CN105227144B - 一种固态功率放大器的过激励保护电路及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固态功率放大器技术领域，本发明公开了一种固态功率放大器的过激励保护电路，具体包括自动电平控制环路和开关控制环路。通过设置自动电平控制环路的门限值，实现将过激励输入功率稳定在某一额定的功率电平；通过设置开关控制环路的时延或门限实现在自动电平控制环路起控后，打开射频开关，防止起控前的过激励信号进入射频放大链路。通过两个电路的配合使用，在输入为过激励信号时，实现对后续设备的保护，同时把输入的过激励信号进行幅度控制而不仅仅是现有技术中使用的延时开关的通断来防止过激励。本发明中未使用通用的过激励保护器件限幅器，从而避免发射***谐波、三阶交调、噪声系数等指标的恶化。本发明还公开了固态功率放大器的过激励保护的实现方法。

Description

一种固态功率放大器的过激励保护电路及其实现方法

技术领域

本发明涉及固态功率放大器技术领域，具体是一种固态功率放大器的过激励保护电路及实现方法，在不恶化线性度的前提下，同时解决输入信号过大导致的过激励以及自身温度特性造成的过激励。

背景技术

固态功率放大器的输出功率随着输入功率的增大而逐渐饱和，如果输入功率继续增加（过激励），***的谐波、三阶交调、噪声系数等线性度指标将很快恶化，同时固态功率器件如砷化镓、氮化镓微波功率管将可能造成烧毁。

固态功率放大器在使用过程中，过激励主要来自两个方面。一是输入端信号过大，如误输入或当功放前端模块有ALC电路时，在环路稳定之前的过冲；二是固态功放自身的温度特性造成，在低温时，放大链路增益大幅增加，此时同样的射频输入功率将造成功率放大器的过激励。

现有解决固态功率放大器过激励的方法主要是在输入端加限幅器。当输入功率大于一定值时，通过限幅器的斩波特性，将使输入功率恒定在某固定值。由于限幅器主要是利用了半导体的非线性特性，将导致发射***谐波、三阶交调、噪声系数等指标的恶化。且单独的限幅器不能解决功放自身温度特性造成的过激励问题。

CN 200810239302.9的专利公开了一种过激励保护电路，由耦合器、功率检测模块、电压比较模块、开关/衰减模块和延时模块组成。耦合器将输入的主信号的一部分进行耦合，得到功率信号传输给功率检测模块；功率检测模块将功率信号的幅度转化为相应的电压提供给电压比较模块；电压比较模块将接收到的电压与设置的门限电压进行比较，以产生控制信号；开关/衰减模块根据控制信号的高低电平控制链路的导通和断开，从而实现对后级设备的保护。延时模块，用于根据耦合器、功率检测模块和电压比较模块的响应时间总和设置延时时间，防止主信号在控制信号之前到达开关/衰减模块。本发明还公开了一种过激励保护方法，以达到在过激励保护时响应迅速、稳定性高和应用灵活的目的。该专利通过开关/衰减模块的断开以及导通来实现过激励保护，当功率检测模块的电压信号中的电压值大于门限电压，则输出低电平控制开关/衰减模块断开链路，通过断开链路的方式来保护后级设备，即过激励时简单断开链路，但这样的过激励保护电路无法应用在射频微波固态功率放大器中，达到微秒级的延时。从该专利的记载来看，该专利延时电路在射频主链路中，主链路为射频微波链路，延时电路实现困难，根据经验，最多只能实现几纳秒的延时，过长的时延无法实现；而其下支路的检波比较电路的延时一般要达到微秒级，因此要实现延时电路延时量长于下支路的检波比较电路来控制开关通断，没有可实现性，因此该专利中的过激励保护电路无法应用在射频微波频段的固态功率放大器中。同时该专利中如果输入过激励信号一直持续，开关不会打开，射频链路将不会工作。

发明内容

针对现有技术中的过激励保护电路存在的采用限幅器导致发射***谐波、三阶交调、噪声系数等指标的恶化以及限幅器不能解决功放自身温度特性造成的过激励的技术问题，本发明公开了一种固态功率放大器的过激励保护电路。本发明还公开了一种固态功率放大器的过激励保护实现方法。

本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种固态功率放大器的过激励保护电路，其具体包括自动电平控制环路和开关控制环路，所述开关控制环路用于在自动电平控制环路起控后，再打开射频开关，所述自动电平控制环路包括耦合器、检波放大电路、第一比较器、第一门限电路和压控衰减器，所述压控衰减器的输入端连接主信号的输入，输出端连接耦合器的输入端，耦合器的一部分信号输出给检波放大电路，一部分信号输出给开关控制环路的射频开关；检波放大电路的输出分别连接第一比较器和开关控制环路的延时电路，第一比较器连接第一门限电路，其比较结果作为控制信号输入给压控衰减器。

更进一步地，上述开关控制环路包括耦合器、检波放大电路、延时电路、第二比较器、第二门限电路和射频开关，所述延时电路连接第二比较器，第二比较器连接第二门限电路，第二比较器的比较结果作为控制信号输入给射频开关。

更进一步地，上述过激励保护电路还包括低温过激励保护电路，所述低温过激励保护电路采用温度补偿衰减器实现，所述温度补偿衰减器的输入端连接射频开关，输出端连接射频放大链路。

本发明还公开了一种固态功率放大器的过激励保护电路的实现方法，其具体包括以下步骤：当输入给压控衰减器的输入信号为过激励信号时，通过自动电平控制环路进行控制，将输出信号从T1时刻开始进行限幅，同时通过开关控制环路中的延时，在T2时刻才导通射频开关，其中Ｔ2大于T1。

更进一步地，上述方法具体为通过调整自动电平控制环路中的第一门限电路的门限电平，来控制自动电平控制环路的输出功率。

更进一步地，上述方法还包括通过调整开关控制环路中的总延时量和过激励保护门限电平，使得Ｔ2大于T1。

更进一步地，上述方法还包括通过温度补偿衰减器解决低温时射频放大链路的过激励。

通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果为：本电路未引入非线性器件，射频链路的压控衰减器、耦合器和射频开关均具有良好的线性度。同时固态功放输出功率的大小可以由第一门限电路自由调节，过激励的门限可以通过第二门限电路自由调节。经测试，此电路适用于带宽小于10%的连续波固态功率放大器的过激励保护。可以实现当输入功率动态变化10dB以上，且温度变化-35℃～+70℃的条件下，保证固态功率放大器的输出功率变化小于0.5dB，固态功率放大器的抗过激励输入功率可达20dBm以上。

本专利中的延时电路在检波之后，其属于低频电路，因此可以实现微秒级的延时。本专利由于加入ALC电路，当过激励信号一直持续时，ALC电路将把过激励信号的幅度降低到额定输入功率电平，链路可以照常工作。本专利由于加入了温度补偿电路，可以防止低温过激励问题。

附图说明

图1为本发明的固态功率放大器的过激励保护电路的实现原理图。

图2为本发明的信号分析图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式。

本发明公开了一种固态功率放大器的过激励保护电路，其具体包括自动电平控制环路和开关控制环路，所述开关控制环路用于在自动电平控制环路起控后，再打开射频开关，防止起控前的过激励信号进入射频放大链路，所述自动电平控制环路包括耦合器11、检波放大电路12、第一比较器13、第一门限电路22和压控衰减器14，所述压控衰减器14的输入端连接主信号的输入，输出端连接耦合器11的输入端，耦合器11的一部分信号输出给检波放大电路12，一部分信号输出给开关控制环路的射频开关；检波放大电路12的输出分别连接第一比较器13和开关控制环路的延时电路，第一比较器13连接第一门限电路22，其比较结果作为控制信号输入给压控衰减器14。本发明的过激励保护电路通过设置自动电平控制环路和开关控制环路，自动电平控制环路将输出功率V2稳定在某一额定的输入功率电平，开关控制环路用于在自动电平控制环路起控后，再打开射频开关，防止起控前的过激励信号进入射频放大链路，通过两个电路的配合使用，在输入为过激励信号时，实现对后续设备的保护。对输入的过激励信号通过自动电平控制环路进行幅度控制而不仅仅是现有技术中使用的延时开关的简单断开，本发明未使用限幅器，从而避免发射***谐波、三阶交调、噪声系数等指标的恶化。

更进一步地，上述开关控制环路包括耦合器11、检波放大电路12、延时电路15、第二比较器16、第二门限电路23和射频开关17。所述耦合器11的一部分信号输出给检波放大电路12，一部分信号输出给开关控制环路的射频开关，检波放大电路12的输出分别连接第一比较器13和开关控制环路的延时电路15，延时电路15连接第二门限电路23，其比较结果作为控制信号输入给射频开关17。

更进一步地，上述过激励保护电路还包括低温过激励保护电路，所述低温过激励保护电路采用温度补偿衰减器21实现，所述温度补偿衰减器21的输入端连接射频开关17，输出端连接射频放大链路3，所述温度补偿衰减器21的温度特性和射频放大链路3的温度特性互补。通过低温过激励保护电路实现温度补偿。温度衰减器可以采用EMC Technology的温度衰减器TVA0500N09W3S，温度系数为0.045dB/°。

图1为本发明的固态功率放大器的过激励保护电路的实现原理图，其过激励保护电路包括一个自动电平控制环路、一个开关控制环路和一个温度补偿电路。自动电平控制环路用于对输入过激励信号进行幅度控制；开关控制环路用于防止自动电平控制环路稳定之前，过激励信号进入射频放大链路；温度补偿电路用于补偿射频放大链路的温度特性，减小低温时的过激励。

本发明的信号分析如图2所示。当输入给压控衰减器14的输入信号为过激励信号V1时，通过自动电平控制环路(loop1)进行控制，将信号V2从T1时刻开始进行限幅，耦合器的输出信号如图2中的V2所示，同时通过开关控制环路中的延时，在T2时间点导通射频开关17，从而使得通过射频开关17之后的信号为V3所示的信号。其中Ｔ2大于或者等于T1，即输出功率稳定之前，让射频开关17处于断开状态，当自动电平控制环路(loop1)稳定后，通过比较器16产生控制信号打开射频开关17。

过激励保护电路主要包括输入过激励保护电路和低温过激励保护电路；输入过激励保护电路主要包括自动电平控制环路(loop1)和开关控制环路（Loop2）。当***输入过激励信号后，通过调节门限电路（22），自动电平控制环路(loop1)的输出功率V2将稳定在某一额定的输入功率电平，稳定时间为T1。

通过调整延时电路（15）的延时量和门限电路（23）的门限值可以调节开关控制环路（Loop2）的总延时量T2和过激励保护门限电平，使得T2＞T1。以此实现在自动电平控制环路(loop1)的输出功率稳定之前，让射频开关（17）处于断开状态，当自动电平控制环路(loop1)稳定后，通过比较器（16）产生控制信号打开射频开关（17）。

低温过激励保护电路采用温度补偿衰减器（21）来实现。温度补偿衰减器（21）的温度特性和射频放大链路（3）的温度特性互补，解决低温时射频放大链路的过激励的问题。

其中检波电路可以采用肖特基二极管检波，放大和比较电路采用运算放大器完成。延时电路（15）采用RC延时网路来实现，通过调节电阻电容的值，可以实现延时量的调节。

射频放大链路（3）的技术指标为：饱和输出功率为连续波51dBm，增益大于60dB；额定输出连续波50dBm，对应的额定输入功率为-10dBm；-35℃～+70℃条件下增益变化的温度系数为-0.04dB/°。

加入过激励保护电路后，当输入功率变化范围在-5dBm～5dBm，且温度变化-35℃～+70℃的条件下，固态功率放大器输出功率变化为50dBm～50.4dBm；固态功放抗过激励输入功率为20dBm。

上述的实施例中所给出的系数和参数，是提供给本领域的技术人员来实现或使用发明的，发明并不限定仅取前述公开的数值，在不脱离发明的思想的情况下，本领域的技术人员可以对上述实施例作出种种修改或调整，因而发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (6)

1.一种固态功率放大器的过激励保护电路，其特征在于具体包括自动电平控制环路和开关控制环路，所述开关控制环路用于在自动电平控制环路起控后，再打开射频开关，所述自动电平控制环路包括耦合器、检波放大电路、第一比较器、第一门限电路和压控衰减器，所述压控衰减器的输入端连接主信号的输入，输出端连接耦合器的输入端，耦合器的一部分信号输出给检波放大电路，一部分信号输出给开关控制环路的射频开关；检波放大电路的输出分别连接第一比较器和开关控制环路的延时电路，第一比较器连接第一门限电路，第一比较器的比较结果作为控制信号输入给压控衰减器；

所述开关控制环路包括耦合器、检波放大电路、延时电路、第二比较器、第二门限电路和射频开关，所述延时电路连接第二比较器，第二比较器连接第二门限电路，第二比较器的比较结果作为控制信号输入给射频开关；

所述自动电平控制环路用于对输入过激励信号进行幅度控制；开关控制环路用于防止自动电平控制环路稳定之前，过激励信号进入射频放大链路。

2.如权利要求1所述的固态功率放大器的过激励保护电路，其特征在于所述过激励保护电路还包括低温过激励保护电路，所述低温过激励保护电路采用温度补偿衰减器实现，所述温度补偿衰减器的输入端连接射频开关，输出端连接射频放大链路。

3.一种利用权利要求1所述固态功率放大器的过激励保护电路实现固态功率放大器过激励保护的方法，其具体包括以下步骤：当输入给压控衰减器的输入信号为过激励信号时，通过自动电平控制环路进行控制，将输出信号从T1时刻开始进行限幅，同时通过开关控制环路中的延时，在T2时刻才导通射频开关，其中Ｔ2大于T1。

4.如权利要求3所述的一种利用固态功率放大器的过激励保护电路实现固态功率放大器过激励保护的方法，其特征在于所述方法具体为通过调整自动电平控制环路中的第一门限电路的门限电平，来控制自动电平控制环路的输出功率。

5.如权利要求4所述一种利用固态功率放大器的过激励保护电路实现固态功率放大器过激励保护的方法，其特征在于所述方法还包括通过调整开关控制环路中的总延时量和过激励保护门限电平，使得Ｔ2大于T1。

6.如权利要求5所述一种利用固态功率放大器的过激励保护电路实现固态功率放大器过激励保护的方法，其特征在于所述方法还包括通过温度补偿衰减器解决低温时射频放大链路的过激励。