CN104485901A - S波段自主切换双向功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种S波段自主切换双向功率放大器，属于电路技术领域。本发明采用特定的放大芯片实现S波段放大，采用特殊的控制方式，并采用自动监测电路对收发进行实时控制，实现了一种结构简单、能够完成自主切换的S波段双向功率放大器。其中的发射通路采用了两片功放芯片实现双路合成，提高了发射功率，极大地增加了信号的传输距离；接收通路采用了内置限幅器的低噪放芯片，其噪声低、增益高、抗毁性能强的特性显著提高了接收灵敏度，平衡了收发性能；遵从了均衡对称的设计原则，对双路功放采用了一致的偏置电路以及滤波电路，缩短了切换时间，降低了接收噪声系数。

Description

S波段自主切换双向功率放大器
技术领域
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种S波段自主切换双向功率放大器。
背景技术
目前在应用于时分双工收发系统的射频前端都配置了外控制电路，其一般都是通过手动外加不同的电平实现切换，虽然这种方案在设备的可靠性能上和远距离通讯方面具有很大的优势，但是同样带来了一系列的问题。一方面增加了设备的复杂度、降低了通信质量，另一方增加了通讯链路的成本。
如何考虑实际的战场实际状况，设计一种结构简单的双向功率放大器，能够完成自主切换，并提高了接收灵敏度、降低成本，实现半双工模式下的远距离无线传输，成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种结构简单的双向功率放大器，能够完成自主切换。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种S波段自主切换双向功率放大器，所述功率放大器用于与收发信机连接，在所述收发信机处于发射状态时，实现功率放大，并与收发信机一起实现发送信号，并在所述收发信机处于接收状态时，实现自主切换，进行功率放大后，与收发信机一起实现接收信号；所述包括接收通道2、发射通道3、监测电路4和自主开关切换电路5；
所述接收通道2包括相互连接的低噪放芯片201和接收滤波器202，所述接收滤波器202位于低噪放芯片201前段；
所述发射通道3包括相互连接的宽带功率放大芯片301和发射滤波器302，所述发射滤波器302位于所述宽带功率放大芯片301后段；
所述自主开关切换电路5包括电平转换电路501和射频开关502；
当收发信机处在发射状态时，所述监测电路4用于将发射模拟信号耦合，检测输出电压控制信号给电平转换电路501，此时所述电平转换电路501用于产生开关切换信号控制射频开关502，使射频开关502处于发射状态，从而使发射通道3工作，接收通道2不工作；当收发信机处在接收状态时，所述监测电路4无耦合信号输出，此时所述电平转换电路501用于切换射频开关502，使射频开关502处于接收状态，从而使接收通道2处于接收状态，发射通道3不工作。
优选地，所述宽带功率放大芯片301为并联的两片，其后通过一合成器进行信号合成。
优选地，所述射频开关502包括设于接收滤波器202前段、发射滤波器302后段的第一射频开关与设于宽带功率放大芯片301前段、低噪放芯片201后段的第二射频开关，所述功率放大器还包括与所述第一射频开关502连接的过电压式防击穿电路6，用于在过电压出现时实现瞬间短路，并在微秒级时间内实现自动恢复。
优选地，所述低噪放芯片201采用WHM1045LE芯片，所述宽带功率放大芯片301采用TGA2576-FL芯片。
优选地，在所述接收滤波器202前段还连接有偏置电路，所述低噪放芯片201内置有限幅器。
优选地，所述限幅器由两个二极管反向并联组成。
优选地，在所述宽带功率放大芯片301和发射滤波器302之间设有与所述接收滤波器202前段相同的偏置电路，且所述发射滤波器302与所述接收滤波器202为相同的滤波器。
(三)有益效果
本发明采用特定的放大芯片实现S波段放大，采用特殊的控制方式，并采用自动监测电路对收发进行实时控制，实现了一种结构简单、能够完成自主切换的S波段双向功率放大器。其中的发射通路采用了两片功放芯片实现双路合成，提高了发射功率，极大地增加了信号的传输距离；接收通路采用了内置限幅器的低噪放芯片，其噪声低、增益高、抗毁性能强的特性显著提高了接收灵敏度，平衡了收发性能；遵从了均衡对称的设计原则，对双路功放采用了一致的偏置电路以及滤波电路，缩短了切换时间，降低了接收噪声系数。
附图说明
图1为本发明的一种应用场景示意图；
图2为本发明的总体结构框图；
图3为本发明的电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供了一种S波段自主切换双向功率放大器，主要应用于扩大单一节点通信覆盖范围，同时与收发信机一起实现双向收发，并直接应用于与特种网络兼容的无线通信系统中(其应用场景如图1所示)。如图1、图2所示，本发明的功率放大器在工作时，所述功率放大器1与收发信机交联，在天线端口安装相对应的系统天线，在所述收发信机处于发射状态时，实现功率放大，并与收发信机一起实现信号发送，并在所述收发信机处于接收状态时，实现自主切换，进行功率放大后，与收发信机一起实现接收信号；所述包括接收通道2、发射通道3、监测电路4和自主开关切换电路5；
如图3所示，所述接收通道2包括相互连接的低噪放芯片201和接收滤波器202，所述接收滤波器202位于低噪放芯片201前段；
所述发射通道3包括相互连接的宽带功率放大芯片301和发射滤波器302，所述发射滤波器302位于所述宽带功率放大芯片301后段；
所述自主开关切换电路5包括电平转换电路501和射频开关502；
当收发信机处在发射状态时，所述监测电路4用于将发射模拟信号耦合，检测输出电压控制信号给电平转换电路501，此时所述电平转换电路501用于产生开关切换信号控制射频开关502，使射频开关502处于发射状态，从而使发射通道3工作，接收通道2不工作；当收发信机处在接收状态时，所述监测电路4无耦合信号输出，此时所述电平转换电路501用于切换射频开关502，使射频开关502处于接收状态，从而使接收通道2处于接收状态，发射通道3不工作。图3中，监测电路4中，DET表示检测模块，其下方的三角形表示运算放大器，输出端的三角形表示耦合器。
所述宽带功率放大芯片301为并联的两片，其后通过一合成器进行信号合成。
所述射频开关502包括设于接收滤波器202前段、发射滤波器302后段的第一射频开关与设于宽带功率放大芯片301前段、低噪放芯片201后段的第二射频开关，所述功率放大器还包括与所述第一射频开关502连接的过电压式防击穿电路6，在系统地线接触良好的前提下，直流额定电压输出28V，但当雷击出现时,会产生数十倍的高压,往往使接收通道2、发射通道3器件击穿失效，因此在其输出端接过电压式防击穿电路6。当过电压出现时过电压式防击穿电路6实现瞬间短路，并在微秒级时间内自动恢复，并且有稳压保护功能，对防雷击也有效果。
所述低噪放芯片201采用WHM1045LE芯片，所述宽带功率放大芯片301采用TGA2576-FL芯片，不仅能实现对S波段信号的放大，而且减小了整个功率放大器的成本及尺寸。
在所述接收滤波器202前段还连接有偏置电路，所述低噪放芯片201内置有限幅器。所述限幅器由两个二极管反向并联组成。
在所述宽带功率放大芯片301和发射滤波器302之间设有与所述接收滤波器202前段相同的偏置电路，且所述发射滤波器302与所述接收滤波器202为相同的滤波器。
本发明在设计自主切换时，利用了一种特殊的控制方式，。降低了控制电路复杂度，减少了对外连接器端口数量。同时由于这种技术的应用，在保证通信质量前提下，满足了特种环境下网络通信临时性增程通信的需求，兼容S频段多种节点收发特性。
本发明的工作波段为S波段，尺寸为140mm×60mm×30mm，重量400±5g(相对于现有的同样工作于时分双工收发系统的射频前端的控制电路来说尺寸有所减小，重量有所降低)，实验表明，其中心工作频率约为4.25GHz，带宽约为3.5GHz(现有的控制电路的带宽为400M)，发射增益≥26dB，接收增益≥15dB，接收噪声系数＜2.2dB，输入端最小输入功率门限＜-10dBm，具有直流馈电功能、防雷击穿保护功能、收发指示功能。
可以看出，本发明采用特定的放大芯片实现S波段放大，采用特殊的控制方式，并采用自动监测电路对收发进行实时控制，实现了一种结构简单、能够完成自主切换的S波段双向功率放大器。上述特殊控制方式摆脱了传统收发功放需要额外增加一路控制信号的限制，降低了电路复杂度，减少了对外连接器端口数量，同时由于这种技术的应用，在保证了通信质量前提下，满足了特种环境下网络通信临时性增程通信的需求，兼容S频段多种节点收发特性。其中的发射通路采用了两片功放芯片实现双路合成，提高了发射功率，极大地增加了信号的传输距离；接收通路采用了内置限幅器的低噪放芯片，其噪声低、增益高、抗毁性能强的特性显著提高了接收灵敏度，平衡了收发性能；遵从了均衡对称的设计原则，对双路功放采用了一致的偏置电路以及滤波电路，缩短了切换时间，降低了接收噪声系数。需要说明的是，虽然本发明相对于现有手工切换的电路来说，可靠性有所降低，但其可靠性能够满足通信需求，并且带来了额外的许多好处。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种S波段自主切换双向功率放大器，其特征在于，所述功率放大器用于与收发信机连接，在所述收发信机处于发射状态时，实现功率放大，并与收发信机一起实现发送信号，并在所述收发信机处于接收状态时，实现自主切换，进行功率放大后，与收发信机一起实现接收信号；所述包括接收通道(2)、发射通道(3)、监测电路(4)和自主开关切换电路(5)；
所述接收通道(2)包括相互连接的低噪放芯片(201)和接收滤波器(202)，所述接收滤波器(202)位于低噪放芯片(201)前段；
所述发射通道(3)包括相互连接的宽带功率放大芯片(301)和发射滤波器(302)，所述发射滤波器(302)位于所述宽带功率放大芯片(301)后段；
所述自主开关切换电路(5)包括电平转换电路(501)和射频开关(502)；
当收发信机处在发射状态时，所述监测电路(4)用于将发射模拟信号耦合，检测输出电压控制信号给电平转换电路(501)，此时所述电平转换电路(501)用于产生开关切换信号控制射频开关(502)，使射频开关(502)处于发射状态，从而使发射通道(3)工作，接收通道(2)不工作；当收发信机处在接收状态时，所述监测电路(4)无耦合信号输出，此时所述电平转换电路(501)用于切换射频开关(502)，使射频开关(502)处于接收状态，从而使接收通道(2)处于接收状态，发射通道(3)不工作。
2.如权利要求1所述的S波段自主切换双向功率放大器，其特征在于，所述宽带功率放大芯片(301)为并联的两片，其后通过一合成器进行信号合成。
3.如权利要求1所述的S波段自主切换双向功率放大器，其特征在于，所述射频开关(502)包括设于接收滤波器(202)前段、发射滤波器(302)后段的第一射频开关，与设于宽带功率放大芯片(301)前段、低噪放芯片(201)后段的第二射频开关，所述功率放大器还包括与所述第一射频开关(502)连接的过电压式防击穿电路(6)，用于在过电压出现时实现瞬间短路，并在微秒级时间内实现自动恢复。
4.如权利要求1所述的S波段自主切换双向功率放大器，其特征在于，所述低噪放芯片(201)采用WHM1045LE芯片，所述宽带功率放大芯片(301)采用TGA2576-FL芯片。
5.如权利要求1所述的S波段自主切换双向功率放大器，其特征在于，在所述接收滤波器(202)前段还连接有偏置电路，所述低噪放芯片(201)内置有限幅器。
6.如权利要求5所述的S波段自主切换双向功率放大器，其特征在于，所述限幅器由两个二极管反向并联组成。
7.如权利要求6中任一项所述的S波段自主切换双向功率放大器，其特征在于，在所述宽带功率放大芯片(301)和发射滤波器(302)之间设有与所述接收滤波器(202)前段相同的偏置电路，且所述发射滤波器(302)与所述接收滤波器(202)为相同的滤波器。
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