CN104467718B - 一种压缩射频信号动态范围的模块电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频通信设备，特别涉及一种压缩射频信号动态范围的模块电路。该模块电路包括两个定向耦合器，分别为第一定向耦合器和第二定向耦合器，还包括移相器、检波电路、增益调节电路、反相器、功率合成电路和放大器，第一定向耦合器连接模块电路的输入端，同时分别连接移相器和增益调节电路，移相器连接第二定向耦合器，第二定向耦合器连接检波电路，检波电路连接增益调节电路，增益调节电路连接反相器，反相器和第二定向耦合器分别连接功率合成电路，功率合成电路连接放大器。本发明产生的有益效果是：通过本模块电路设计，即实现了弥补两种传统电路结构的缺点，快速精确的控制信号功率，压缩信号的动态范围的目的。

Description

一种压缩射频信号动态范围的模块电路

技术领域

本发明涉及射频通信设备，特别涉及一种压缩射频信号动态范围的模块电路。

背景技术

在射频通信领域中，设备可接收信号的动态范围直接决定设备无失真处理信号的能力，也就是设备的线性度指标。随着科学技术的迅猛发展，电磁环境越发复杂，干扰信号的种类和数量繁多，并且干扰信号的幅度动态范围很大。因此，这对射频通信设备正常工作造成很大的压力，因此需要在信号进入设备之前要进行一定的预处理，使得输入信号在设备的正常接收范围之内，并且还要使设备能处在最佳的工作状态。压缩输入信号的动态范围就是一种有效的方法。

传统的信号动态范围压缩分为前馈型和反馈型两种，前馈型如图1所示，此种类型电路为开环结构，有控制和延迟两条通路，控制通道通过检测输入信号强度，从而产生一个直流控制电平来控制可变增益放大器的增益，延迟通道则起到延迟信号的作用，直到控制通道产生控制电平后，信号才从可变增益放大器通过。此种结构具有建立时间迅速的优点，由于没有反馈回路，因此精度控制度较低。反馈型如图2所示，此种类型电路采用闭环结构，有检测反馈回路，因此电路精度高，但是电路响应时间较长。根据应用场合不同，可选用不同的电路，但是由于电磁环境日益复杂，两种类型电路各自的弊端愈发明显，亟待需要一种通用性较强的解决方案。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的问题和缺陷，本发明特别提供一种压缩射频信号动态范围的模块电路。该模块电路采用信号对消法的设计思想，利用输入信号本身来压缩信号的动态范围，并且综合前馈与反馈电路结构，弥补两种结构电路的弊端，形成一种通用性较强的信号压缩电路。

本发明采取的技术方案是：一种压缩射频信号动态范围的模块电路，其特征在于：该模块电路包括两个定向耦合器，分别为第一定向耦合器和第二定向耦合器，还包括移相器、检波电路、增益调节电路、反相器、功率合成电路和放大器，所述的第一定向耦合器连接模块电路的输入端，同时分别连接移相器和增益调节电路，移相器连接第二定向耦合器，第二定向耦合器连接检波电路，检波电路连接增益调节电路，增益调节电路连接反相器，反相器和第二定向耦合器分别连接功率合成电路，功率合成电路连接放大器。

本发明产生的有益效果是：通过本模块电路设计，即实现了弥补两种传统电路结构的缺点，快速精确的控制信号功率，压缩信号的动态范围的目的。

附图说明

图1为传统前馈型信号压缩电路结构框图；

图2为传统反馈型信号压缩电路结构框图；

图3为本发明信号压缩电路结构框图；

图4为图3中功率合成电路的原理图；

图5为图3中检波电路的原理图；

图6为采用前馈电路结构进行控制的对比结果曲线图；

图7为采用反馈电路结构进行控制的对比结果曲线图；

图8为采用本模块电路结构进行控制的对比结果曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

如图3所示，本发明的移相器采用Mini-Circuits公司的JSPHS-1000移相器实现；两个定向耦合器都采用的是Mini-Circuits公司的ADC-10-4实现；反相器也是由移相器JSPHS-1000实现，相位偏移180度；运算放大器采用的是Texas Instrument公司的OPA847实现。增益调节电路为业内公知的普通电路，在此不再赘述。

如图3所示，输入信号通过定向耦合器分成两路信号，一路信号通过移相器之后，经过另一个定向耦合器，耦合出的信号经过射频检波电路输出控制电压，控制第二路的增益调节电路的增益，直通信号则输入至功率合成电路的一个输入端。另一路信号经过增益调节电路进行信号增益调节，之后经过反相器进行相位反转，输入至功率合成器电路的另一个输入端与前一路信号进行合路，合路之后的信号通过射频放大器进行增益补偿。由于两路信号相位相反，所以合路后能够达到信号对消，防止输出信号过大的目的，压缩了信号的动态范围。

如图4所示，本发明的功率合成电路采用十一个T型微带线、六个弧形微带线和两个带状微带线，其中，T型微带线TEE3的1脚连接该电路的INPUT1输入端，T型微带线TEE3的2脚通过弧形微带线CURVE1连接T型微带线TEE1的3脚，T型微带线TEE3的3脚通过电阻R7连接T型微带线TEE9的2脚，T型微带线TEE9的1脚连接该电路的INPUT2输入端，T型微带线TEE9的3脚通过弧形微带线CURVE4连接T型微带线TEE7的2脚，T型微带线TEE7的1脚连接T型微带线TEE10的1脚，T型微带线TEE10的3脚通过弧形微带线CURVE3连接T型微带线TEE8的2脚，T型微带线TEE10的2脚通过电阻R8连接T型微带线TEE4的3脚，T型微带线TEE4的1脚连接T型微带线TEE1的1脚，T型微带线TEE4的2脚通过弧形微带线CURVE2连接T型微带线TEE2的3脚，T型微带线TEE2的1脚连接T型微带线TEE5的1脚，T型微带线TEE5的1脚通过弧形微带线CURVE5连接带状微带线TL1的一端，T型微带线TEE5的3脚通过电阻R9连接T型微带线TEE11的2脚，T型微带线TEE11的1脚连接T型微带线TEE8的1脚，T型微带线TEE11的3脚通过弧形微带线CURVE6连接带状微带线TL2的一端，带状微带线TL2的另一端连接T型微带线TEE6的2脚，T型微带线TEE6的3脚连接带状微带线TL1的另一端，T型微带线TEE6的1脚为该电路的OUTPUT输出端。

图中INPUT1和INPUT2是功率合成电路的两个输入端，OUTPUT是功率合成电路的输出端。两路信号分别经过T型微带线TEE3和TEE9之后经过弧形微带线CURVE1和弧形微带线CURVE4。再经过T型微带线TEE1和T型微带线TEE7之后，分别输入至T型微带线TEE4和T型微带线TEE10，之后分别经过弧形微带线CURVE2和弧形微带线CURVE3，之后再分别经过T型微带线TEE2和T型微带线TEE8，两路信号分别经过T型微带线TEE5和T型微带线TEE11，之后两路信号分别经过弧形微带线CURVE5和弧形微带线CURVE6，之后两路信号再分别经过带状微带线TL1和带状微带线TL2，最后两路信号通过T型微带线TEE6合成一路信号输出。功率合成器电路中的电阻R7、电阻R8、电阻R9通过T型微带线并联。电阻R7，电阻R8，电阻R9的功能就是隔离在模块电路中传输的两路信号。

如图5所示，本发明的检波电路采用两个运算放大器，分别为第一级运算放大器U1和第二级运算放大器U2，第一级运算放大器的4脚通过电阻R4连接信号输入端，电阻R2两端分别连接第一级运算放大器的4脚和二极管D1的阳极，电阻R1两端分别连接第一级运算放大器的4脚和二极管D2的阴极，并且通过电阻R5连接至第二级运算放大器U2的4脚，同时第二级运算放大器U2的4脚通过电阻R3又连接至第一级运算放大器U1的4脚，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极连接，并且连接至第一级运算放大器的1脚，电阻R6和电容C1并联在第二级运算放大器U2的4脚和1脚，第一级运算放大器U1的6脚和第二级运算放大器U2的6脚分别接+5V电源，第一级运算放大器U1的2脚和第二级运算放大器U2的2脚分别接-5V电源，第一级运算放大器U1的3脚和第二级运算放大器U2的3脚分别接GND端，第二级运算放大器U2的1脚为信号输出端。

检波电路主要由两极运算放大器组成，第一级运算放大器及其外围的电路主要实现了全波的整流和检波，而第二级运算放大器以及电容C1和电阻R6实现了一个低通滤波器，输入射频信号的功率变化进行缓冲。

如图6、图7和图8所示，图中横轴表示时间time，单位为纳秒nsec，纵轴表示功率，单位为dBm，实线是实际的输出功率PIFout，而虚线代表输入功率Pinput，具体说明如下：

图6、图7和图8分别为采用前馈电路结构、反馈电路结构和本发明电路结构进行控制的结果图，图中实线为实际输出的信号功率，虚线为输入信号的功率，目标输出功率为10dBm，m1点是输出功率稳定点，time表示的是输出功率达到稳定时所用的时间。

如图6所示，m1点稳定时间time=130nsec，而输出功率PIFout=11.161，与目标输出功率的偏差为1.161。图7中m1点稳定时间time=190nsec，而输出功率PIFout=9.919，与目标输出功率的偏差是0.081。图8中m1点稳定时间time=140nsec，而输出功率PIFout=9.988，与目标输出功率的偏差为0.012。从这三个图可以得出，输出功率达到稳定所需的时间图6最短，图7最长，而图8则稍逊于图6，但是在控制精度方面上，图8控制所能达到的精度最高，图7的控制精度最低。

由此可见，本模块电路达到了弥补两种传统电路结构的缺点，快速精确的控制信号功率，压缩信号的动态范围的目的。

Claims (2)

1.一种压缩射频信号动态范围的模块电路，其特征在于：该模块电路包括两个定向耦合器，分别为第一定向耦合器和第二定向耦合器，还包括移相器、检波电路、增益调节电路、反相器、功率合成电路和放大器，所述的第一定向耦合器连接模块电路的输入端，同时分别连接移相器和增益调节电路，移相器连接第二定向耦合器，第二定向耦合器连接检波电路，检波电路连接增益调节电路，增益调节电路连接反相器，反相器和第二定向耦合器分别连接功率合成电路，功率合成电路连接放大器；

功率合成电路采用十一个T型微带线、六个弧形微带线和两个带状微带线，其中，T型微带线TEE3的1脚连接功率合成电路的INPUT1输入端，T型微带线TEE3的2脚通过弧形微带线CURVE1连接T型微带线TEE1的3脚，T型微带线TEE3的3脚通过电阻R7连接T型微带线TEE9的2脚，T型微带线TEE9的1脚连接功率合成电路的INPUT2输入端，T型微带线TEE9的3脚通过弧形微带线CURVE4连接T型微带线TEE7的2脚，T型微带线TEE7的1脚连接T型微带线TEE10的1脚，T型微带线TEE10的3脚通过弧形微带线CURVE3连接T型微带线TEE8的2脚，T型微带线TEE10的2脚通过电阻R8连接T型微带线TEE4的3脚，T型微带线TEE4的1脚连接T型微带线TEE1的1脚，T型微带线TEE4的2脚通过弧形微带线CURVE2连接T型微带线TEE2的3脚，T型微带线TEE2的1脚连接T型微带线TEE5的1脚，T型微带线TEE5的2脚通过弧形微带线CURVE5连接带状微带线TL1的一端，T型微带线TEE5的3脚通过电阻R9连接T型微带线TEE11的2脚，T型微带线TEE11的1脚连接T型微带线TEE8的1脚，T型微带线TEE11的3脚通过弧形微带线CURVE6连接带状微带线TL2的一端，带状微带线TL2的另一端连接T型微带线TEE6的2脚，T型微带线TEE6的3脚连接带状微带线TL1的另一端，T型微带线TEE6的1脚为功率合成电路的OUTPUT输出端。

2.根据权利要求1所述的一种压缩射频信号动态范围的模块电路，其特征在于：检波电路采用两个运算放大器，分别为第一级运算放大器U1和第二级运算放大器U2，第一级运算放大器的4脚通过电阻R4连接信号输入端，电阻R2两端分别连接第一级运算放大器U1的4脚和二极管D1的阳极，电阻R1的一端连接第一级运算放大器U1的4脚，电阻R1的另一端与二极管D2的阴极以及电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端连接第二级运算放大器U2的4脚，同时第二级运算放大器U2的4脚通过电阻R3又连接至第一级运算放大器U1的4脚，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极连接，并且连接至第一级运算放大器U1的1脚，电阻R6和电容C1并联在第二级运算放大器U2的4脚和1脚，第一级运算放大器U1的6脚和第二级运算放大器U2的6脚分别接+5V电源，第一级运算放大器U1的2脚和第二级运算放大器U2的2脚分别接-5V电源，第一级运算放大器U1的3脚和第二级运算放大器U2的3脚分别接GND端，第二级运算放大器U2的1脚为信号输出端。