CN201039180Y - 一种保护时分双工系统接收前端的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种保护时分双工系统接收前端的装置，在接收前端的链路上设置输入信号的采样点，该采样点连接功率检波器的输入端，功率检波器的输出端连接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端接参考电压。应用本实用新型，保证了在大功率发射状态下，且外部负载异常时，接收前端的器件不被损坏，同时不增大接收链路的噪声系数。

Description

一种保护时分双工系统接收前端的装置

技术领域

本实用新型涉及对移动通信收发系统的接收前端进行保护的技术，特别是指一种保护时分双工系统接收前端的装置。

背景技术

目前移动通信领域的射频端口通常是采用射频开关或者是环形器来实现，而对于时分双工系统(TDD，Time Division Duplex)，收发共用一个射频端口。

其中，当射频端口采用射频开关，利用射频开关控制收发信号时的信号链路时，其合路原理如图1所示，天线101与射频开关102的端口2连接，端口1与功率放大器(PA，Power Amplifiier)104连接，端口3与低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)103连接，其中的LNA EN与PA EN分别是低噪声放大器与功率放大器的开关控制信号。而由于射频开关的承受功率和线性传输方面的问题，也有采用环形器201来实现收发合路的，其具体的原理如图2所示，天线101与环形器201的端口2连接，环形器的另外两个端口分别接低噪声放大器与功率放大器。

在现有的申请专利号为CN03146286.3，名称为“时分双工无线通信系统收发线性开关电路和其实现方法”的发明申请中，则是采用环形器和射频开关作为收发合路；如图3所示，在这个发明中，如果天线端口匹配不好，当输出功率较大时，也存在将射频开关或者是LNA损坏的可能；因为一般的射频开关的可承受功率从1W到几W不等，LNA的可承受功率通常远小于1W，一般不超过100mW。如果天线端口匹配较好，从环形器端口1到端口3的隔离可以达到10dB到20dB以上，如果此时功率放大器输出功率10W，则泄漏到端口3的信号功率小于1W，射频开关或LNA此时工作在安全范围。

但是，上面图1、图2以及图3所描述的三种收发合路中，无论哪一种，当天线端口匹配不好时，泄漏到端口3的信号功率会超过1W，甚至接近10W，超出射频开关或LNA的可承受功率，非常容易导致射频开关或LNA损坏。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供了一种保护时分双工系统接收前端的装置，当天线端口非正常匹配的情况下，保护接收前端不被发射信号泄漏的功率损坏。

一种保护时分双工系统接收前端的装置，在接收前端的链路上设置输入信号的采样点，该采样点连接功率检波器的输入端，功率检波器的输出端连接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端接参考电压。

该装置所述接收前端进一步包括一个射频开关；

该射频开关的固定端与接收前端链路连接，该射频开关的两个切换端分别连接负载、低噪声放大器。

该装置所述采样点位于射频开关的一个切换端与负载之间。

该装置所述采样点所在的端口连接功率检波器，该功率检波器把接收前端接收的输入信号检波为对应的输出电压。

该装置所述装置在接收前端包括一个环形器，且射频开关连接接收前端链路的环形器形成收发合路，该环形器的三个端口分别连接天线、功率放大器和低噪声放大器。

该装置所述功率检波器的输出电压作为比较器的一个输入端的输入参数，该比较器另一个输入端输入参考电压，并进行比较，输出控制信号。

该装置所述比较器输出的控制信号控制功率放大器的开和关；

或者该控制信号接一个增益控制电路，用于降低功率放大器的发射增益。

该装置所述比较器的正极接功率检波器的输出电压，负极接参考电压；

或者所述比较器的负极功率检波器的输出电压，正极接参考电压。

从以上所述可以看出，本实用新型提供的这种保护时分双工系统接收前端的装置，其射频端口包括环形器；通常也包括射频开关，此时射频开关接在环形器后面；在环形器后的接收链路上设置信号采样点，该采样点连接功率检波器的输入端，功率检波器的输出端连接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端接地，该比较器输出端输出的控制信号控制功率放大器的输出功率。这样，当天线端口非正常匹配的情况下，通过控制功率放大器的输出功率来保护接收前端不被发射信号泄漏的功率损坏。

附图说明

图1为采用射频开关作为收发合路原理示意图；

图2为采用环形器作为收发合路原理示意图；

图3为采用环形器和射频开关作为收发合路原理示意图；

图4为本实用新型实施例的装置结构示意图；

图5为本实用新型实施例不包含射频开关的装置结构示意图；

图6为本实用新型实施例的某型号功率检波器输出电压与输入信号强度关系示意图。

具体实施方式

当天线端口非正常匹配的情况下，由于发射功率不能顺利的加载到外部负载上，该发射功率相当一部分或大部分都会反射到端口3，此时端口3连接的接收前端承载的发射功率很容易超过其负载功率的上限。为了保护接收前端不被反射的发射功率损坏，本实用新型提供了一种保护时分双工系统接收前端的装置。

如图4所示，本实用新型装置的具体结构中，作为外部负载的天线101通过端口2连接环形器201，环形器201通过端口1与功率放大器PA(图中未画出其具体结构)连接，且通过端口3与射频开关102的固定端连接；射频开关102的两个切换端端口4和端口5，分别是端口4与低噪声放大器LNA连接，端口5与负载301连接，且在端口5与负载之间取一个采样点，负载301接地或相应的参考电压点，以上描述的装置结构与现有技术雷同；同时，本实用新型采用环形器201加射频开关102组成收发合路，接功率检波器401，该功率检波器401的输出电压Vout作为输入参数输入比较器402的一个输入端，该比较器402的另一个输入端接参考电压Vref，比较器402的输出端输出控制信号，本实用新型中该控制信号为1，该控制信号用于控制功率放大器的开和关，或者该控制信号可以通过再接一个增益控制电路，来降低功率放大器的发射增益。

由图4可以看出，此时接收前端包含环形器201、射频开关102、以及LNA等元器件；功率检波器401的采样点可以在端口3以后的任何一点设置，之所以在本实用新型中把端口5作为采样点，是考虑到功率检波器401的信号采样会增大噪声系数，进而影响到测量的准确性，而端口5不是直接在接收链路的射频链路上，在此处采样对接收链路的匹配和噪声系数没有影响，因此较佳的信号采样点在射频开关的端口5。本实用新型中，由于比较器402的输出控制信号为1控制功率放大器的关断，因此该比较器402的正输入端接功率检波器401的输出电压Vout，负输入端接参考电压Vref；同理可以知道，当比较器402的输出控制信号为0控制功率放大器的关断时，则比较器402的负输入端接功率检波器401的输出电压Vout，正输入端接参考电压Vref。

如图5所示，如果不包含射频开关，只是采用环形器作为收发合路，则采用本实用新型的技术同样可以起到保护接收前端的作用。作为外部负载的天线101通过端口2连接环形器201，环形器201通过端口1与功率放大器PA(图中未画出其具体结构)连接，且通过端口3与低噪声放大器LNA连接，并通过端口3与负载301连接，则该端口3处成为采样点，负载301接地或相应的参考电压点；这样，本实用新型仅采用环形器201组成收发合路，接功率检波器401，该功率检波器401的输出电压Vout作为输入参数输入比较器402的一个输入端，该比较器402的另一个输入端接参考电压Vref，比较器402的输出端输出控制信号，该控制信号用于控制功率放大器的开和关，或者该控制信号可以通过再接一个增益控制电路，来降低功率放大器的发射增益。

不包含射频开关的装置与包含射频开关的装置的区别在于，在不包含射频开关的装置中，造成低噪音放大器LNA损坏的功率会有所降低。

下面以具体的实施例说明本实用新型的工作原理，如图6所示，是采用某型号功率检波器401时，其输出电压Vout与输入信号强度(Input Amplitude)功率的关系。以输入信号的频率1.9GHz为例，其关系曲线如图6中所标识的，位于其它所有曲线的上方。

不失一般性，采用图4中描述的装置，假定，当天线端口匹配好时，环形器201的端口1到端口3的隔离是Ls_cir＝19dB；当天线端口开路，即天线端口不接天线时，环形器201的端口1到端口3的隔离是Ls_cir＝ldB；由上述假定可以推导出，当天线端口匹配不好时，环形器201的端口1到端口3的隔离介于两个Ls_cir数值之间，即Ls_cir＝ldB～19dB。

同时，根据经验设定检波信号采样点的耦合度是Ls_coup＝40dB；并设置参考电压Vref＝1.5V；由输入信号频率1.9GHz在图6中所对应的曲线可以算出，此时功率检波器401的输入信号功率Pd＝-15dBm，即是说，当功率检波器401的输入信号功率为-15dBm时，其输出电压Vout＝1.5V；由上述可知，接收前端的输入信号功率Pd2的门限为：

-15dBm+40dB＝25dBm，即当接收前端的Pd2超过25dBm时，则Pd2-40dB>-15dBm，由图6中1.9GHz对应的曲线可以看出，此时的输出电压Vout>1.5V，大于参考电压Vref的1.5V，此时引起对功率放大器的发射功率的调整。

由以上描述可以看出，如果调整参考电压Vref的大小，就可以调整接收前端的Pd2的大小，且两者成正比例关系。

假定功率放大器的输出功率为Pout＝36dBm，分为三种情况描述此时的工作原理：

(1)天线端口正常匹配的情况下，

泄漏到射频开关的输入信号功率Pd2＝36dBm-19dB＝17dBm；

功率检波器401的输入信号功率Pd＝17dBm-40dB＝-23dBm；

由图6可知，功率检波器401的输出电压Vout＝1.35V；

Vout<Vref，即泄漏到接收前端的Pd2没有超过其可承受功率的上限，不必关断功率放大器或进行增益控制。

(2)天线端口非正常匹配的情况下，

泄漏到射频开关的输入信号功率Pd2＝36dBm-6dB＝30dBm；

功率检波器401的输入信号功率Pd＝30dBm-40dB＝-10dBm；

由图6可知，功率检波器401的输出电压Vout＝1.55V；

Vout>Vref，即泄漏到接收前端的Pd2超过了其可承受功率的上限，需要启动关断功放控制或增益控制。

(3)天线端口开路的情况下，

泄漏到射频开关的输入信号功率Pd2＝36dBm-1dB＝35dBm；

功率检波器401的输入信号功率Pd＝35dBm-40dB＝-5dBm；

由图6可知，功率检波器401的输出电压Vout＝1.6V；

Vout>Vref即泄漏到接收前端的Pd2超过了其可承受功率的上限，需要启动关断功放控制或增益控制；

另外，天线端口开路，则发射端的输出信号显然无法通过天线发送，输出的功率基本上全部泄漏到接收前端，因此肯定会启动关断功放控制或增益控制。

对于图5描述的本实用新型的结构，由于接收前端的输入信号功率的门限会有所降低，因此其分析过程与上述是相同的。

同时，上述实施例描述了输入信号的频率是1.9GHz时的工作原理，但是对于输入信号是别的频率时的分析过程与上述也是相同的。

由以上描述的本实用新型的具体结构以及其工作原理可以看出，在TDD的射频前端中，在环形器后的接收链路上，在端口3之后设置信号功率的采样点，采样泄漏到接收前端的信号功率，并利用功率检波器401，将采样的信号功率检波为对应的输出电压Vout，该Vout和预设定的参考电压Vref比较；当功率检波器401的输出电压Vout超过参考电压Vref时，产生一个控制信号，该控制信号用于控制关断功率放大器402，或控制降低发射链路的增益。使泄漏到接收前端的功率小于接收前端可承受功率的上限，避免了接收前端器件的损坏。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种保护时分双工系统接收前端的装置，其特征在于，在接收前端的链路上设置输入信号的采样点，该采样点连接功率检波器的输入端，功率检波器的输出端连接比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端接参考电压。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收前端进一步包括一个射频开关；

该射频开关的固定端与接收前端链路连接，该射频开关的两个切换端分别连接负载、低噪声放大器。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述采样点位于射频开关的一个切换端与负载之间。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述采样点所在的端口连接功率检波器，该功率检波器把接收前端接收的输入信号检波为对应的输出电压。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置在接收前端包括一个环形器，且射频开关连接接收前端链路的环形器形成收发合路，该环形器的三个端口分别连接天线、功率放大器和低噪声放大器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，  所述功率检波器的输出电压作为比较器的一个输入端的输入参数，该比较器另一个输入端输入参考电压，并进行比较，输出控制信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比较器输出的控制信号控制功率放大器的开和关；

或者该控制信号接一个增益控制电路，用于降低功率放大器的发射增益。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述比较器的正极接功率检波器的输出电压，负极接参考电压；

或者所述比较器的负极功率检波器的输出电压，正极接参考电压。

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