CN113162648A - 一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大功率收发前端电路技术领域，具体公开了一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，包括环形器、与环形器输入端连接的大功率发射单元、与环形器输出端连接的小信号接收单元、以及分别与大功率发射单元、小信号接收单元连接的收发公共单元。本发明有效的提高大功率收发前端的抗有源驻波能力。
Description
技术领域
本发明涉及大功率收发前端电路技术领域，更具体地讲，涉及一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路。
背景技术
目前，大功率分时双工收发前端主要工作体制两种：一是采用大功率收发开关、功放及限幅进行组合，见图2所示；二是采用环行器、功放及限幅器进行组合，见图3所示。大功率收发开关、功放及限幅进行组合这种方式的优点是结构简单、功率容量大、频段宽、体积小，缺点是在规模较大的阵列化应用时大功率开关可靠性差、易损坏、插损大。环行器、功放及限幅器进行组合这种方式的优点是插损小、结构简单，缺点是环行器隔离度低，抗有源驻波能力低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路；能够有效的提高大功率收发前端的抗有源驻波能力。
本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，包括环形器、与环形器输入端连接的大功率发射单元、与环形器输出端连接的小信号接收单元、以及分别与大功率发射单元、小信号接收单元连接的收发公共单元。
在一些可能的实施方式中，所述大功率发射单元包括功率负载一、3dB电桥一、功放一、功放二14、3dB电桥二、功率负载二；
其中，3dB电桥一的两个输出端分别与功率负载一、环形器连接，
功放一、功放二的输入端分别与3dB电桥一的两个输入端连接；
3dB电桥二的两个输出端分别与功放一、功放二的输入端连接，
3dB电桥二的一个输入端与收发公共单元；
3dB电桥二的隔离输出端与功率负载二连接。
在一些可能的实施方式中，所述小信号接收单元包括功率负载三、3dB电桥三、低噪声放大器一、低噪声放大器二、3dB电桥四、功率负载四；
其中，
3dB电桥三的输出端分别与低噪声放大器一、低噪声放大器二连接；
3dB电桥三的输入端与环形器连接；
3dB电桥三的隔离输出端与功率负载三连接；
低噪声放大器一、低噪声放大器二的输出端分别与连接3dB电桥四的两个输入端连接；
所述3dB电桥四的两个输出端分别与功率负载四、收发公共单元连接。
在一些可能的实施方式中，所述小信号接收单元还包括电容一、电容二；
其中，3dB电桥三的输出端分别与电容一、电容二连接；
在一些可能的实施方式中，还包括限幅二极管一、限幅二极管二、扼流电感一、扼流电感二；
扼流电感一、限幅二极管一、低噪声放大器一分别与电容一的另外一端连接；
扼流电感二、限幅二极管二、低噪声放大器二分别与电容二的另外一端连接，扼流电感二的另外一端接地；
所述限幅二极管一、限幅二极管二分别与扼流电感一的两端连接；
所述限幅二极管一、限幅二极管二的另外一端接地。
在一些可能的实施方式中，所述电容一、电容二均为隔直电容。
在一些可能的实施方式中，所述限幅二极管一、限幅二极管二均为大功率PIN限幅二极管；
所述扼流电感一、扼流电感二均为线圈电感或平面螺旋电感。
在一些可能的实施方式中，所述的3dB电桥一、3dB电桥二、3dB电桥三、3dB电桥四均为3dB 90°电桥。
在一些可能的实施方式中，所述收发公共单元包括匹配式单刀双掷开关、与匹配式单刀双掷开关连接的移相衰减电路。
在一些可能的实施方式中，所述环形器为微带环形器或带线环形器。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过采用基于3dB电桥为核心的平衡式结构，有效的提高提高功放的抗有源驻波的能力，提高了接收电路抗烧毁功率的能力；
本发明采用匹配式单刀双掷开关实现收发切换，提高大功率收发前端的收发转换时间；
本发明采用限幅二极管实现限幅保护，提高接收电路单元的抗有源驻波能力。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为背景技术中的一种大功率收发前端原理框图；
图3为背景技术中的另外一种大功率收发前端原理框图；
其中：1、大功率发射单元；11、功率负载一；12、3dB电桥一；13、功放一；14、功放二；15、3dB电桥二；16、功率负载二；2、小信号接收单元；21、功率负载三；22、3dB电桥三；210、低噪声放大器一；211、低噪声放大器二；212、3dB电桥四；213、功率负载四；23、电容一；24、电容二；25、限幅二极管一；26、限幅二极管二；27、扼流电感一；28、扼流电感二；3、收发公共单元；31、匹配式单刀双掷开关；32、移相衰减电路。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的附图中，需要理解的是，不具有相互替代性的不同技术特征显示在同一附图，仅是为了便于简化附图说明及减少附图数量，而不是指示或暗示参照所述附图进行描述的实施例包含所述附图中的所有技术特征，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"一"、"二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明中进行详细说明。
请参阅图1；
一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，包括环形器、与环形器输入端连接的大功率发射单元1、与环形器输出端连接的小信号接收单元2、以及分别与大功率发射单元1、小信号接收单元2连接的收发公共单元3。
本发明中环行器的公共端口作为接收的输入和发射的输出，环行器的另外两个端口分别接大功率发射单元1和小信号接收单元2电路连接；
当在接收状态时，收发公共单元3此时与小信号接收单元2连通，此时被天线接收到的射频信号经环行器进入小信号接收单元2，经小信号单元进行射频信号放大、合成后，通过收发公共单元3输出；
当在发射状态时，收发公共单元3此时与大功率发射单元1连接；此时发射激励信号从收发公共单元3输入，经过大功率发射单元1进行射频信号放大、合成后，通过环行器输出；当阵列天线有源驻波恶化时，由阵列天线反射回来的功率经环行器进入小信号接收单元2，通过小信号接收单元2进行功率分配、限幅处理；其中限幅处理后的大部分功率被小信号接收单元2吸收；有效提高了大功率收发前端电路抗有源驻波能力。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现对于信号的放大、功率分配和吸收；所所述大功率发射单元1包括功率负载一11、3dB电桥一12、功放一13、功放二1414、3dB电桥二15、功率负载二16；
其中，3dB电桥一12的两个输出端分别与功率负载一11、环形器连接，
功放一13、功放二14的输入端分别与3dB电桥一12的两个输入端连接；
3dB电桥二15的两个输出端分别与功放一13、功放二14的输入端连接，
3dB电桥二15的一个输入端与收发公共单元3；
3dB电桥二15的隔离输出端与功率负载二16连接。
如图1所示，3dB电桥二15的隔离输出端(即输出接口RFout2)与功率负载二16连接，功放一13、功放二14的输入端分别与3dB电桥二15的两个输出端连接，功放一13、功放二14的输出端分别与3dB电桥一12的两个输入端连接；3dB电桥一12的输出接口RFout1与功率负载一11连接，3dB电桥一12的输出接口RFout2与环形器连接。
在一些可能的实施方式中，所述小信号接收单元2包括功率负载三21、3dB电桥三22、低噪声放大器一210、低噪声放大器二211、3dB电桥四212、功率负载四213；
其中，
3dB电桥三22的输出端分别与低噪声放大器一210、低噪声放大器二211连接；
3dB电桥三22的输入端与环形器连接；
3dB电桥三22的隔离输出端(即输出接口RFout2)与功率负载三21连接；
低噪声放大器一210、低噪声放大器二211的输出端分别与连接3dB电桥四212的两个输入端连接；
所述3dB电桥四212的两个输出端分别与功率负载四213、收发公共单元3连接。
在一些可能的实施方式中，所述小信号接收单元2还包括电容一23、电容二24；
其中，3dB电桥三22的输出端分别与电容一23、电容二24连接；
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现对于射频信号的限幅，并使得信号传输稳定；还包括限幅二极管一25、限幅二极管二26、扼流电感一27、扼流电感二28；
扼流电感一27、限幅二极管一25、低噪声放大器一210分别与电容一23的另外一端连接；
扼流电感二28、限幅二极管二26、低噪声放大器二211分别与电容二24的另外一端连接，扼流电感二28的另外一端接地；
所述限幅二极管一25、限幅二极管二26分别与扼流电感一27的两端连接；
所述限幅二极管一25、限幅二极管二26的另外一端接地。
在一些可能的实施方式中，所述电容一23、电容二24均为隔直电容。
在一些可能的实施方式中，所述限幅二极管一25、限幅二极管二26均为大功率PIN限幅二极管；
所述扼流电感一27、扼流电感二28均为线圈电感或平面螺旋电感。
如图1所示，3dB电桥三22的一个输入端与环形器连接，其隔离输出端(即输出接口RFout2)与功率负载三21连接，3dB电桥三22的两个输出端分别与电容一23、电容二24连接；电容一23的另外一端分别连接与扼流电感一27、限幅二极管一25、低噪声放大器一210；电容二24的另外一端分别连接与扼流电感二28、限幅二极管二26、低噪声放大器二211；扼流电感一27跨接在限幅二极管一25、限幅二极管二26之间，限幅二极管一25、限幅二极管二26、扼流电感二28的另外一端均接地；低噪声放大器一210、低噪声放大器二211的输出端分别与3dB电桥四212的两个输入端连接，3dB电桥四212的两个输出端分别与功率负载四213、匹配式单刀双掷开关31连接。
在一些可能的实施方式中，所述的3dB电桥一12、3dB电桥二15、3dB电桥三22、3dB电桥四212均为3dB 90°电桥。
在一些可能的实施方式中，为了有效的实现收发公共单元3与大功率发射单元1或小信号接收单元2的连接；所述收发公共单元3包括匹配式单刀双掷开关31、与匹配式单刀双掷开关31连接的移相衰减电路32。
工作时，匹配式单刀双掷开关31的一个输出端与3dB电桥二15的输入接口RFin1连接或与3dB电桥四212的RFout1接口连接。
匹配式单刀双掷开关31公共端接移相衰减电路32的一端，移相衰减电路32的另一端作为发射输入和接收输出的公共端口。
在一些可能的实施方式中，所述环形器为大功率的微带环形器或带线环形器。
如图1所示，当工作在发射状态时，匹配式单刀双掷开关31切换到大功率发射单元1，此时发射信号从收发公共单元3中的移相衰减电路32的公共端输入，经匹配式单刀双掷开关31，再由3dB电桥二15的输入端口RFin1进入，经功放一13、功放二14放大输出后经功率合成3dB电桥一12合成后由端口RFout2输出，最后经环行器输出。
当阵列天线有源驻波恶化时，由阵列天线反射回来的功率经环行器进入小信号接收单元2，首先经3dB电桥三22进行功率分配后进入到限幅二极管一25、限幅二极管二26，此时限幅二极管一25和限幅二极管二26将大部分功率反射回3dB电桥三22后由输出端口RFout2进入功率负载三21，因阵列天线有源驻波反射回的功率被功率负载三21吸收，从而提高大功率收发前端电路的抗有源驻波能力。
当工作在接收状态时，匹配式单刀双掷开关31切换到小信号接收单元2，此时被天线接收到的射频信号经环行器进入小信号接收单元2，经低噪声放大器一210、低噪声放大器二211放大、3dB电桥四212合成后由端口RFout2输出，最后经收发公共单元3输出。
当工作在收发切换状态时，发射切换到接收的工作过程为：匹配式单刀双掷开关31由大功率发射单元1切换到小信号接收单元2，同步关闭功放一13、功放二14的电源，从而实现由发射状态高速的切换到接收状态；发射切换到接收的工作过程为：匹配式单刀双掷开关31由小信号接收单元2切换到大功率发射单元1，同步打开功放一13、功放二14的电源，从而实现由接收切换到发射。
优选的，隔直电容选用片式芯片电容；功率负载一11、功率负载二16、功率负载三21、功率负载四213均采用大功率的50欧母匹配负载；功放一13、功放二14为固态功率放大器；限幅二极管为大功率的PIN限幅二极管；低噪声放大器一210、低噪声放大器二211为低噪声放大器芯片；移相衰减电路32采用数控移相衰减芯片；
在大功率发射单元1和小信号接收单元2中均采用3dB 90°电桥为核心的平衡式结构，提高功率放大器的抗有源驻波的能力，提高了接收电路抗烧毁功率的能力。用匹配式单刀双掷开关31实现收发切换，提高大功率收发前端的收发转换时间。用PIN限幅二极管实现限幅保护，提高接收电路单元的抗有源驻波能力。
本发明具备良好的抗有源驻波能力，解决了传统大功率收发前端阵列化应用时存在的诸多问题，尤其是抗有源驻波。
实施例：
为了验证本发明的正确性，设计了6～18GHz 30W的大功率收发前端；原理框图如图1所示。
整个大功率收发前端采用了混合集成技术，实现了一体化集成。
大功率收发前端工作频率为6～18GHz，发射输出功率典型值30W，接收噪声系数小于4dB，时分双工工作。在应用中，由于采用平衡式结构抗有源驻波能力非常突出，在发射输出端驻波大于10且组件散热良好的情况下，大功率收发前端能长时间可靠工作。
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 (10)
1.一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，包括环形器、与环形器输入端连接的大功率发射单元、与环形器输出端连接的小信号接收单元、以及分别与大功率发射单元、小信号接收单元连接的收发公共单元。
2.根据权利要求1所述的一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，所述大功率发射单元包括功率负载一、3dB电桥一、功放一、功放二、3dB电桥二、功率负载二；
其中，3dB电桥一的两个输出端分别与功率负载一、环形器连接，
功放一、功放二的输入端分别与3dB电桥一的两个输入端连接；
3dB电桥二的两个输出端分别与功放一、功放二的输入端连接，
3dB电桥二的一个输入端与收发公共单元；
3dB电桥二的隔离输出端与功率负载二连接。
3.根据权利要求2所述的一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，所述小信号接收单元包括功率负载三、3dB电桥三、低噪声放大器一、低噪声放大器二、3dB电桥四、功率负载四；
其中，
3dB电桥三的输出端分别与低噪声放大器一、低噪声放大器二连接；
3dB电桥三的输入端与环形器连接；
3dB电桥三的隔离输出端与功率负载三连接；
低噪声放大器一、低噪声放大器二的输出端分别与连接3dB电桥四的两个输入端连接；
所述3dB电桥四的两个输出端分别与功率负载四、收发公共单元连接。
4.根据权利要求3所述的一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，所述小信号接收单元还包括电容一、电容二；
其中，3dB电桥三的输出端分别与电容一、电容二连接。
5.根据权利要求4所述的一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，还包括限幅二极管一、限幅二极管二、扼流电感一、扼流电感二；
扼流电感一、限幅二极管一、低噪声放大器一分别与电容一的另外一端连接；
扼流电感二、限幅二极管二、低噪声放大器二分别与电容二的另外一端连接，扼流电感二的另外一端接地；
所述限幅二极管一、限幅二极管二分别与扼流电感一的两端连接；
所述限幅二极管一、限幅二极管二的另外一端接地。
6.根据权利要求5所述的一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，所述电容一、电容二均为隔直电容。
7.根据权利要求6所述的一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，所述限幅二极管一、限幅二极管二均为大功率PIN限幅二极管；
所述扼流电感一、扼流电感二均为线圈电感或平面螺旋电感。
8.根据权利要求2-7任一项所述的一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，所述的3dB电桥一、3dB电桥二、3dB电桥三、3dB电桥四均为3dB 90°电桥。
9.根据权利要求8所述的一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，所述收发公共单元包括匹配式单刀双掷开关、与匹配式单刀双掷开关连接的移相衰减电路。
10.根据权利要求1所述的一种具备抗有源驻波的大功率收发前端电路，其特征在于，所述环形器为微带环形器或带线环形器。
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