CN210609070U - 一种军、专网高线性射频双向功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种军、专网高线性射频双向功率放大器，属于无线通讯技术领域，该功率放大器包括脉冲开关信号产生电路、功率放大电路、收发切换电路和低噪声放大电路等，该实用新型采用一级放大电路完成整个大功率的高线性设计，功放在工作于10W工作状态时的EVM指标优于‑30dB，能够满足高调制方式对于高线性度的要求，满足军、专网通信在传输距离远、无线传输环境复杂以及需要宽带传输的应用环境。

Description

一种军、专网高线性射频双向功率放大器

技术领域

本实用新型涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种军、专网高线性射频双向功率放大器。

背景技术

目前，通信需求越来越向多媒体化、多样化、高带宽化发展，有线网络已经相对完善，多数地方也实现了Wi-Fi的覆盖。但是针对特定应用，如军、专网等特殊需求，需要快速地建立起一套专用的无线接入系统，在几十公里的范围内，提供高带宽接入，方便地实现移动或游牧式的通信，并可根据情况，选择自行组网，或者通过网络的某个节点连接到其他的专用或公用网络中。

为了应对现代社会对宽带无线数据传输的需求以及提高无线设备的传输距离的要求，进一步提高无线数据的传输效率是无线通信的必然的发展趋势。在宽带无线传输系统中，多采用具有高频谱利用率的QPSK、QAM、OFDM等数字调制技术来传输相应的无线信号，因此在发射端使用的发射机需具有良好的线性度以保持调制信号的品质及避免互调失真干扰到临近的通道。传统的正交调制发射机架构具备优异的射频性能，应用在OFDM系统时需要使用高线性度功率放大器避免信号失真，但高线性度功率放大器转换效率低，且在高功率输出时由于功率饱和现象导致线性度恶化，一般会采用功率回退的方式牺牲效率换取线性度，因此转换率不佳是此架构无法克服的先天缺点。

现有的基于OFDM的功率放大器，一般都采用两级或者两路功放合成放大来达到大功率的应用，但此种解决方案的缺点在于，两级放大是将发射功率的增益以及功率都达到了设计要求，但是其他的指标都做了了牺牲，特别是EVM值，在实际的测试中发现EVM指标很差。

实用新型内容

针对上述技术问题，本使用新型专利设计了一级放大电路完成整个大功率的高线性设计，功放在工作于10W工作状态时的EVM指标优于-30dB，能够满足高调制方式对于高线性度的要求，满足军、专网通信在传输距离远、无线传输环境复杂以及需要宽带传输的应用环境。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种军、专网高线性射频双向功率放大器包括脉冲开关信号产生电路、功率放大电路、收发切换电路和低噪声放大电路，其中：所述脉冲开关信号产生电路用于生成脉冲控制开关信号以及提供电压脉冲，脉冲开关信号产生电路包括第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器、第一三极管、第二三极管、第一射频开关和第二射频开关，所述第五运算放大器的正输入端接收脉冲信号，第五运算放大器的输出端分别连接至第一运算放大器的正输入端、第二运算放大器的负输入端、第三运算放大器的负输入端以及第四运算放大器的正输入端，所述第一运算放大器的负输入端分别连接分压电路和第二运算放大器的正输入端，所述第二运算放大器的正输入端与第三运算放大器的正输入端以及第四运算放大器的负输入端相互连接，所述第一运算放大器的输出端通过第七电阻分别连接第一射频开关的第六引脚和第二射频开关的第六引脚，所述第二运算放大器的输出端通过第二电阻分别连接第一射频开关的第四引脚和第二射频开关的第四引脚，所述第三运算放大器的输出端通过第八电阻和第九电阻连接第一三极管的基极，所述第四运算放大器的输出端通过第四电阻和第十电阻连接第二三极管的基极，所述第一射频开关的第一引脚连接发射输入端，第一射频开关的第三引脚连接发射输出端，第一射频开关的第五引脚连接第一端口，所述第二射频开关第五引脚连接第二端口，所述第一三极管的集电极连接发送源，第二三极管的集电极连接接收源；所述功率放大电路用于双向功率放大，功率放大电路包括功率放大器和环形器，所述功率放大器的栅极连接开关端，功率放大器的栅极通过第九零一电容分别连接发射源和发射输入端，功率放大器的源极接地，功率放大器的漏极通过第九一六电容连接环形器的第二端，所述环形器的第三端连接至低噪声放大电路，环形器的第二端连接第三端口，所述第三端口和第一端口以及第二端口互连；所述收发切换电路基于脉冲开关信号产生电路的控制信号来控制功率放大器的开关状态，收发切换电路包括第六零六三极管和第六零七三极管，所述第六零六三极管的集电极通过第六零五电阻和六零六电阻连接开关端，第六零六三极管基极连接第六零七三极管的集电极，所述第六零七三极管的基极通过RC电路连接判决信号端；所述低噪声放大电路包括噪声放大器，所述噪声放大器的第二引脚通过第一电阻和第一电容连接环形器的第三端，噪声放大器的第六引脚通过π型衰减网络电路连接接收输出端。

优选的，还包括内部电源电路，所述内部电源电路用于将+28V直流电压降低至+12V和+5V，内部电源电路包括L7812芯片和78M05芯片构成的直流偏置电源电路。

优选的，所述分压电路包括电位器和第六电阻，所述电位器和第六电阻组成分压电路用以调节参考电压。

优选的，还包括π型衰减网络电路，所述π型衰减网络电路包括第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述第六电阻的一端连接第四电阻的一端，第六电阻的另一端连接第五电阻的一端，第四电阻的另一端和第五电阻的另一端接地。

优选的，所述第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器和第五运算放大器为ADA4891-2型运算放大器，所述第一射频开关和第二射频开关为HMC221型射频开关，所述第一三极管和第二三极管为NPN型三极管，所述功率放大器为BLF6G10-200RN型功率放大器，所述噪声放大器为MAAL-010705型噪声放大器。

本实用新型的电源电路具有以下有益效果：

本实用新型使用微带线耦合输出功率并转化为直流信号；使用运算放大器将耦合并检波的直流信号进行放大；使用四个运算放大器来生成脉冲控制开关信号以及供电压脉冲；使用噪声放大器对接收的信号进行低噪声放大；使用两组射频开关对功放的收发判断进行；使用一级功率放大器对射频信号进行功率放大，该方案可以满足军、专网通信在传输距离远、无线传输环境复杂以及需要宽带传输的应用环境，采用一级放大完成整个大功率的高线性设计，功放在工作于10W工作状态时的EVM指标优于-30dB，满足高调制方式对于高线性度的要求，保证无线通信设备在障碍物较多的环境下通信信号质量。

附图说明

图1为本实用新型中脉冲开关信号产生电路的结构示意图；

图2为本实用新型中功率放大电路及低噪声放大电路的结构示意图；

图3为本实用新型中内部电源结构示意图；

图4为本实用新型中收发切换电路的结构示意图。

具体实施方式

根据附图所示，对本实用新型进行进一步说明：

如图1至图4所示，一种军、专网高线性射频双向功率放大器包括脉冲开关信号产生电路、功率放大电路、收发切换电路和低噪声放大电路，具体的，本实用新型使用微带线耦合输出功率并转化为直流信号；使用运算放大器将耦合并检波的直流信号进行放大；使用U1A、U1B、U2A、U2B四组运算放大器来生成脉冲控制开关信号以及供电压脉冲；使用噪声放大器U1对接收的信号进行低噪声放大；使用射频开关S1和S2对功放的收发判断进行；使用一级功率放大电路对射频信号进行功率放大。

其中如图1所示，脉冲开关信号产生电路用于生成脉冲控制开关信号以及提供电压脉冲，脉冲开关信号产生电路包括第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B、第三运算放大器U2A、第四运算放大器U2B、第五运算放大器U5A、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一射频开关S1和第二射频开关S2，第五运算放大器U5A的正输入端P接收脉冲信号，第五运算放大器U5A的输出端分别连接至第一运算放大器U1A的正输入端、第二运算放大器U1B的负输入端、第三运算放大器U2A的负输入端以及第四运算放大器U2B的正输入端，第一运算放大器U1A的负输入端分别连接分压电路和第二运算放大器U1B的正输入端，第二运算放大器U1B的正输入端与第三运算放大器U2A的正输入端以及第四运算放大器U2B的负输入端相互连接，第一运算放大器U1A的输出端通过第七电阻R7分别连接第一射频开关S1的第六引脚和第二射频开关S2的第六引脚，第二运算放大器U1B的输出端通过第二电阻R2分别连接第一射频开关S1的第四引脚和第二射频开关S2的第四引脚，第三运算放大器U2A的输出端通过第八电阻R8和第九电阻R9连接第一三极管Q1的基极，第四运算放大器U2B的输出端通过第四电阻R4和第十电阻R10连接第二三极管Q2的基极，第一射频开关S1的第一引脚连接发射输入端EIN，第一射频开关S1的第三引脚连接发射输出端EOUT，第一射频开关S1的第五引脚连接第一端口T1，第二射频开关S2第五引脚连接第二端口T2，第一三极管Q1的集电极连接发送源ES，第二三极管Q2的集电极连接接收源RS。

具体的，分压电路包括电位器VR1和第六电阻R6，电位器VR1和第六电阻R6组成分压电路用以调节参考电压。

如图2所示，功率放大电路用于双向功率放大，功率放大电路包括功率放大器PA和环形器H，功率放大器PA的栅极连接开关端VGG_enable，功率放大器PA的栅极通过第九零一电容C901分别连接发射源ES和发射输入端EIN，功率放大器PA的源极接地，功率放大器PA的漏极通过第九一六电容C916连接环形器H的第二端，环形器H的第三端连接至低噪声放大电路，环形器H的第二端连接第三端口T3，第三端口T3和第一端口T1以及第二端口T2互连；低噪声放大电路包括噪声放大器U1，噪声放大器U1的第二引脚通过第一电阻R1和第一电容C1连接环形器H的第三端，噪声放大器U1的第六引脚通过π型衰减网络电路连接接收输出端ROUT。

需要说明的是，还包括π型衰减网络电路，π型衰减网络电路包括第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6，第六电阻R6的一端连接第四电阻R4的一端，第六电阻R6的另一端连接第五电阻R5的一端，第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的另一端接地。

如图3所示，还包括内部电源电路，内部电源电路用于将+28V直流电压降低至+12V和+5V，内部电源电路包括L7812芯片和78M05芯片构成的直流偏置电源电路。内部电源电路从电源输入口过来的28V直流电压经过U3降压稳压后变成12V，作为直流偏置电源，12V通过U4降压稳压后成功运放U1A、U1B、U2A、U2B、S1、S2的工作电源。

如图4所示，收发切换电路基于脉冲开关信号产生电路的控制信号来控制功率放大器PA的开关状态，收发切换电路包括第六零六三极管Q606和第六零七三极管Q607，第六零六三极管Q606的集电极通过第六零五电阻R605和六零六电阻R606连接开关端VGG_enable，第六零六三极管Q606基极连接第六零七三极管Q607的集电极，第六零七三极管Q607的基极通过RC电路连接判决信号端PA_ON。图中，三极管Q607和Q606协同作用，通过送来的PA开关的判决信号决定功率放大器PA是处在开还是关的状态，判决信号为1高电平时，功放处于工作的状态，判决信号为0低电平信号时，功率放大器处于关闭状态。

具体的，本实施例中第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B、第三运算放大器U2A、第四运算放大器U2B和第五运算放大器U5A为ADA4891-2型运算放大器，第一射频开关S1和第二射频开关S2为HMC221型射频开关，第一三极管Q1和第二三极管Q2为NPN型三极管，功率放大器PA为BLF6G10-200RN型功率放大器，噪声放大器U1为MAAL-010705型噪声放大器。

本实用新型的工作原理：军、专网无线通信设备的射频输出端接入信号，经过微带耦合电路、检波电路、脉冲开关信号产生电路、功率放大电路、收发切换电路、低噪声放大电路。无线通信设备射频RF输出口送入的射频信号经过微带线进行定向耦合，耦合过来的信号送入运算放大器U5A进行放大，放大的信号通过U1A产生一路正向脉冲信号，通过U1B产生一路反向脉冲信号，通过U2A产生一路反向脉冲信号，通过U2B产生一路正向脉冲信号，U1A产生的正向脉冲信号经过电阻R7后送入到射频开关S1和S2的6脚，U1B产生的脉冲信号通过电阻R2后送入到S1和S2的4脚，以上两路信号作为射频收发开关判决射频是处于发送状态还是处于收状态的判决依据。其中电位器VR1与R6组成了的分压电路用以调节参考电压。其中三极管Q1和Q2为对PA功率放大器处于发射和接收判决信号进行放大，可调电阻R11和R12作为对参考电平的调节器。当控制开关信号判决为发射状态，从无线通信设备送入的RF射频信号进入到功率放大器，功率放大器PA处于发射状态。当控制开关信号判决为接收状态，从天线口接收来的射频信号经过环形器，经过隔直电容C1，送入低噪声放大器U1，对接收到的RF射频信号进行放大，R4、R5、R6三个电阻组成的π型衰减网络将按照设计要求的低噪声放大倍数对信号进行相应的衰减，处理后的射频信号送入到无线通信设备。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种军、专网高线性射频双向功率放大器，其特征在于，包括脉冲开关信号产生电路、功率放大电路、收发切换电路和低噪声放大电路，其中：

所述脉冲开关信号产生电路用于生成脉冲控制开关信号以及提供电压脉冲，脉冲开关信号产生电路包括第一运算放大器(U1A)、第二运算放大器(U1B)、第三运算放大器(U2A)、第四运算放大器(U2B)、第五运算放大器(U5A)、第一三极管(Q1)、第二三极管(Q2)、第一射频开关(S1)和第二射频开关(S2)，所述第五运算放大器(U5A)的正输入端(P)接收脉冲信号，第五运算放大器(U5A)的输出端分别连接至第一运算放大器(U1A)的正输入端、第二运算放大器(U1B)的负输入端、第三运算放大器(U2A)的负输入端以及第四运算放大器(U2B)的正输入端，所述第一运算放大器(U1A)的负输入端分别连接分压电路和第二运算放大器(U1B)的正输入端，所述第二运算放大器(U1B)的正输入端与第三运算放大器(U2A)的正输入端以及第四运算放大器(U2B)的负输入端相互连接，所述第一运算放大器(U1A)的输出端通过第七电阻(R7)分别连接第一射频开关(S1)的第六引脚和第二射频开关(S2)的第六引脚，所述第二运算放大器(U1B)的输出端通过第二电阻(R2)分别连接第一射频开关(S1)的第四引脚和第二射频开关(S2)的第四引脚，所述第三运算放大器(U2A)的输出端通过第八电阻(R8)和第九电阻(R9)连接第一三极管(Q1)的基极，所述第四运算放大器(U2B)的输出端通过第四电阻(R4)和第十电阻(R10)连接第二三极管(Q2)的基极，所述第一射频开关(S1)的第一引脚连接发射输入端(EIN)，第一射频开关(S1)的第三引脚连接发射输出端(EOUT)，第一射频开关(S1)的第五引脚连接第一端口(T1)，所述第二射频开关(S2)第五引脚连接第二端口(T2)，所述第一三极管(Q1)的集电极连接发送源(ES)，第二三极管(Q2)的集电极连接接收源(RS)；

所述功率放大电路用于双向功率放大，功率放大电路包括功率放大器(PA)和环形器(H)，所述功率放大器(PA)的栅极连接开关端(VGG_enable)，功率放大器(PA)的栅极通过第九零一电容(C901)分别连接发射源(ES)和发射输入端(EIN)，功率放大器(PA)的源极接地，功率放大器(PA)的漏极通过第九一六电容(C916)连接环形器(H)的第二端，所述环形器(H)的第三端连接至低噪声放大电路，环形器(H)的第二端连接第三端口(T3)，所述第三端口(T3)和第一端口(T1)以及第二端口(T2)互连；

所述收发切换电路基于脉冲开关信号产生电路的控制信号来控制功率放大器(PA)的开关状态，收发切换电路包括第六零六三极管(Q606)和第六零七三极管(Q607)，所述第六零六三极管(Q606)的集电极通过第六零五电阻(R605)和六零六电阻(R606)连接开关端(VGG_enable)，第六零六三极管(Q606)基极连接第六零七三极管(Q607)的集电极，所述第六零七三极管(Q607)的基极通过RC电路连接判决信号端(PA_ON)；

所述低噪声放大电路包括噪声放大器(U1)，所述噪声放大器(U1)的第二引脚通过第一电阻(R1)和第一电容(C1)连接环形器(H)的第三端，噪声放大器(U1)的第六引脚通过π型衰减网络电路连接接收输出端(ROUT)；

还包括内部电源电路，所述内部电源电路用于将+28V直流电压降低至+12V和+5V，内部电源电路包括L7812芯片和78M05芯片构成的直流偏置电源电路；

所述分压电路包括电位器(VR1)和第六电阻(R6)，所述电位器(VR1)和第六电阻(R6)组成分压电路用以调节参考电压。

2.根据权利要求1所述的军、专网高线性射频双向功率放大器，其特征在于，还包括π型衰减网络电路，所述π型衰减网络电路包括第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第六电阻(R6)，所述第六电阻(R6)的一端连接第四电阻(R4)的一端，第六电阻(R6)的另一端连接第五电阻(R5)的一端，第四电阻(R4)的另一端和第五电阻(R5)的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的军、专网高线性射频双向功率放大器，所述第一运算放大器(U1A)、第二运算放大器(U1B)、第三运算放大器(U2A)、第四运算放大器(U2B)和第五运算放大器(U5A)为ADA4891-2型运算放大器，所述第一射频开关(S1)和第二射频开关(S2)为HMC221型射频开关，所述第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)为NPN型三极管，所述功率放大器(PA)为BLF6G10-200RN 型功率放大器，所述噪声放大器(U1)为MAAL-010705型噪声放大器。

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