CN106330247A - 一种功率放大电路及功率放大盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率放大电路及功率放大盒，其中，耦合器耦合功率放大电路的第一射频接口的端口信号，并输出耦合信号；检波器对耦合信号进行处理，输出与耦合信号的功率相对应的直流检波信号；比较器将所述直流检波信号与基准信号进行比较，输出两路互补的脉冲开关控制信号，分别控制第一切换开关和第二切换开关的开关状态，来启动接收通道或发射通道，使功率放大电路通过第二射频接口接收射频信号或发送射频信号。本发明具有双向收发功能，将射频发射和射频接收集为一体，具备放大精度高、结构简单、使用方便等优点，可作为2.412G～2.462G频段范围内放大器，可对5～28dBm信号进行放大。

Description

一种功率放大电路及功率放大盒

技术领域

本发明涉及功率放大领域，尤其是一种具有双向收发功能的功率放大电路及功率放大盒。

背景技术

射频功率放大器（RF PA）是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。另外，目前国内市场上存在的针对2.412G～2.462GHz的小尺寸的功率放大器，存在放大增益不够、输出功率不够、接收增益不足、数据传输不稳定等问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种具有双向收发功能的功率放大电路及功率放大盒，将射频发射和射频接收集为一体，本发明具备放大精度高、结构简单、使用方便等优点。

发明采用的技术方案如下：一种功率放大电路，至少包括：耦合器、检波器、比较器、接收通道、发射通道、第一切换开关和第二切换开关。

所述耦合器耦合功率放大电路的第一射频接口的端口信号，并输出耦合信号。

所述检波器对耦合信号进行处理，输出与耦合信号的功率相对应的直流检波信号。

所述比较器将所述直流检波信号与基准信号进行比较，输出两路互补的脉冲开关控制信号，分别控制第一切换开关和第二切换开关的开关状态，来启动接收通道或发射通道，使功率放大电路通过第二射频接口接收射频信号或发送射频信号。

基于上述实施例，进一步的， 所述比较器将所述直流检波信号与基准信号进行比较：当所述直流检波信号的电压值小于基准信号的电压值时，控制第一切换开关和第二切换开关置于接收通道，功率放大电路进入信号接收状态；当所述直流检波信号的电压值大于基准信号的电压值时，控制第一切换开关和第二切换开关置于发射通道，功率放大电路进入信号发射状态。

基于上述实施例，进一步的，所述耦合器的输入端与功率放大电路的第一射频接口连接，所述耦合器的耦合端与检波器的输入端连接，耦合器的通过耦合端耦合功率放大电路的第一射频接口的端口信号，所述耦合器的输出端与通道切换开关的公共端RFC连接。

基于上述实施例，进一步的，所述第一切换开关的第一射频端通过接收通道与第二切换开关的第一射频端连接，其第二射频端通过发射通道与第二切换开关的第二射频端连接。

所述比较器的第一输入端与检波器的输出端连接，其第二输入端与基准电压源连接，其第一输出端分别与第一切换开关的第一控制端和第二切换开关的第二控制端连接，其第二输出端分别与第一切换开关的第二控制端和第一切换开关的第一控制端连接。

基于上述实施例，进一步的，所述接收通道为低噪声放大通道，包括带通滤波器和多级低噪声放大器，所述带通滤波器的输入端与功率放大电路的第二射频接口连接，对第二射频接口所接收的射频信号进行滤波处理；所述带通滤波器的输出端与多级低噪声放大器的输入端连接，多级低噪声放大器对射频信号进行级联放大。

基于上述实施例，进一步的，所述发射通道为功率放大通道，包括功率放大器和程控增益放大器，所述功率放大器的输入端通过第一切换开关与功率放大电路的第一射频接口连接，功率放大器对功率放大电路的第一射频接口的待发射射频信号进行放大处理；所述程控增益放大器的输入端与功率放大器的输出端连接，所述程控增益放大器的输入端还通过第一调整控制器与比较器的输出端连接，功率放大电路所述程控增益放大器的输出端通过第二切换开关与功率放大电路的第二射频接口连接，程控增益放大器对待发射射频信号进行放大处理，并控制发射增益。

基于上述实施例，进一步的，本发明还包括降压电源模块，所述降压电源模块包括第一滤波器、第二滤波器、第一驱动器、降压转换器、整流稳压器、第二调整控制器和电压补偿器。

其中，所述第一滤波器的输入端与功率放大电路的电源输入接口连接，第一滤波器的输出端与第一驱动器的输入端和降压转换器的电源输入端连接，第一驱动器的输出端与降压转换器的使能端连接，降压转换器的转换输出端通过整流稳压器与第一电源输出端连接，所述第一电源输出端与检波器、比较器、接收通道和发射通道的电源端连接，所述降压转换器的转换输出端还通过整流稳压器和第二滤波器与第二调整控制器的输入端连接，第二调整控制器的输出端与降压转换器的反馈端连接，所述降压转换器的补偿端与电压补偿器连接，所述降压转换器的自举端通过自举电容与降压转换器的转换输出端连接。

基于上述实施例，进一步的，本发明还包括升压电源模块，所述升压电源模块包括第二驱动器、升压转换器、稳压器、第三调整控制器、第三滤波器和隔直电感器。

其中，所述升压转换器的输入端与功率放大电路的电源输入接口连接，升压转换器的使能端通过第二驱动器与功率放大电路的电源输入接口连接，升压转换器的转换输出端通过稳压器和第三滤波器与第二电源输出端连接，所述第二电源输出端与程控增益放大器的电源端连接，升压转换器的转换输出端还通过稳压器与第三调整控制器的输入端连接，第三调整控制器的输出端与升压转换器的反馈端连接，升压转换器的输入端通过隔直电感器与升压转换器的转换输出端连接。

本发明还提出了一种功率放大盒，包括壳体和设置在壳体内部的上述任一实施例所述的功率放大电路，所述壳体上设置有第一射频接口、第二射频接口和电源输入接口。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过耦合器采集功率放大电路的第一射频接口处的耦合信号，在通过检波器对该耦合信号进行处理。本发明通过比较器将直流检波信号与基准信号进行比较分析，输出两路互补的脉冲开关控制信号，分别控制第一切换开关和第二切换开关的开关状态，来启动接收通道或发射通道，使功率放大电路通过第二射频接口接收射频信号或发送射频信号。本发明具备放大精度高、结构简单、体积小、重量轻、使用方便等优点。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明功率放大电路的结构框图之一。

图2为本发明功率放大电路的结构框图之二。

图3为本发明功率放大电路的电路图一。

图4为本发明功率放大电路的电路图二。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，本发明描述了一种功率放大电路，至少包括耦合器、检波器、比较器、接收通道、发射通道第一切换开关和第二切换开关。所述耦合器耦合功率放大电路的第一射频接口的端口信号，并输出耦合信号。所述检波器对耦合信号进行处理，输出与耦合信号的功率相对应的直流检波信号。所述比较器将所述直流检波信号与基准信号进行比较，输出两路互补的脉冲开关控制信号，分别控制第一切换开关和第二切换开关的开关状态，来启动接收通道或发射通道，使功率放大电路通过第二射频接口接收射频信号或发送射频信号，所述第二射频接口一般用于连接收发天线。

进一步的，所述比较器将所述直流检波信号与基准信号进行比较：当所述直流检波信号的电压值小于基准信号的电压值时，控制第一切换开关和第二切换开关置于接收通道，功率放大电路进入信号接收状态；当所述直流检波信号的电压值大于基准信号的电压值时，控制第一切换开关和第二切换开关置于发射通道，功率放大电路进入信号发射状态。

本发明中，比较器U102是将检波器输出的直流检波信号的幅度与基准信号比较，并输出两列互补的脉冲开关控制信号，即第一开关控制信号RF_PA_on和第二开关控制信号RF_LNA_on，用于使能控制第一切换开关和第二切换开关的切换状态。一般的，要求比较器输出上升沿和下降沿时间小于100ns，比较器可选用LT1711芯片。

进一步的，本发明功率放大电路可采用定向耦合器，将微波信号按一定的比例进行功率分配。定向耦合器采用平行耦合的结构，用于检测输入功率。本发明耦合器的主线输入端与功率放大电路的第一射频接口连接，耦合器的通过耦合端耦合功率放大电路的第一射频接口的端口信号，如图3所示，耦合器的主线输出端通过隔直电容C145与第一切换开关的公共端RFC连接，耦合器的副线耦合端通过隔离电容C122与检波器U103的输入端连接，向检波器输入耦合信号，所述耦合器的副线隔离端通过隔离电阻R118与地对接。

本发明功率放大电路的检波器对输入耦合信号实现包络检波，输出信号包络。检波器输出的直流检波信号为脉冲信号，且直流检波信号的脉冲幅度与输入耦合信号的功率成正比。一般的，检波器可选用LT5534芯片。

如图2所示，进一步的，所述第一切换开关U104的第一射频端RF2通过接收通道与第二切换开关U107的第一射频端RF1连接，所述第一切换开关U104的第二射频端RF1通过发射通道与第二切换开关U107的第二射频端RF2连接。

进一步的，所述接收通道为低噪声放大通道，包括带通滤波器U108和至少两级低噪声放大器U110和U111，所述带通滤波器的输入端通过隔直电容C134与第二切换开关U107的第一射频端RF1，第二切换开关U107的公共端RFC通过隔直电容C126与功率放大电路的第二射频接口连接，对第二射频接口所接收的射频信号进行滤波处理；所述带通滤波器的输出端通过隔直电容C128和隔离电感L106与低噪声放大器U111的输入端连接，低噪声放大器U111的输出端通过隔直电容C127和隔离电感L105与低噪声放大器U110的输入端连接，低噪声放大器U110的输出端通过隔直电容C125与第一切换开关U104的第一射频端RF2连接，多级低噪声放大器U110和U111对射频信号进行级联放大。

功率放大电路在无信号输入或输入悬空时均工作在接收状态。处于接收状态时，信号从第二射频接口进入第二切换开关，再进入到接收通道，首先通过带通滤波器实现对所接收的天线信号进行滤波，再通过至少两级的低噪声放大器后输出到第一切换开关，最后输出到第一射频接口。

带通滤波器可选用BPF_dea252450bt芯片，低噪声放大器可选用SKY-65405-21芯片。接收通道中采用至少两级低噪声放大，在接收使能的状态下，最大增益可达24Db，放大链路通过2.4GHz中频100MHz带宽的带通滤波器以及噪声抑制电路实现降低接收噪声系数。

进一步的，所述发射通道为功率放大通道，包括功率放大器U1和程控增益放大器U105，所述功率放大器U1的输入端通过隔直电容C138与第一切换开关U104的第二射频端RF1连接，功率放大器U1的输出端通过隔直电容C3和隔直电容C119与程控增益放大器U105的输入端连接，功率放大器U1对功率放大电路的第一射频接口的待发射射频信号进行放大处理；所述程控增益放大器的输入端还通过第一调整控制器与比较器的输出端连接，接收第一开关控制信号RF_PA_on，所述程控增益放大器U105的输出端通过隔直电容C120与第二切换开关U107的第二射频端RF2连接，程控增益放大器U105对待发射射频信号进行放大处理，并控制发射增益。

如图4所示，所述第一调整控制器包括分压电阻R109、分压电阻R110、滤波电容C118和限流电阻R1，所述比较器的第一输出端通过分压电阻R109和分压电阻R110与地对接，所述分压电阻R109和分压电阻R110之间通过滤波电容C118与地对接，还通过限流电阻R1与程控增益放大器U105的输入端连接。本发明可通过改变分压电阻R109和分压电阻R110的阻值来改变程控增益放大器U105的增益，当分压电阻R109和分压电阻R110之间的电压增大时，程控增益放大器的发射增益增大，当分压电阻R109和分压电阻R110之间的电压减小时，程控增益放大器的发射增益减小。

发射状态时，信号通过第一切换开关后，进入功率放大器和程控增益放大器，再通过第二切换开关将信号从第二射频接口输出，通过收发天线将信号发射出去。

进一步的，所述比较器的第一输入端与检波器的输出端连接，其第二输入端与基准电压源连接，比较器的第一输出端分别与第一切换开关的第一控制端和第二切换开关的第二控制端连接，比较器的第一输出端输出第一开关控制信号RF_PA_on控制第一切换开关和第二切换开关连通发射通道。

比较器的第二输出端分别与第一切换开关的第二控制端和第一切换开关的第一控制端连接，比较器的第二输出端输出第二开关控制信号RF_LNA_on控制第一切换开关和第二切换开关连通接收通道。

其中功率放大器一般可采用5V供电，程控增益放大器可采用24V供电，程控增益放大器可通过改变栅极电压达到控制增益的目的。功率放大器可选用SKY65162-70LF作为第一级放大器，将输入信号放大至最大1W等级，程控增益放大器可选用BLP7G22-10作为第二级放大器，将第一级放大器输出信号放大至最大10W，第二级放大器可通过调整放大器栅极电压实现输出功率的控制。

进一步的，本发明还包括降压电源模块，所述降压电源模块包括第一滤波器、第二滤波器、第一驱动器、降压转换器、整流稳压器、第二调整控制器和电压补偿器。

其中，所述第一滤波器的输入端与功率放大电路的电源输入接口连接，第一滤波器的输出端与第一驱动器的输入端和降压转换器的电源输入端连接，第一驱动器的输出端与降压转换器的使能端连接，降压转换器的转换输出端通过整流稳压器与第一电源输出端连接，所述第一电源输出端与检波器、比较器、接收通道和发射通道的电源端连接，所述降压转换器的转换输出端还通过整流稳压器和第二滤波器与第二调整控制器的输入端连接，第二调整控制器的输出端与降压转换器的反馈端连接，所述降压转换器的补偿端与电压补偿器连接，所述降压转换器的自举端通过自举电容与降压转换器的转换输出端连接。

进一步的，本发明还包括升压电源模块，所述升压电源模块包括第二驱动器、升压转换器、稳压器、第三调整控制器、第三滤波器和隔直电感器。

其中，所述升压转换器的输入端与功率放大电路的电源输入接口连接，升压转换器的使能端通过第二驱动器与功率放大电路的电源输入接口连接，升压转换器的转换输出端通过稳压器和第三滤波器与第二电源输出端连接，所述第二电源输出端与程控增益放大器的电源端连接，升压转换器的转换输出端还通过稳压器与第三调整控制器的输入端连接，第三调整控制器的输出端与升压转换器的反馈端连接，升压转换器的输入端通过隔直电感器与升压转换器的转换输出端连接。

本发明功率放大电路的电源电路分为升压电源模块和降压电源模块两部分，降压电源模块一般将+12V通过DC-DC变换转化为+5V，可通过改变由分压电阻R100和R104组成的第二调整控制器实现对输出电压的调整；升压电源模块一般是将+12V通过DC-DC变换转换为+24V，可通过改变由分压电阻R120和R103组成的第三调整控制器实现对输出电压的调整。

本发明是一种可针对2.412G～2.462G频段范围内专用的功率放大电路，其具有双向收发功能，可对5～28dBm范围内信号进行放大，输出信号功率可达到40dBm。发射状态下，能实现5～28dBm输入信号的放大，当28dBm输入时，输出功率不低于37dBm,发射增益可达20dBm；接收状态下，能承受38dBm输入信号，接收增益可达24dB。

本发明采用AGC自动增益控制技术和ALC功率控制技术，保证功率放大电路发射增益在20dB，当输出功率大于37dBm后，开始压缩输出功率，最大不超过40dBm，其一保证了具有较大的输出功率，其二保证了防止功率放大器因输出功率过大而损坏。本发明采用TDD时分双工技术具有更高的频谱利用率，在50MHz带宽内可分为11个通道，实现跳频传输，使数据传输系统更加安全。本发明采用TDD时分双工技术，有效提高了频谱利用率，提高了数据传输的稳定性。

本发明采用了AGC自动增益控制技术、ALC功率控制技术和TDD技术，有效保证了功率放大芯片的正常工作。在不添加输出天线的情况下，也能长时间正常工作，确保放大盒功率器件不损坏。而同比与国内外产品，在不添加天线情况下，极易损坏功率器件而导致放大盒不能工作。

本发明还提出一种功率放大盒，包括壳体和设置在壳体内部的上述功率放大电路，所述壳体上设置有第一射频接口、第二射频接口和电源输入接口。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种功率放大电路，其特征在于，至少包括：耦合器、检波器、比较器、接收通道、发射通道、第一切换开关和第二切换开关；

所述耦合器耦合功率放大电路的第一射频接口的端口信号，并输出耦合信号；

所述检波器对耦合信号进行处理，输出与耦合信号的功率相对应的直流检波信号；

所述比较器将所述直流检波信号与基准信号进行比较，输出两路互补的脉冲开关控制信号，分别控制第一切换开关和第二切换开关的开关状态，来启动接收通道或发射通道，使功率放大电路通过第二射频接口接收射频信号或发送射频信号。

2. 基于权利要求1所述的一种功率放大电路，其特征在于： 所述比较器将所述直流检波信号与基准信号进行比较；

当所述直流检波信号的电压值小于基准信号的电压值时，控制第一切换开关和第二切换开关置于接收通道，功率放大电路进入信号接收状态；

当所述直流检波信号的电压值大于基准信号的电压值时，控制第一切换开关和第二切换开关置于发射通道，功率放大电路进入信号发射状态。

3.基于权利要求1所述的一种功率放大电路，其特征在于：所述耦合器的输入端与功率放大电路的第一射频接口连接，所述耦合器的耦合端与检波器的输入端连接，耦合器的通过耦合端耦合功率放大电路的第一射频接口的端口信号，所述耦合器的输出端与第一切换开关的公共端RFC连接。

4.基于权利要求1所述的一种功率放大电路，其特征在于：所述第一切换开关的第一射频端通过接收通道与第二切换开关的第一射频端连接，其第二射频端通过发射通道与第二切换开关的第二射频端连接；

所述比较器的第一输入端与检波器的输出端连接，其第二输入端与基准电压源连接，其第一输出端分别与第一切换开关的第一控制端和第二切换开关的第二控制端连接，其第二输出端分别与第一切换开关的第二控制端和第一切换开关的第一控制端连接。

5.基于权利要求1所述的一种功率放大电路，其特征在于：所述接收通道为低噪声放大通道，包括带通滤波器和多级低噪声放大器，所述带通滤波器的输入端与功率放大电路的第二射频接口连接，对第二射频接口所接收的射频信号进行滤波处理；所述带通滤波器的输出端与多级低噪声放大器的输入端连接，多级低噪声放大器对射频信号进行级联放大。

6.基于权利要求1所述的一种功率放大电路，其特征在于：所述发射通道为功率放大通道，包括功率放大器和程控增益放大器，所述功率放大器的输入端通过第一切换开关与功率放大电路的第一射频接口连接，功率放大器对功率放大电路的第一射频接口的待发射射频信号进行放大处理；所述程控增益放大器的输入端与功率放大器的输出端连接，所述程控增益放大器的输入端还通过第一调整控制器与比较器的输出端连接，功率放大电路所述程控增益放大器的输出端通过第二切换开关与功率放大电路的第二射频接口连接，程控增益放大器对待发射射频信号进行放大处理，并控制发射增益。

7.基于权利要求1所述的一种功率放大电路，其特征在于：还包括降压电源模块，所述降压电源模块包括第一滤波器、第二滤波器、第一驱动器、降压转换器、整流稳压器、第二调整控制器和电压补偿器；

其中，所述第一滤波器的输入端与功率放大电路的电源输入接口连接，第一滤波器的输出端与第一驱动器的输入端和降压转换器的电源输入端连接，第一驱动器的输出端与降压转换器的使能端连接，降压转换器的转换输出端通过整流稳压器与第一电源输出端连接，所述第一电源输出端与检波器、比较器、接收通道和发射通道的电源端连接，所述降压转换器的转换输出端还通过整流稳压器和第二滤波器与第二调整控制器的输入端连接，第二调整控制器的输出端与降压转换器的反馈端连接，所述降压转换器的补偿端与电压补偿器连接，所述降压转换器的自举端通过自举电容与降压转换器的转换输出端连接。

8.基于权利要求6所述的一种功率放大电路，其特征在于：还包括升压电源模块，所述升压电源模块包括第二驱动器、升压转换器、稳压器、第三调整控制器、第三滤波器和隔直电感器；

其中，所述升压转换器的输入端与功率放大电路的电源输入接口连接，升压转换器的使能端通过第二驱动器与功率放大电路的电源输入接口连接，升压转换器的转换输出端通过稳压器和第三滤波器与第二电源输出端连接，所述第二电源输出端与程控增益放大器的电源端连接，升压转换器的转换输出端还通过稳压器与第三调整控制器的输入端连接，第三调整控制器的输出端与升压转换器的反馈端连接，升压转换器的输入端通过隔直电感器与升压转换器的转换输出端连接。

9.一种功率放大盒，其特征在于：包括壳体和设置在壳体内部的如权利要求1~8任一项所述的功率放大电路，所述壳体上设置有第一射频接口、第二射频接口和电源输入接口。