CN103873156A - 一种具有放大器的射频测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种具有放大器的射频测量装置，包括射频测量装置本体以及前置放大器，其中，所述的前置放大器具体包括放大器以及与所述放大器的输出端相连接的直流偏置电路，所述的直流偏置电路包括直流电源以及设置在所述放大器与所述的直流电源之间的射频扼流圈，所述的射频扼流圈包括串联的第一电感以及第二电感，所述的第一电感的电感值小于所述第二电感的电感值。通过在射频扼流圈内设置两级串联电感，两级电感的电感值不同，较小电感的自谐振频率高，用于保证高频段放大器的增益；较大电感自谐振频率低，用于保证低频段放大器的增益，解决了现有技术射频测量装置的前置放大器中射频扼流圈不能兼顾高低频段的技术问题。

Description

一种具有放大器的射频测量装置

技术领域

本发明关于射频通信技术，特别是关于射频测量装置，具体的讲是一种具有放大器的射频测量装置。

背景技术

射频测量装置主要包括射频信号源、频谱分析仪等仪器。频谱分析仪是一种研究被测信号的频谱结构的仪器，用于测量未知信号的频率、幅度、失真等相关参数，具有很宽的频率测量范围，具有很低的幅度监测灵敏度。频谱分析仪主要应用于基站维护、电子产品研发、生产等领域。

在现有技术中，射频测量装置一般包括前置放大器以及射频测量装置本体，其中前置放大器通常具有从几kHz到几GHz的频率范围，如图1所示，在放大器的输出端设置有直流偏置电路，用于给放大器供电。在该直流偏置电路中，放大器与直流电源之间通常需要设置一个射频扼流圈（RadioFrequency Choke，RFC）电路，该RFC主要用于单元之间的隔离作用，通常通过一个电感线圈来实现，对交流电流呈现无穷大的阻抗，即ωL_RFC→∞，对直流电路呈现的直流电阻为零，即直流电流畅通无阻。RFC电感线圈是用漆包线或丝包线绕在铁氧体磁棒上形成(频率很高时，是空心线圈)，线圈之间存在较大的分布电容。这些分布电容与L_RFC一起形成了谐振回路，对应的谐振频率称为自谐振频率。当工作频率低于自谐振频率时，电感线圈才呈现感性，当工作频率高于自谐振频率时，电感线圈呈现容性，工作频率等于自谐振频率时，电感线圈呈现非常小的阻抗，工作频率接近自谐振频率或高于自谐振频率时，RFC将不能用作扼流圈使用。RFC的电感量越小、绕匝匝数越小，分布电容也越小，自谐振频率就越高，工作频率也就越高。

因此，在如图1所示的现有技术中，L_RFC值选定、高低频率是ωL_RFC不同，当工作频率为低频段时，电感线圈感抗小，被测信号通过RFC电路将会发生泄露；当工作频率为高频段时，如果L_RFC过大，电感线圈呈现容性，此处被测信号仍会通过RFC电路发生泄露，也即现有技术中射频测量装置存在如下技术问题：前置放大器中的射频扼流圈无法兼顾高低频段，造成被测信号易通过RFC电路发生泄露，进而降低了射频测量装置的测量精度。

发明内容

本发明实施例提供了一种具有放大器的射频测量装置，通过在射频扼流圈内设置两级串联电感，两级电感的电感值不同，较小电感的自谐振频率高，用于保证高频段放大器的增益；较大电感自谐振频率低，用于保证低频段放大器的增益，解决了现有技术射频测量装置的前置放大器中射频扼流圈不能兼顾高低频段的技术问题。

本发明的目的是，提供一种具有放大器的射频测量装置，所述的射频测量装置包括射频测量装置本体以及前置放大器，其中，所述的前置放大器具体包括放大器以及与所述放大器的输出端相连接的直流偏置电路，所述的直流偏置电路包括直流电源以及设置在所述放大器与所述的直流电源之间的射频扼流圈，所述的射频扼流圈包括串联的第一电感以及第二电感，所述的第一电感的电感值小于所述第二电感的电感值。

优选的，所述的第一电感与所述的第二电感依次串联在所述放大器的输出端与所述的直流电源之间。

优选的，所述的第二电感与所述直流电源之间串联一电阻。

优选的，所述的第一电感的电感值满足如下公式：

$L1=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2{F_2}^{2}C}$

其中，所述放大器的频率范围为从F1至F2，所述的第一电感的电感值为L1，所述的第一电感的分布电容为C。

优选的，所述的第二电感的电感值满足如下公式：

$L2=\frac{R_L}{2\mathrm{\π}{F}_1}$

其中，所述放大器的频率范围为从F1至F2，所述的第二电感的电感值为L2，所述电阻的电阻值为R_L。

优选的，所述的第一电感以及所述的第二电感为贴片电感。

优选的，所述的前置放大器设置在PCB板上。

优选的，所述的第一电感的焊盘设置在所述的放大器输出的信号线上。

优选的，所述的第一电感的焊盘靠近所述放大器输出的信号线。

本发明的有益效果在于，提供了一种具有放大器的射频测量装置，通过在射频扼流圈内设置两级串联电感，两级电感的电感值不同，较小电感的自谐振频率高，用于保证高频段放大器的增益；较大电感自谐振频率低，用于保证低频段放大器的增益，解决了现有技术射频测量装置的前置放大器中射频扼流圈不能兼顾高低频段的技术问题，扩大了前置放大器的频率范围，避免了被测信号通过RFC电路发生泄露，进而提高了射频测量装置的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中射频测量装置的前置放大器的电路原理图；

图2为本发明实施例提供的一种射频测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种射频测量装置中前置放大器的电路原理图；

图4为本发明实施例提供的一种射频测量装置中前置放大器的PCB布局图；

图5为本发明提供的一种射频测量装置中前置放大器的具体实例的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为现有技术中射频测量装置的前置放大器的电路原理图，由图1可知，现有技术中的前置放大器通常具有从几kHz到几GHz的频率范围，在放大器的输出端设置有直流偏置电路，用于给放大器供电。在该直流偏置电路中，放大器与直流电源之间通常需要设置一个射频扼流圈（Radio FrequencyChoke，RFC）电路，该RFC主要用于单元之间的隔离作用，通常通过一个电感线圈来实现，对交流电流呈现无穷大的阻抗，即ωL_RFC→∞，对直流电路呈现的直流电阻为零，即直流电流畅通无阻。RFC电感线圈是用漆包线或丝包线绕在铁氧体磁棒上形成(频率很高时，是空心线圈)，线圈之间存在较大的分布电容。这些分布电容与L_RFC一起形成了谐振回路，对应的谐振频率称为自谐振频率。当工作频率低于自谐振频率时，电感线圈才呈现感性，当工作频率高于自谐振频率时，电感线圈呈现容性，工作频率等于自谐振频率时，电感线圈呈现非常小的阻抗，工作频率接近自谐振频率或高于自谐振频率时，RFC将不能用作扼流圈使用。RFC的电感量越小、绕匝匝数越小，分布电容也越小，自谐振频率就越高，工作频率也就越高。

因此，在如图1所示的现有技术中，L_RFC值选定、高低频率是ωL_RFC不同，当工作频率为低频段时，电感线圈感抗小，被测信号通过RFC电路将会发生泄露；当工作频率为高频段时，如果L_RFC过大，电感线圈呈现容性，此处被测信号仍会通过RFC电路发生泄露，也即现有技术中射频测量装置存在如下技术问题：前置放大器中的射频扼流圈无法兼顾高低频段，造成被测信号易通过RFC电路发生泄露，进而降低了射频测量装置的测量精度。

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了如图2所示的一种射频测量装置，由图2可知，所述的射频测量装置包括射频测量装置本体100以及前置放大器200，其中，所述的前置放大器200，用于将被测信号进行放大处理，并将放大处理后的被测信号发送至所述的射频测量装置本体100；所述的射频测量装置本体100，用于接收被测信号，并分析被测信号的频谱结构，测量被测信号的频率、幅度、失真等相关参数。

本发明提供的前置放大器可应用于射频信号源、频谱分析仪等射频测量装置，例如射频信号源的自动电平控制电路中的放大器中。

图3为本发明实施例提供的一种射频测量装置中前置放大器的电路原理图，由图3可知，本发明的前置放大器200具体包括：放大器201以及与所述放大器201的输出端相连接的直流偏置电路202，所述的直流偏置电路202用于向所述的放大器201供电。

所述的直流偏置电路202包括：直流电源以及设置在所述放大器201与所述的直流电源之间的射频扼流圈203，其中，所述的射频扼流圈203包括串联的第一电感2031以及第二电感2032，且所述的第一电感2031的电感值小于所述第二电感2032的电感值。

因此，本发明实施例提供了一种具有放大器的射频测量装置，通过在射频扼流圈内设置两级串联电感，两级电感的电感值不同，较小电感的自谐振频率高，用于保证高频段放大器的增益；较大电感自谐振频率低，用于保证低频段放大器的增益，解决了现有技术射频测量装置的前置放大器中射频扼流圈不能兼顾高低频段的技术问题。本发明的前置放大器还可用于射频信号源的ALC中的放大器电路。

在本发明实施例提供的射频测量装置中，所述的第一电感设置在所述的放大器的输出端。即靠近放大器201输出端口的电感设置为小感值的电感，与该小感值的电感相串联的电感设置为大感值的电感。因此，在具体的实施方式中，所述的第一电感以及所述的第二电感均可设置为贴片电感，因为贴片电感的封装小，可能引起的分布电容小。贴片电感的分布电容（也即寄生电容）是器件引脚与引线或地之间的诱发的效应等效电容，一般分布电容值很小，在精密设计时需要考虑其影响。因此，封装越小，可能引起的等效电容越小。贴片电感的封装通常由其对应的功率来确定，如0201（1/20W），0402（1/16W）,0603（1/10W），0805（1/8W），1206(1/8W)。以0201（1/20W）为例，其含义为：贴片电感的尺寸或封装为0201时，其对应可承受的功率为1/20W。封装通常用英尺来表示，长和宽用毫米表示时，例如贴片电感的封装为0603时，表示为0603=1.6mm*0.8mm。电感的封装为0603，实测其分布电容约为0.1pF。

在本发明的其他实施方式中，所述的射频扼流圈203与一电阻R串联，设该电阻的电阻值为R_L，本发明提供的前置放大器的频率范围为从F1至F2，所述的第一电感的电感值设为L1，图3中的L1采用更小的封装，其封装引起的分布电容小，电感L1的封装为0603，实测其分布电容约为C=0.1pF。RFC的自谐振频率更高，高频段时的感抗相对较高。则在具体的实施方式中，第一电感L1，对于F2来说，其自谐振频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{\mathrm{RFC}}C}}$

其对应的感抗为

ωL_RFC=2πf*L_RFC

感抗值应该远大于信号通路的电阻R，而且自谐振频率应当高于F2，因此在F2频率时，可以近似看作交流开路状态。因此，所述的第一电感的电感值L1应当满足如下公式：

$L1=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2{F_2}^{2}C}$

所述放大器的频率范围为从F1至F2，所述的第二电感的电感值为L2，所述电阻的电阻值为R_L，在本发明中，第二电感用来提高感抗，保证低频段时信号通路相对于电源处于交流开路状态，因此对于F1而言，其对应当感抗为

ωL_RFC=2πf*L_RFC

该感抗应当远大于信号通路的电阻R，可以近似看作交流开路状态。也即所述的第二电感的电感值满足如下公式：

$L2=\frac{R_L}{2\mathrm{\π}{F}_1}$

第一电感L1和第二电感L2的取值直接与放大器的输入频率范围F1、F2相关。如果低端频率F1更低，为了保证RFC电路相对信号通路具有较大阻抗时，那么L2的值就会更大；如果高端频率F2更高时，同样为了保证RFC对高频时的阻抗加大，同样的分布电容，那么L1的值就应该更小，这样自谐振频率就更高。

图4为本发明实施例提供的一种射频测量装置中前置放大器的PCB布局图。由图4可知，本发明实施例提供的射频测量装置，由于增加了一个电感，因此前置放大器设置在PCB板上时，第一电感L1解决放大器的输出管脚，即所述的第一电感的焊盘设置在所述的放大器输出的信号线上。在本发明的其他实施方式中，所述的第一电感的焊盘靠近所述放大器输出的信号线，以尽可能减小走线带来的分布电容。

下面结合具体的实施例，详细介绍本发明提供的一种具有放大器的射频测量装置。如图5所示，在该实施方式中，设置第一电感L1的电感值为22nH，第二电感的电感值为1mH，也即L1=22nH，L2=1mH。信号通路的电阻R=50Ω，放大器的频率范围从100kHz至3GHz，则对于100kHz来说，其感抗为

ωL_RFC=2πf*L_RFC

=2*3.14*100*10³*1*10^-3

=628Ω

该感抗值远大于信号通路的50Ω，可以近似看作交流开路状态。

图5中电感L1选择感值小的电感，电感的封装为0603，实测其分布电容约为0.1pF，因此对于3GHz来说，其自谐振频率为：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{\mathrm{RFC}}D}}$

$=\frac{1}{2*3.14\sqrt{22*{10}^{-9}*0.1*{10}^{-12}}}$

$=3.4\mathrm{GHz}$

其感抗为

ωL_RFC=2πf*L_RFC

=2*3.14*3*10⁹*22*10^-9

=376Ω

该感抗值远大于信号通路的50Ω，而且自谐振频率高于3GHz，因此在3GHz频率时，可以近似看作交流开路状态。

由该实施例可知，按照本发明提供的射频测量装置，前置放大器的偏置电路RFC可以在低频段和高频段均起到作用，整个频带内均获得满意的增益。该前置放大器用于射频测量装置，并将前置放大器的频率范围向下扩充至100kHz。

综上所述，本发明的有益成果是：提供了一种具有放大器的射频测量装置，通过在射频扼流圈内设置两级串联电感，两级电感的电感值不同，较小电感的自谐振频率高，用于保证高频段放大器的增益；较大电感自谐振频率低，用于保证低频段放大器的增益，解决了现有技术射频测量装置的前置放大器中射频扼流圈不能兼顾高低频段的技术问题，扩大了前置放大器的频率范围，避免了被测信号通过RFC电路发生泄露，进而提高了射频测量装置的测量精度。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种具有放大器的射频测量装置，其特征是，所述的射频测量装置包括射频测量装置本体以及前置放大器，

其中，所述的前置放大器具体包括放大器以及与所述放大器的输出端相连接的直流偏置电路，所述的直流偏置电路包括直流电源以及设置在所述放大器与所述的直流电源之间的射频扼流圈，

所述的射频扼流圈包括串联的第一电感以及第二电感，所述的第一电感的电感值小于所述第二电感的电感值。

2.根据权利要求1所述的射频测量装置，其特征是，所述的第一电感与所述的第二电感依次串联在所述放大器的输出端与所述的直流电源之间。

3.根据权利要求2所述的射频测量装置，其特征是，所述的第二电感与所述直流电源之间串联一电阻。

4.根据权利要求3所述的射频测量装置，其特征是，所述的第一电感的电感值满足如下公式：

$L1=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2{F_2}^{2}C}$

其中，所述放大器的频率范围为从F1至F2，所述的第一电感的电感值为L1，所述的第一电感的分布电容为C。

5.根据权利要求3所述的射频测量装置，其特征是，所述的第二电感的电感值满足如下公式：

$L2=\frac{R_L}{2\mathrm{\π}{F}_1}$

其中，所述放大器的频率范围为从F1至F2，所述的第二电感的电感值为L2，所述电阻的电阻值为R_L。

6.根据权利要求1或2所述的射频测量装置，其特征是，所述的第一电感以及所述的第二电感为贴片电感。

7.根据权利要求6所述的射频测量装置，其特征是，所述的前置放大器设置在PCB板上。

8.根据权利要求7所述的射频测量装置，其特征是，所述的第一电感的焊盘设置在所述的放大器输出的信号线上。

9.根据权利要求7所述的射频测量装置，其特征是，所述的第一电感的焊盘靠近所述放大器输出的信号线。

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