征在于：所述耦合器（1）选用mini公司的双向耦合器。