CN107733379B - 射频放大器输出端失配检测电路及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频放大器输出端失配检测电路，包括：定向耦合器其第一工作端连接功放输出端，其第二工作端连接天线端，其耦合端连接系统阻抗，其隔离端连接系统阻抗和第二检波器输入端；第一检波器输入端连接功放输入端和系统阻抗，其输出端连接第一比较器正输入端，第一比较器负输入端通过第一恒压电源内部电路接地；第二检波器输出端连接第二比较器正输入端，第二比较器负输入端通过第二恒压电源内部电路接地；第一和第二检波器输出端均连接失配判断装置输入端。本发明还公开了一种射频放大器输出端失配检测方法。本发明的检测电路和检测方法能实时检测射频放大器输出端是否存在失配,判定射频功放安全工作的范围，保护射频放大器。

Description

射频放大器输出端失配检测电路及其检测方法
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别是涉及一种射频放大器输出端(天线端)的失配检测电路。本发明还涉及一种射频放大器输出端的失配检测方法，以及一种射频放大器保护电路。
背景技术
根据射频天线理论设计，射频前端的输入输出阻抗应均为50Ω。但在实际应用当中，任何由周围环境变化所引起的因素，都会改变射频前端的输入输出阻抗，尤其是发射机或者射频功率放大器的输出阻抗，会显著地偏离50Ω。射频放大器的各项指标，诸如增益、功耗、线性度等等，一般都是按理论假设阻抗为50Ω的情况下设计的，这会造成射频放大器实际工作性能与理论性能存在偏差。
特别是当射频功率放大器的输出端(天线端)的阻抗严重偏离50Ω的时候，驻波比VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)数值非常高；如果VSWR非常高时，射频放大器的输入功率较高，则放大器的输出端，有可能出现非常高的电压摆幅、或者非常高的电流摆幅。这种情况对射频功率放大器的可靠性带来致命的威胁，在极端情况下会损坏射频功率放大器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能实时检测射频放大器输出端是否存在失配的检测电路，并且本发明的检测电路还能实时检测射频放大器输入信号是否幅度过大。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种能实时检测射频放大器输出端是否存在失配的检测方法，并且本发明的检测方法还能判定射频放大器输入信号是否幅度过大。
为解决上述技术问题，本发明提供的射频放大器输出端失配检测电路，包括：定向耦合器、第一～第二检波器、第一～第二比较器、第一～第二恒压电源以及失配判断装置；定向耦合器第一工作端连接功放输出端，第二工作端连接天线端，其耦合端连接系统阻抗，其隔离端连接系统阻抗和第二检波器输入端；
第一检波器输入端连接功放输入端和系统阻抗，其输出端连接第一比较器正输入端，第一比较器负输入端通过第一恒压电源内部电路接地；
第二检波器输出端连接第二比较器正输入端，第二比较器负输入端通过第二恒压电源内部电路接地；
第一和第二检波器输出端均连接失配判断装置输入端。
当天线端阻抗失配非常严重，在定向耦合器的隔离端口上便会出现一定幅度的交流电压，此交流电压信号经过第二检波器转换成一个直流电压信号，此直流电压信号经过第二比较器和第二恒压电源进行比较，若高于第一或第二恒压电源值，则所述失配判断装置判定射频功放天线端存在高驻波比VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)的情况。
其中，失配判断装置由组合逻辑门电路组成。
进一步优化，射频放大器输出端失配检测电路，使其具有保护功能，还包括：功放控制器；
功放控制器输入端连接失配判断装置输出端，功放控制器输出端连接所述功放，功放控制器根据失配判断装置输出信号对功放进行控制。
其中，功放控制器可通过偏置电路控制功放的开关、也可控制功放输入端的功率衰减器的幅度、通过偏置电路来进一步提高功放的偏置点以获得更高的增益。
其中，所述预设阈值电压范围是0V～VDD，VDD是电源电压。
一种射频放大器输出端失配检测方法，包括：
获取功放输入端未经过放大的输入信号，将该信号放大并将其和第一电压输入第一比较器比较，第一比较器比较的输出信号作为第一失配决策信号；
获取定向耦合器隔离端输出信号，将该信号放大并将其和第二电压输入第二比较器比较，第二比较器比较的输出信号作为第二失配决策信号；其中，第一电压、第二电压根据电路具体参数情况设定。
若第一失配决策信号超过预设阈值电压，则判定输入信号幅度过大；
若第二失配决策信号超过预设阈值电压，则判定输出端存在失配程度超过界限；
若第一失配决策信号和第二失配决策信号均超过一定的阈值电压，则可以判定射频放大器不仅输出端存在的失配程度超过界限，而且输入信号幅度也过大；
若存在的失配程度超过界限，或者输入信号幅度过大，则控制功放启动。
功放控制器启动后，可通过偏置电路控制功放的开关、也可控制功放输入端的功率衰减器的幅度、甚至可以通过偏置电路来进一步提高功放的偏置点以获得更高的增益。
输入信号过大是对半导体器件而言，为便于理解兹举半导体领域常见示例如下：
在输入端，MOS管的栅极电压摆幅超过氧化层击穿电压；
在输出端，MOS管的漏源之间电压差超过沟道击穿电压；
在输出端，MOS管的沟道电流超过沟道能够承受的最高电流值；
定向耦合器1号端口P1(Input port)以及2号端口P2(Transmitted port)称为工作端口，3号端口P3(Coupled port)为耦合端口，4号端口P4称为隔离端口(Isolatedport)。在四个端口都接系统阻抗Zo(50欧姆)的时候，入射波a1进入P1，大部分会通过定向耦合器，进入P2，只有一小部分(比如说-10dB，即十分之一的功率)的a1，会进入P3，但是不会进入P4。
同样，如果有入射波进入P2，大部分会进入P1，一小部分进入P4，而不会进入P3，这是定向耦合的概念。
一般情况下，定向耦合器的隔离端P4，不被使用，只是接系统阻抗Zo(50欧姆)即可。
本发明利用到P4，进行VSWR的侦测。若P2接的阻抗不是系统阻抗Zo，那么在P2界面上，必然有反射波a2存在，而且其幅度随P2界面上的反射系数Γ增大而变大。由于定向耦合器的工作原理，此反射波a2的一部分，将被传递到P4。峰值检波器PD2将其检测并且放大后，送入比较器CP2，并最终送入失配判断装置参与判断(以与门为例)；失配判断装置的另一输入为输入信号幅度检测，它由另一检波器PD1放大输入信号并放大后，送入比较器CP1输出。若两个比较器同时输出高，失配判断装置判断射频放大器不仅输出端存在的失配程度超过界限，而且输入信号幅度也过大，启动功放控制器，切断/降低射频功放的偏置，从而实现对射频放大器输出端失配的实时检测以及对射频放大器的保护。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是发明一实施的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，理论上电阻Z1、Z2、Z3、Z4均应为系统阻抗Zo(50欧姆)，本发明提供的射频放大器输出端失配检测电路一实施例，包括：定向耦合器DC，第一～第二检波器PD1、PD2，第一～第二比较器CP1、CP2，第一～第二恒压电源PS1、PS2以及反射波判断装置，本实施例失配判断装置为一与门G；
定向耦合器DC第一工作端P1连接功放PA输出端，第二工作端P2连接天线端，其耦合端连接Z3，其隔离端连接Z4和第二检波器PD2输入端；
第一检波器PD1输入端连接功放PA输入端和Z1，其输出端连接第一比较器CP1正输入端，第一比较器CP1负输入端通过第一恒压电源PS1内部电路接地；
第二检波器PD2输出端连接第二比较器CP2正输入端，第二比较器CP2负输入端通过第二恒压电源PS2内部电路接地；
第一和第二检波器PD1、PD2输出端均连接与门G输入端。
进一步优化，射频放大器输出端失配检测电路，使其具有保护功能，还包括：功放控制器PAC；
功放控制器PAC输入端连接与门输出端，功放控制器PAC输出端连接功放PA，功放控制器PAC根据与门输出信号对功放PA进行控制。若两个比较器CP1、CP2同时输出高，与门G启动功放控制器PAC，切断功放PA输出。
功放控制器启动后，除了切断功放PA输出，还可控制功放输入端的功率衰减器的幅度，也可以通过偏置电路来进一步提高功放的偏置点以获得更高的增益。
一种射频放大器输出端失配检测方法，包括：
获取功放输入端未经过放大的输入信号，将该信号放大并将其和第一电压源输入第一比较器比较后作为第一失配决策信号；
获取定向耦合器隔离端输出信号，将该信号放大并将其和第二电压源输入第二比较器比较后作为第二失配决策信号；
若第一失配决策信号超过预设阈值电压，则判定输入信号幅度过大；
若第二失配决策信号超过预设阈值电压，则判定输出端存在失配程度超过界限；
若第一失配决策信号和第二失配决策信号均超过一定的阈值电压，则可以判定射频放大器不仅输出端存在的失配程度超过界限，而且输入信号幅度也过大；
若存在的失配程度超过界限，或者输入信号幅度过大，则控制功放启动。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种射频放大器输出端失配检测电路，其特征在于，包括：定向耦合器、第一~第二检波器、第一~第二比较器、第一~第二恒压电源以及失配判断装置；
定向耦合器第一工作端连接功放输出端，第二工作端连接天线端，其耦合端连接系统阻抗，其隔离端连接系统阻抗和第二检波器输入端；
第一检波器输入端连接功放输入端和系统阻抗，其输出端连接第一比较器正输入端，第一比较器负输入端通过第一恒压电源内部电路接地；
第二检波器输出端连接第二比较器正输入端，第二比较器负输入端通过第二恒压电源内部电路接地；
第一比较器和第二比较器输出端均连接失配判断装置输入端，所述失配判断装置由于根据所述第一比较器和第二比较器的输出信号，对功放的输入信号幅度是否过大以及功放的输出端失配程度是否超过界限进行判断，并输出相应的判断信号。
2.如权利要求1所述的射频放大器输出端失配检测电路，其特征在于：失配判断装置由组合逻辑门电路组成。
3.如权利要求1或2所述的射频放大器输出端失配检测电路，其特征在于，还包括：功放控制器；
功放控制器输入端连接失配判断装置输出端，功放控制器输出端连接所述功放。
4.如权利要求3所述的射频放大器输出端失配检测电路，其特征在于：功放控制器能通过偏置电路控制功放的开关、能控制功放输入端的功率幅度、能通过偏置电路提高功放的偏置点。
5.一种射频放大器输出端失配检测方法，其特征在于，包括：
获取功放输入端未经过放大的输入信号，将该信号放大并将其和第一电压输入第一比较器比较，第一比较器比较的输出信号作为第一失配决策信号；
获取定向耦合器隔离端输出信号，将该信号放大并将其和第二电压输入第二比较器比较，第二比较器比较的输出信号作为第二失配决策信号；
若第一失配决策信号超过预设阈值电压，则判定输入信号幅度过大；
若第二失配决策信号超过预设阈值电压，则判定输出端存在失配程度超过界限；
若第一失配决策信号和第二失配决策信号均超过预设阈值电压，则判定射频放大器不仅输出端存在失配程度超过界限，而且输入信号幅度过大。
6.如权利要求5所述输出端失配检测方法，其特征在于，还包括：若存在的失配程度超过界限，或者输入信号幅度过大，则控制功放启动。
7.如权利要求5所述输出端失配检测方法，其特征在于：所述预设阈值电压范围是0V~VDD，VDD是电源电压。
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