CN205160479U - Uhf频段的发射信道功率放大电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种UHF频段的发射信道功率放大电路，包括依次连接的带通滤波电路、衰减电路、第一驱动电路、数字分级衰减电路、第二驱动电路、末级功率放大电路、功率输出匹配调节电路、低通滤波电路，其中功率输出匹配调节电路的两个反馈输出端分别连接至第二驱动电路和末级功率放大电路的栅极偏置模块。本实用新型不仅可以减少输入信号过大时驱动电路中驱动管的功率压缩，从而提高杂散抑制能力，还可以根据实际需要完成对系统输出功率的自动控制，灵活地改变系统的输出功率，尤其是可以减少因改变末级功率放大电路的栅极偏置电压而引起的功放管输入和输出阻抗的变化而带来的负面影响。

Description

UHF频段的发射信道功率放大电路

技术领域

本实用新型涉及UHF频段数字集群通信技术领域，特别是涉及一种UHF频段的发射信道功率放大电路。

背景技术

接收信道和发射信道是通信系统中两个很重要的部分，接收信道主要完成接收信号的滤波、放大、变频以及解调处理；发射信道主要完成信号的调制、变频以及将信号放大到需要的功率，再经过天线发射出去。随着通信环境的变化和发展，节能环保越来越受到重视，对于那些通过电池供电的手持机和车载终端，要求发射信道中的末级功放具有较高的效率，同时也要求发射功率可控和可调；在UHF(UltraHighFrequency，特高频)频段，很多传统的末级功放都是采用控制偏置电压比如说栅极电压的方式来控制输出的功率，此方法操作简单方便，易于设计，但缺点是随着偏置电压的改变，功放管本身的输入和输出阻抗会发生改变，这样会导致输出效率的不稳定。

实用新型内容

基于此，为解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种UHF频段的发射信道功率放大电路，能稳定地控制输出功率。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用以下技术方案：

一种UHF频段的发射信道功率放大电路，包括带通滤波电路、衰减电路、第一驱动电路、调节所述第一驱动电路输出功率的数字分级衰减电路、第二驱动电路、末级功率放大电路、调节所述末级功率放大电路输出功率的功率输出匹配调节电路、低通滤波电路；

所述带通滤波电路、所述衰减电路、所述第一驱动电路、所述数字分级衰减电路、所述第二驱动电路、所述末级功率放大电路、所述功率输出匹配调节电路以及所述低通滤波电路依次连接，所述功率输出匹配调节电路的两个反馈输出端分别连接至第二驱动电路和末级功率放大电路的栅极偏置模块。

本实用新型通过在驱动电路之间加入高线性度的数字分级衰减电路的方式，不仅可以减少输入信号过大时驱动电路中驱动管的功率压缩，从而提高杂散抑制能力，还可以依据数字分级衰减电路与末级功率放大电路后端连接的功率输出匹配调节电路的相互配合，根据实际需要完成对系统输出功率的自动控制，灵活地改变系统的输出功率，尤其是可以减少因改变末级功率放大电路的栅极偏置电压(通过栅极偏置模块进行调节)而引起的功放管输入和输出阻抗的变化而带来的负面影响。

附图说明

图1为本实用新型的UHF频段的发射信道功率放大电路实施例一中的结构示意图；

图2为本实用新型的UHF频段的发射信道功率放大电路在实施例二中的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二中带通滤波电路和衰减电路的原理图；

图4为本实用新型实施例二中第一驱动电路、第三驱动电路以及数字分级衰减电路的原理图；

图5为本实用新型实施例二中功率输出匹配调节电路的原理图。

具体实施方式

下面将结合较佳实施例及附图对本实用新型的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。应当理解的是，尽管在下文中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

图1是本实用新型的UHF频段的发射信道功率放大电路实施例一中的结构示意图，如图1所示，本实施例中的UHF频段的发射信道功率放大电路包括带通滤波电路10、衰减电路20、第一驱动电路30、调节第一驱动电路30输出功率的数字分级衰减电路40、第二驱动电路50、末级功率放大电路60、调节末级功率放大电路60输出功率的功率输出匹配调节电路70、低通滤波电路80。

其中，带通滤波电路10、衰减电路20、第一驱动电路30、数字分级衰减电路40、第二驱动电路50、末级功率放大电路60、功率输出匹配调节电路70以及低通滤波电路80依次连接，功率输出匹配调节电路70的两个反馈输出端分别连接至第二驱动电路50和末级功率放大电路60的栅极偏置模块(图1中未示出)。

在该实施例中，带通滤波电路10主要用于抑制带外杂散，衰减电路20主要用于减少在输入信号较大时第一驱动电路30的增益压缩以及输出功率控制。第一驱动电路30、第二驱动电路50主要是为末级功率放大电路60提供合适的驱动功率。数字分级衰减电路40具有高线性度，通过外界的控制信号对第一驱动电路30的输出功率大小进行控制。末级功率放大电路60完成发射信道的功率放大，使功率达到预定的要求。功率输出匹配调节电路70完成末级功率输出的匹配，使得功率输出的效率最大化，而且功率输出匹配调节电路70可以将耦合过来的射频信号进行负反馈运算放大处理，两个反馈输出端输出的信号可控制第二驱动电路50中驱动管的栅极偏置电压和末级功率放大电路60中功放管的栅极偏置电压。当末级功率放大电路60输出功率增大时，功率调节反馈电路73反馈给第二驱动电路50中驱动管的栅极电压以及末级功率放大电路60中功放管的栅极电压就会降低，栅极电压的降低会导致输出功率的降低，从而达到调节输出功率的目的。而低通滤波电路80主要用于增大带外抑制，提高发射信道的杂散抑制，尤其是谐波抑制。

本实施例通过在第一驱动电路30和第二驱动电路50之间加入高线性度的数字分级衰减电路40的方式，不仅可以减少输入信号过大时驱动电路中驱动管的功率压缩，从而提高杂散抑制能力，还可以根据实际需要灵活的改变系统的输出功率，尤其是可以减少因改变末级功率放大电路60的栅极偏置电压(通过栅极偏置模块进行调节)而引起的功放管输入和输出阻抗的变化而带来的负面影响。

图2为本实用新型的UHF频段的发射信道功率放大电路在另一个实施例中的结构示意图，与上一个实施例相比，本实施例的区别在于UHF频段的发射信道功率放大电路还包括第三驱动电路90，第三驱动电路90的输入端与数字分级衰减电路40的输出端连接，第三驱动电路90的输出端与第二驱动电路50的输入端连接。

本实施二中采用了四级放大的结构形式，在保证输出功率的情况下，与传统技术采用两级放大的结构形式以及上述实施例中采用三级放大的结构形式相比，有效提高了发射信道的隔离度。下面对图2所示的UHF频段的发射信道功率放大电路的工作原理进行详细说明。

参照图2和图3，锁相环输出的射频信号先经过带通滤波电路10进行滤波处理，优选的，带通滤波电路10包括五阶巴特沃茨滤波器，最大化通道内平坦度，通道中心频率392MHz，通道带宽小于50MHz，此滤波器对带内信号具有较小的插损，对带外信号进行有效抑制。

优选的，衰减电路20为π型衰减电路，即采用电阻π型结构，可以根据实际情况设置衰减量，即根据实际锁相环输出的信号强弱设计其中的电阻值，最终的目的是保证第一驱动电路30的输入信号不要过大。

第一驱动电路30、数字分级衰减电路40以及第三驱动电路90均采用输入输出阻抗为50Ω的元器件，这种设计较为简单方便，便于后续的生产调试。具体的，第一驱动电路30包括单片集成低噪放大器，低噪特性有利于反射信道的杂散指标，同时，该单片集成低噪放大器具有高OIP3(OutputThird-orderInterceptPoint，输出三阶交调截取点)以及高动态范围，典型的噪声系数在400MHz时为0.5dB，增益典型值为22dB，OIP3典型值为39dBm；第三驱动电路90也包括单片集成低噪放大器，在800MHz时该单片集成低噪放大器的增益典型值大于15dB，OIP3典型值为41dBm，噪声系数小于1.9dB。

数字分级衰减电路40具有高线性度，可以通过外界的控制信号以一定的衰减步进对输出功率进行控制，同时可以减少当输入信号过大时第三驱动电路90和第二驱动电路50的增益压缩，本实施例中数字分级衰减电路40其最大衰减量达到31.5dB，衰减步进可低至0.5dB，IIP3(InputThird-orderInterceptPoint，输入三阶交调截取点)高达57dBm，支持串行和并行控制方式，具体原理框图如图4所示。

第二驱动电路50可采用硅功率MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，该功率放大管具有很高的效率，本实施例二中可选用效率典型值为65％、输出功率大于0.8W、增益大于14dB的硅功率MOSFET；末级功率放大电路60同样可采用硅功率MOSFET，具体可选用效率典型值为55％、增益大于10dB的硅功率MOSFET。

由于第二驱动电路50和末级功率放大电路60均选用高增益和高效率的硅功率MOSFET，使得发射信道在需要的频段内均能满足输出功率要求以及获得更高的效率，在整个发射频段内，输出功率大于15W，发射效率大于45％。但由于通常的高功率管输入和输出均是低阻抗状态，因此，较佳地，在第二驱动电路50和末级功率放大电路60的输入和输出端均要进行阻抗匹配的设计，其中，末级功率放大电路60输出的信号可采用微带以及集总电容和电感相结合的方式进行阻抗匹配。

在一种可选的实施方式中，如图5所示，功率输出匹配调节电路70包括输出匹配电路71、功率耦合检波电路72以及功率调节反馈电路73。输出匹配电路71的输入端与末级功率放大电路60的输出端连接，输出匹配电路71的输出端分别与低通滤波电路80的输入端、功率耦合检波电路72的输入端连接；功率调节反馈电路73的输入端与功率耦合检波电路72的输出端连接，功率调节反馈电路73的两个反馈输出端分别连接至第二驱动电路50和末级功率放大电路60的栅极偏置模块。

其中，输出匹配电路71可采用微带匹配以及集总元件电容和电感相结合的形式，这种形式保证了末级功率放大电路的输出效率最大化，比通常的集总匹配有一定的优势，尤其是在高功率输出的情况下，通常的末级功率放大电路的输出是低阻抗的，而在高功率输出的情况下要求后续器件具备较强地承受电流和电压的能力，而采用微带匹配的形式可以根据实际情况调节微带线的宽度和长度，降低了器件选择的难度。

功率耦合检波电路72可包括由电容和两个电阻串联组成的功率耦合电路以及检波管，具体的耦合功率可以通过该电容和电阻进行调节，功率耦合电路耦合过来的射频信号经过检波管进行检波整流处理后进入功率调节反馈电路73进行负反馈运算放大处理，功率调节反馈电路73的反馈输出控制第二驱动电路50中驱动管的栅极偏置电压和末级功率放大电路60中功放管的栅极偏置电压。当末级功率放大电路60输出功率增大时，功率耦合检波电路72耦合过来的功率增大，功率调节反馈电路73反馈给第二驱动电路50中驱动管的栅极电压以及末级功率放大电路60中功放管的栅极电压就会降低，栅极电压的降低会导致输出功率的降低，从而达到调节输出功率的目的。

优选的，低通滤波电路80包括椭圆函数滤波器，椭圆函数滤波器相对其他类型的滤波器具有良好的带外抑制能力，带外二次谐波的带外抑制大于60dB。因此，低通滤波电路80采用椭圆函数滤波器的形式，可在保证带内低插损的情况下，增大带外抑制，提高发射信道的杂散抑制，尤其是谐波抑制。

本实施例二中的带通滤波电路10、衰减电路20、第一驱动电路30、第三驱动电路90以及数字分级衰减电路40，每一部分均采用输入输出阻抗为50Ω的电路形式，简化了电路结构，降低了后续生产调试的难度；通过上述的级联设计方式以及驱动管的合理选择，可以提高系统的杂散抑制能力。

本实施例二通过在第一驱动电路30和第三驱动电路90之间加入高线性度的数字分级衰减电路40，不仅可以减少输入信号过大时驱动管的功率压缩，从而提高杂散抑制能力，最重要的是可以根据实际需要灵活的改变系统的输出功率，尤其是可以减少因改变末级功率放大电路的栅极偏置电压而引起的功放管输入和输出阻抗的变化而带来的负面影响。而本实施例二中第二驱动电路和末级功率放大电路均采用高增益和高效率的功率放大管，有利于提高系统效率。

综上，本实用新型通过在末级功率放大电路输出端连接的功率输出匹配调节电路耦合末级输出的射频信号，并基于运算放大电路的放大和负反馈的原理，自动调节输出功率幅度；末级功率放大电路后端连接的功率输出匹配调节电路和前述的高线性度的数字分级衰减电路相互配合，可根据实际需要完成对系统输出功率的自动控制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种UHF频段的发射信道功率放大电路，其特征在于，包括带通滤波电路、衰减电路、第一驱动电路、第二驱动电路、末级功率放大电路、低通滤波电路、调节所述第一驱动电路输出功率的数字分级衰减电路、调节所述末级功率放大电路输出功率的功率输出匹配调节电路；

所述带通滤波电路、所述衰减电路、所述第一驱动电路、所述数字分级衰减电路、所述第二驱动电路、所述末级功率放大电路、所述功率输出匹配调节电路以及所述低通滤波电路依次连接，所述功率输出匹配调节电路的两个反馈输出端分别连接至所述第二驱动电路和所述末级功率放大电路的栅极偏置模块。

2.根据权利要求1所述的UHF频段的发射信道功率放大电路，其特征在于，还包括第三驱动电路，所述第三驱动电路的输入端与所述数字分级衰减电路的输出端连接，所述第三驱动电路的输出端与所述第二驱动电路的输入端连接。

3.根据权利要求1或2所述的UHF频段的发射信道功率放大电路，其特征在于，所述带通滤波电路包括五阶巴特沃茨滤波器。

4.根据权利要求1或2所述的UHF频段的发射信道功率放大电路，其特征在于，所述衰减电路为π型衰减电路。

5.根据权利要求2所述的UHF频段的发射信道功率放大电路，其特征在于，所述第一驱动电路、所述第三驱动电路均包括单片集成低噪放大器，所述第二驱动电路、所述末级功率放大电路均包括硅功率MOSFET。

6.根据权利要求2所述的UHF频段的发射信道功率放大电路，其特征在于，所述功率输出匹配调节电路包括输出匹配电路、功率耦合检波电路以及功率调节反馈电路；

所述输出匹配电路的输入端与所述末级功率放大电路的输出端连接，所述输出匹配电路的输出端分别与所述低通滤波电路的输入端、所述功率耦合检波电路的输入端连接；所述功率调节反馈电路的输入端与所述功率耦合检波电路的输出端连接，所述功率调节反馈电路的两个反馈输出端分别连接至所述第二驱动电路和所述末级功率放大电路的栅极偏置模块。

7.根据权利要求1或2所述的UHF频段的发射信道功率放大电路，其特征在于，所述低通滤波电路包括椭圆函数滤波器。