CN202383204U - 一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置，它包括通过馈线相连的射频功率放大器和天线，它还包括一个驻波检测电路，驻波检测电路包括定向耦合器、正向检波电路、反向检波电路、运算放大器、门限比较电路和衰减电路，定向耦合器的输入与馈线连接，定向耦合器的一路输出通过衰减电路与正向检波电路连接，定向耦合器的另一路输出通过衰减电路与反向检波电路连接，正向检波电路的输出与运算放大器的正相输入端连接，反向检波电路的输出与运算放大器的负相输入端连接，运算放大器的输出通过门限比较电路与射频功率放大器相连。本实用新型提供一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置，及时、有效对输出负载变化作出反应。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波通信领域，特别是一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置。
背景技术
功率放大器在移动通信基站中得到了广泛的应用，但是随着工作时间的延长以及每天早、中、晚温度状态的不同，它的功率是在变化的，但是这种变化会给基站的正常工作带来极大的麻烦，是我们不希望发生的，驻波比（VSWR）是用来测量射频电路中阻抗失配度的指标，驻波比过大会将会影响通信距离，降低信息传输的质量，并且会导致射频电路出现一系列问题，位于天线前端的功率放大器是对驻波恶化最为敏感的部件，反射功率返回到功率放大器中，情况严重时可导致高功率放大器造成永久性损坏，我们通常称之为驻波失效，对高功率放大器进行有效的保护是十分重要的。
一般的功率放大器都是由电源和放大电路构成，在不同的环境温度下放大电路的放大量是有差别的，这是因为放大管具有非线性特性，它受温度影响其放大性能的变化包括：在温度升高时它的放大系数会增加；当温度降低时它的放大系数会减小，在白天正午的时候，环境温度较高，这个时候功率放大器的功率输出就会变得很大，会对供电电源造成较大的压力，如果过大的功率长期运行，可能出现基站设备被损坏，使基站无法正常工作；在温度较低时，功率放大器的功率输出又太低，造成基站信号发射不足，造成用户不能正常覆盖，给用户通信带来问题，所以必须对功率放大器进行检测并做必要的自动调节，沿着传输线传输的电压和电流是通过某特定比值联系起来的，这个特定比值称之为特性阻抗Z0，当功率放大器输出端接有与传输线特性阻抗相等的负载时，射频能量将全部传送到负载上，而阻抗失配将导致驻波的产生，当阻抗失配时，入射波电压与反射波电压相叠加，在传输路径上将产生电压的最大值Vmax和最小值Vmin，定义Vmax/Vmin为电压驻波比VSWR，如果反射系数已知，就可以计算出驻波比，由此看来，功率放大器驻波比的测量与保护的问题最终可以归结为功率放大器输出端正、反向功率检测，以及使用合适的电路方案实现对功放部件实施保护的问题，目前，常用的功率放大器在线功率和驻波检测装置其功放的输出功率和驻波比检测的准确度较低，不能及时、准确、有效地对功放输出负载发生变化时作出反应，可靠性较低。
传统的检波电路是利用二极管半波整流特性实现的，其输出检波电压正比于输入电压，与输入功率成指数关系，带有温度补偿的二极管检波器在较大的检波输入功率条件下（+10～+15dBm）可以具备很好的性能，而当输入功率降低时，其性能会急剧恶化，因此，在发送信号的峰值—平均功率比不固定的时候，便难以做到对功率的精确测量，此外，二极管检波电路工作频带相对较窄，在宽带场合应用时会造成检波平坦度的恶化，导致全频带范围内检波值的一致性无法满足要求。
实用新型内容
本实用新型的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种提高功放的输出功率和驻波比检测的准确度，及时、有效地对功放输出负载发生变化时作出反应，提高功率放大器的可靠性，对通信系统的可靠性提供保证的一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置，它包括射频功率放大器和天线，射频功率放大器的输出通过馈线与天线连接，它还包括一个驻波检测电路，所述的驻波检测电路包括定向耦合器、正向检波电路、反向检波电路、运算放大器、门限比较电路和衰减电路，定向耦合器的输入与馈线连接，定向耦合器的一路输出通过衰减电路与正向检波电路连接，定向耦合器的另一路输出通过衰减电路与反向检波电路连接，正向检波电路的输出与运算放大器的正相输入端连接，反向检波电路的输出与运算放大器的负相输入端连接，运算放大器的输出与门限比较电路相连，门限比较电路的输出与射频功率放大器相连。
所述的正向检波电路、反向检波电路均由对数检波器构成；所述的对数检波器为AD8362真功率对数检波器；所述的衰减电路由PIN二极管构成。
本实用新型的有益效果是：
（1）本实用新型提供一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置，采用驻波检测电路，利用对数检波器结合定向耦合器、运算放大器和相应控制电路实现的实时驻波门限检测，简化了实际电路的设计过程，提高了功放的输出功率和驻波比检测的准确度，及时、有效地对功放输出负载发生变化时作出反应，极大地提高了功率放大器的可靠性，对通信系统的可靠工作提供了很好的保证；
（2）本实用新型提供一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置，采用AD8362真功率对数检波器，其动态范围更宽，最高的可以达到100dB，其线性特性和温度稳定性也能够在整个动态范围内保持恒定，其输出检波电压与输入信号电平成正比，在驻波比检测和增益测量方面具有广泛的应用。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型的电路结构图；
图3为耦合器的方向性与反射系数之间的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
如图1、图2、图3所示，一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置，它包括射频功率放大器和天线，射频功率放大器的输出通过馈线与天线连接，它还包括一个驻波检测电路，所述的驻波检测电路包括定向耦合器、正向检波电路、反向检波电路、运算放大器LM、门限比较电路和衰减电路，定向耦合器的输入与馈线连接，定向耦合器的一路输出通过由PIN二极管D3构成的衰减电路与由AD8362真功率对数检波器D1构成的正向检波电路连接，定向耦合器的另一路输出通过由PIN二极管D4构成的衰减电路与由AD8362真功率对数检波器D2构成的反向检波电路连接，正向检波电路的输出端与运算放大器LM的正相输入端连接，反向检波电路的输出端与运算放大器LM的负相输入端连接，运算放大器LM的输出与门限比较电路相连，门限比较电路的输出与射频功率放大器相连，电阻R1、R2以及R3、R4分别为运算放大器LM的正负相输入提供偏置电压、限流及反馈补偿等作用。
本实用新型的工作过程： 
代表从射频功率放大器输出至天线的功率，称之为入射波功率，
代表从天线端反射的功率，称之为反射波功率，入射波功率和反射波功率的单位都为
，假定定向耦合器的耦合度为
，方向性为
，正反向检波支路上的衰减器的衰减量为
，可得：
入射波耦合到正向检波电路入口处的电平值为：
（1）
反射波耦合到正向检波电路入口处的电平值为：
（2）
那么，正向检波电路入口处的总功率为
，对应的电平值为
，同样可以得到，反向检波电路入口处的总功率为
，对应的电平值为
，AD8362真功率对数检波器的检波特性函数为
，也就是
，即输出检波电压和检波器输入电平呈线性关系。
正向检波电路输出电压
和反向检波输出电压分别为： （3）
根据反射系数的定义可得：
（6）
将（6）式代入（5）式可以得到：
（7）
从公式（7）可以看出，定向耦合器的耦合度C对于正、反向两路检波电路的差值是没有影响的，但定向耦合器的方向性对其的影响是显著的，得出定向耦合器的方向性与反射系数之间的关系曲线如图3所示，从图3中的曲线可以看出，与反射系数呈现单调的函数关系，也就是说，当值确定以后，就可以由公式（7）唯一地确定，随着方向性D的增大，对应于不同反射系数的值之间的差别相应增大，这有利于我们在实际应用中针对不同的驻波情况进行处理，相反，随着方向性D的减小，曲线的变化趋于平缓，不同的反射系数对应的之间的差别减小，很难针对不同的驻波情况进行区分和保护，这个结果对定向耦合器的方向性指标提出了要求，通常情况下，方向性在15dB以上就能够很好地满足实际需求了。
根据驻波比与反射系数的数学关系
计算出当VSWR等于3和6时分别对应的反射系数分别为1/2和5/7，将该值代入（7）式中，并且假定定向耦合器的方向性为20dB，就可以得到驻波比为3和6时正反向检波电压之差分别为0.29和0.14，若将检波器之后连接的运算放大器的增益设定为10，从而将运算放大器的输出和已设定的两个门限相比较，当在0.14以下时，功放正常工作；当高于0.14低于0.29时，控制电路控制衰减器使功放输出衰减10dB；当高于0.29时，控制电路关闭功放，同时向系统发出高电平—过驻波告警信号。
Claims (3)
1.一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置，它包括射频功率放大器和天线，射频功率放大器的输出通过馈线与天线连接，其特征在于：它还包括一个驻波检测电路，所述的驻波检测电路包括定向耦合器、正向检波电路、反向检波电路、运算放大器、门限比较电路和衰减电路，定向耦合器的输入与馈线连接，定向耦合器的一路输出通过衰减电路与正向检波电路连接，定向耦合器的另一路输出通过衰减电路与反向检波电路连接，正向检波电路的输出与运算放大器的正相输入端连接，反向检波电路的输出与运算放大器的负相输入端连接，运算放大器的输出与门限比较电路相连，门限比较电路的输出与射频功率放大器相连。
2.根据权利要求1所述的一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置，其特征在于：所述的正向检波电路、反向检波电路均由对数检波器构成。
3.根据权利要求1所述的一种新颖的功率放大器在线功率和驻波检测装置，其特征在于：所述的衰减电路由PIN二极管构成。
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Denomination of utility model: Novel online power and standing wave detection device of power amplifier Effective date of registration: 20130910 Granted publication date: 20120815 Pledgee: Bank of Chengdu science and technology branch of Limited by Share Ltd Pledgor: Chengdu Tiger Microwave Technology Co., Ltd. Registration number: 2013510000003 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
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Date of cancellation: 20150707 Granted publication date: 20120815 Pledgee: Bank of Chengdu science and technology branch of Limited by Share Ltd Pledgor: Chengdu Tiger Microwave Technology Co., Ltd. Registration number: 2013510000003 |
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| CX01 | Expiry of patent term |