CN110113064A - 输出功率可调的发射机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子电路技术领域内用于输出功率可调的发射机，包括信号源、功率放大器、匹配单元、发射电源、供电控制和储能单元；信号源，用于解析上位机下发的指令，输出信号；功率放大器，接收信号源输出的信号，并将其中的发射信号进行功率放大后输出给后级的匹配单元；发射电源，为信号源、功率放大器提供低压供电和受控制的高压供电；供电控制和储能单元，对发射电源进行充放电控制；通过改变信号源输出给功率放大器的发射信号参数，改变功率放大器内部的导通情况，改变输出功率，实现发射机输出功率可调节的目的。

Description

输出功率可调的发射机

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体的，涉及一种输出功率可调的发射机。

背景技术

现代科技发展的突飞猛进，使得作为信息获取最重要和最基本的传感器网络技术也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化逐渐向集成化、微型化、网络化和智能化发展，结合各领域前沿技术、利用现代无线通信连接手段，一种具备信息综合和处理能力以及交互式无线通信的新兴传感器技术——无线传感器网络便由此应运而生。无线传感器网络能够通过各类集成化的微型传感器互相协作并实时监测、感知和采集各种环境和监测对象的信息，并对收集到的信息进行处理后通过无线通信的方式发送给终端用户，真正实现物理环境、信息世界、人类社会的交互和融合。因此，无线传感器网络具有非常广阔的应用前景和巨大的商用价值。对于无线传感器网络而言，最重要的研究领域之一便是如何实现收发机的超低功耗，以及如何有效利用能量。

发射机主要任务是完成有用的低频信号对高频载波的调制，将其变为在某一中心频率上具有一定带宽、适合通过天线发射的电磁波。广泛应用于电视，广播，雷达等各种民用、军用设备。主要可分为调频发射机，调幅发射机，光发射机等多种类型。

发射机的作用是将输入的小功率电信号进行及时、低失真地转换成大功率电信号发射出去。发射机是电子系统的重要组成部分，在大功率应用场合下，发射机同时也是电子系统中体积最大、耗电量最大的单元。随着目前电子技术及信号处理技术的发展，硬件实现出效率更高、损耗更小、发射灵活度更高的高性能发射机变得越来越重要。

经对现有技术的检索，中国发明专利CN201510844590.0，发明名称为一种电压可调节调频发射机，包括功率放大模块、滤波及检测模块、控制单元，所述电压可调节调频发射机还设有电压可调节开关电源；电压可调节开关电源采用执行CAN协议的电压可调开关电源，控制芯片与CAN转换器连接，CAN转换器与执行CAN协议的电压可调开关电源连接。本发明根据输出功率的大小，电源电压通过CAN通信随输出功率自适应调节电压，可调开关电源在总的输出效率上优于直流开关电源，对整个发射系统效率的提高有很大的作用，能降低发射机的功耗，减小发射机的散热需求，有利于调频发射机的小型化并保证发射距离。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种输出功率可调的发射机。本发明通过改变信号源输出给功率放大器的发射信号参数，改变功率放大器内部的导通情况，改变输出功率，实现发射机输出功率可调节的目的。

本发明涉及一种输出功率可调的发射机，包括信号源、功率放大器、匹配单元、发射电源、供电控制和储能单元；

信号源，用于解析上位机下发的指令，输出信号；

功率放大器，接收信号源输出的信号，并将其中的发射信号进行功率放大后输出给后级的匹配单元；

发射电源，为信号源、功率放大器提供低压供电和受控制的高压供电；

供电控制和储能单元，对发射电源进行充放电控制；

通过改变信号源输出给功率放大器的发射信号参数，改变功率放大器内部的导通情况，改变输出功率，实现发射机输出功率可调节的目的。

优选的，所述信号源以高速FPGA作为系统控制核心，输出产生同步信号、使能信号和发射信号。

优选的，所述功率放大器采用D类功放原理与全桥拓扑结构。

优选的，所述功率放大器包括隔离电路模块、驱动电路模块、全桥电路模块。

优选的，所述隔离电路模块对同步信号、使能信号、发射信号进行光电隔离后输出到后级的驱动电路模块；所述驱动电路模块对同步信号、使能信号、发射信号三组信号进行变换，输出后级全桥电路所需的Hin_a、Lin_a、Hin_b、Lin_b四组驱动信号；全桥电路主体是由四个功率MOSFET组成，四个功率MOSFET工作在大信号开关状态，其栅极驱动信号依次为Hin_a、Lin_a、Hin_b、Lin_b。

优选的，所述供电控制和所述储能单元采取第一充电阶段与第二充电阶段两阶段充电过程的控制模式。

优选的，所述第一充电阶段中，所述储能单元上的电压从0V充至拐点电压；所述第二充电阶段中，所述储能单元上的电压从拐点电压充至发射电源的高压供电电压。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过改变信号源输出给功率放大器的发射信号参数，改变功率放大器内部驱动电路和功率MOSFET的工作状态，从而改变输出功率，降低功耗。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是示出本发明在一个具体实施例中的输出功率可调的发射机的原理示意图；

图2是示出本发明具体实施例中信号源对功率放大器的工作状态控制情况示意图；

图3是示出本发明具体实施例中对发射电源的供电控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

鉴于以上需求，本发明涉及一种输出功率可调的发射机。本发明通过改变信号源输出给功率放大器的发射信号参数，改变功率放大器内部驱动电路和功率MOSFET的工作状态，从而改变输出功率，降低功耗。

本发明提供的输出功率可调的发射机，通过改变信号源输出给功率放大器的发射信号参数，改变功率放大器内部驱动电路和功率MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,金属-氧化物-半导体场效应晶体管)的导通情况，从而改变输出功率，实现了发射机输出功率可调节的目的，与此同时能降低电路的功耗。

图1为本发明在一个实施例中的输出功率可调的发射机的原理示意图。如图1所示的，所述输出功率可调的发射机包括信号源、功率放大器、匹配单元、发射电源、供电控制和储能单元。

所述信号源，对从显控及信号处理分机下发的指令进行解析，并输出产生同步信号、使能信号和发射信号。

功率放大器，接收前级信号源输入的同步信号、使能信号，并对信号源输入的发射信号进行功率放大并输出给后级的匹配单元。

匹配单元，位于功率放大器与负载之间，对功率放大器的输出阻抗与负载端的阻抗进行匹配，优化功率放大器输出给负载的大功率信号的功率和带宽指标。

发射电源，为信号源、功率放大器提供低压的DC供电和受控制的高压DC供电。

供电控制和储能单元，对发射电源进行充放电控制，以适应发射机脉冲形式工作的供电需求。

进一步地，所述信号源以高速FPGA作为系统控制核心，结合直接数字波形合成技术，设计实现了解析上位机指令和输出产生同步信号、使能信号和发射信号的目标。

进一步地，所述功率放大器总体上采用D类功放原理、全桥拓扑结构。

进一步地，所述供电控制和储能单元采取两阶段充电过程的控制模式。在第一充电阶段中，储能单元上的电压从0V充至拐点电压；在第二充电阶段中，储能单元上的电压从拐点电压充至发射电源的高压供电电压。

图2为本发明具体实施例中信号源对功率放大器的工作状态控制情况示意图。如图2所示，信号源输出同步信号、使能信号、发射信号三组信号给到功率放大器内部的隔离电路模块；该隔离电路对这三组信号进行光电隔离后输出同步信号_1、使能信号_1、发射信号_1三组信号到后级的驱动电路模块；该驱动电路模块对三组信号进行变换，输出后级的全桥电路所需的Hin_a、Lin_a、Hin_b、Lin_b四组驱动信号；驱动电路之后的全桥电路主体是由四个功率MOSFET组成，这四个功率MOSFET工作在大信号开关状态，其栅极驱动信号依次为Hin_a、Lin_a、Hin_b、Lin_b。

其中，Hin_a：全桥电路第一支路高端功率MOSFET栅极驱动信号，Lin_a：全桥电路第一支路低端功率MOSFET栅极驱动信号，Hin_b：全桥电路第二支路高端功率MOSFET栅极驱动信号，Lin_b：全桥电路第二支路低端功率MOSFET栅极驱动信号，Z_L：负载阻抗。

本发明通过改变Hin_a、Lin_a、Hin_b、Lin_b这四组信号的配置状态，从而改变四个功率MOSFET的导通时间，从而改变最终的输出功率，以实现发射机输出功率可调节和降低电路功耗的目的。

图3为本发明具体实施例中对发射电源的供电控制原理示意图。如图3所示，发射电源高压供电经过充电电阻给储能电源充电，以满足功率放大器中功率MOSFET的用电需求。该控制过程采用两阶段充电的控制模式：

第一充电阶段中，电压检测器检测到储能单元两端的电压低于拐点电压，控制开关SW为断开状态，发射电源高压供电通过充电电阻R1、充电电阻R2给储能单元充电。

第二充电阶段中，电压检测器检测到储能单元两端的电压高于拐点电压，控制开关SW给闭合状态，此时的发射电源高压供电只通过充电电阻R2给储能单元充电，从而加快了充电速度，同时也降低了系统对发射电源的选型要求。

综上所述，本发明通过改变信号源输出给功率放大器的发射信号参数，改变功率放大器内部驱动电路和功率MOSFET的工作状态，从而改变输出功率，降低功耗。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种输出功率可调的发射机，其特征在于，包括信号源、功率放大器、匹配单元、发射电源、供电控制和储能单元；

所述信号源用于解析上位机下发的指令，输出信号；

所述功率放大器用于接收所述信号源输出的信号，并将其中的发射信号进行功率放大后输出给后级的所述匹配单元；

所述发射电源为所述信号源、所述功率放大器提供低压供电和受控制的高压供电；

所述供电控制和所述储能单元对所述发射电源进行充放电控制；

通过改变所述信号源输出给所述功率放大器的发射信号参数，改变所述功率放大器内部的导通情况，改变输出功率，实现发射机输出功率可调节。

2.根据权利要求1所述的输出功率可调的发射机，其特征是，所述信号源以高速FPGA作为系统控制核心，输出产生同步信号、使能信号和发射信号。

3.根据权利要求2所述的输出功率可调的发射机，其特征是，所述功率放大器采用D类功放原理与全桥拓扑结构。

4.根据权利要求3所述的输出功率可调的发射机，其特征是，所述功率放大器包括隔离电路模块、驱动电路模块、全桥电路模块。

5.根据权利要求4所述的输出功率可调的发射机，其特征是，所述隔离电路模块对同步信号、使能信号、发射信号进行光电隔离后输出到后级的驱动电路模块；所述驱动电路模块对同步信号、使能信号、发射信号三组信号进行变换，输出后级全桥电路所需的Hin_a、Lin_a、Hin_b、Lin_b四组驱动信号；全桥电路主体是由四个功率MOSFET组成，四个功率MOSFET工作在大信号开关状态。

6.根据权利要求1所述的输出功率可调的发射机，其特征是，所述供电控制和所述储能单元采取第一充电阶段与第二充电阶段两阶段充电过程的控制模式。

7.根据权利要求6所述的输出功率可调的发射机，其特征是，所述第一充电阶段中，所述储能单元上的电压从0V充至拐点电压；所述第二充电阶段中，所述储能单元上的电压从拐点电压充至发射电源的高压供电电压。