一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種，特別是一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路。本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路。電路采用一個自動電平控制環(huán)路（ALC）、一個限幅器來實現(xiàn)。該電路實現(xiàn)了固態(tài)功率放大器隨輸入功率變化和溫度變化條件下，保證輸出功率恒定不變，同時實現(xiàn)了自動電平控制環(huán)路鎖定過程中射頻放大鏈路的輸入過激勵保護的功能。本實用新型當輸入信號功率值幅度變化時，自動電平控制環(huán)路將自動電平控制環(huán)路輸出功率值穩(wěn)定在自動電平控制環(huán)路輸出功率設定值；當所述自動電平控制環(huán)路輸出功率值經(jīng)過限幅器以及射頻放大鏈路后，形成的輸出功率穩(wěn)定在輸出功率設定值上。
【專利說明】
一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路
技術(shù)領域
[0001] 本實用新型涉及一種功率控制電路領域，特別是一種固態(tài)功率放大器的功率控制 電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在通信、導航等發(fā)射系統(tǒng)中，要求固態(tài)功率放大器在溫度變化和輸入功率變化的 條件下保證輸出功率保持不變。固態(tài)功率放大器輸出功率和過激勵由輸入功率直接決定， 固需要對輸入功率進行控制。
[0003] 固態(tài)功率放大器在使用過程中，引起輸入功率變化因素主要來自三個方面。一是 固態(tài)功率放大器的前級模塊輸出功率隨溫度或時間的變化;二是誤輸入或當功放前端模塊 有ALC電路時，在環(huán)路穩(wěn)定之前的過沖;三是固態(tài)功放自身的溫度特性造成，在低溫時，放大 鏈路增益大幅增加，造成輸出功率的變化。
[0004] 現(xiàn)有固態(tài)功率放大器功率控制的方法主要是采用自動電平控制環(huán)路。傳統(tǒng)的自動 電平控制環(huán)路在射頻放大鏈路后端處進行功率取樣，此結(jié)構(gòu)雖然可以補償射頻放大器的溫 度特性，但檢波電壓極易受到干擾，電磁兼容性能差;傳統(tǒng)的自動電平控制環(huán)路中電調(diào)衰減 器的控制電壓由差分放大電路產(chǎn)生，由于放大倍數(shù)有限，造成門限值不敏感，調(diào)試困難；同 時，ALC電路在鎖定過程中，會有短時間的過沖信號輸出，并進入射頻放大鏈路的輸入端，容 易導致射頻放大鏈路中功率放大器過激勵燒毀。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 本實用新型的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種固態(tài)功率放大器的 功率控制電路。電路采用一個自動電平控制環(huán)路、一個限幅器來實現(xiàn)。該電路實現(xiàn)了固態(tài)功 率放大器隨輸入功率變化和溫度變化條件下，保證輸出功率恒定不變，同時實現(xiàn)了自動電 平控制環(huán)路鎖定過程中射頻放大鏈路的輸入過激勵保護的功能。
[0006] 本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的：
[0007] -種固態(tài)功率放大器的功率控制電路包括：
[0008] 自動電平控制環(huán)路，用于當輸入信號功率值Pin幅度變化時，將自動電平控制環(huán)路 輸出功率值P2穩(wěn)定在自動電平控制環(huán)路輸出功率設定值當所述自動電平控制環(huán)路輸出 功率值P 2經(jīng)過限幅器以及射頻放大鏈路后，形成的輸出功率PciuJI定在輸出功率設定值 D 卜. rQlit 丄；
[0009] 限幅器，用于當自動電平控制環(huán)路穩(wěn)定過程中，自動電平控制環(huán)路輸出功率?2大 于自動電平控制環(huán)路輸出功率設定值^時，防止射頻放大鏈路處于過激勵輸入狀態(tài);所述 限幅器的限幅功率值瓦滿足^ + 5dB SS g + IOdB;
[0010] 所述自動電平控制環(huán)路包括電調(diào)衰減器、3dB電橋、檢波電路、差動積分器以及溫 補門限電路;所述輸入功率值Pin通過電調(diào)衰減器進行衰減后，進入3dB電橋的第一端口；3db 電橋?qū)⑺p信號分為兩個幅度相等的功率值P2及P3信號;其中自動電平控制環(huán)路輸出功率 值P 2的信號輸出至限幅器，然后通過射頻放大鏈路，形成固態(tài)功率放大器的輸出功率信 號；另外一路P3信號通過檢波電路后，形成檢波信號V+;溫補門限電路對電源進行分壓產(chǎn)生 溫補門限信號V-;所述分壓信號V+與溫補門限信號V-分別通過差動積分器產(chǎn)生控制信號Vt 后，通過控制信號Vt的大小控制電調(diào)衰減器的輸出信號，使得當輸入信號功率值Pin幅度變 化時，將輸出功率P?t穩(wěn)定在
[0011]溫度T°C時，固態(tài)功率放大器的輸出功率Ρ_=Ρ2+6()+Μ*(Τ-25°(：)，其中Go為射頻放大 鏈路和限幅器在25°C時的總增益，M為射頻放大鏈路增益隨溫度的變化系數(shù)，單位為dB/°C; 當Pin〈[時，自動電平控制環(huán)路處于開環(huán)狀態(tài)，P_ = P2+GQ+M*(T-25°C);當Pin > ^時， 自動電平控制環(huán)路處于閉環(huán)狀態(tài)

其中g(shù)'為25°C時自動電平控制環(huán)路的輸出功率設定值， ^為工作溫度范圍內(nèi)固態(tài)功率放大器的輸出功率額定值。
[0012] 進一步的，所述檢波電路包括第一電容Cl以及檢波器U2;所述3db電橋第三端口通 過第一電容Cl與檢波器U2輸入端口連接;檢波器輸出端口與差動積分器輸入端口連接。
[0013] 進一步的，所述溫補門限電路包括第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、二極管 Dl以及電源V ss;所述第一電阻Rl的一端與電源Vss相連，另一端與第二電阻R2-端、第三電 阻R3-端連接;第三電阻R3另一端通過二極管Dl接地;第二電阻R2另一端接地。電源通過第 一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、二極管Dl分壓形成溫補門限信號V-。
[0014]
其中 Vbr為二極管Dl在25°C時反向擊穿電壓VBR，VBR的溫度的變化系數(shù)為N，N的單位是V/°C;檢波 器在線性檢波區(qū)的檢波系數(shù)為K，K的單位是V/dB;要補償溫度T°C時射頻放大鏈路的增益隨
溫度變化量M* (T-25 °C )，需調(diào)整得到RI、R2、R3的值，使_ \ 立，M為射頻放大鏈路增益隨溫度的變化系數(shù)。
[0015] 進一步的，所述差動積分器包括第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻 R7、第二電容C2、第三電容C3以及運算放大器Ul;所述檢波器輸出端口通過第四電阻R4與第 五電阻R5-端、第六電阻R6-端共點連接;第五電阻R5另一端接地;第六電阻R6另一端接入 運算放大器正極輸入端;第二電容C2另一端與運算放大器Ul接地端同時接地;第四電阻R4、 第五電阻R5公共端產(chǎn)生分壓信號V+;溫補門限信號V-通過第七電阻R7接入運算放大器Ul負 極輸入端;所述第二電容跨接在預算放大器正極輸入端與接地端之間；第三電容跨接在負 極輸入端與運算放大器輸出端之間；其中要求第七電阻R7與第六電阻R6阻值相等，第二電 容C2和第三電容C3容值相等。
[0016]
L，Vt = 0,自動電平控制環(huán)路處于開環(huán)狀態(tài)，電調(diào)衰減器的衰減 量為最小值；當Pin > &，vT20自動電平控制環(huán)路處于閉環(huán)狀態(tài)，閉環(huán)鎖定后V+=V-，電調(diào) 衰減器控制電壓Vt = &]〇/+- V_)dt將不再變化，衰減量恒定，固態(tài)功率放大器的 輸出功率Pciut在輸入功率和溫度變化條件小都將穩(wěn)定在額定值IQ
[0017] 進一步的，所述運算放大器U2采用LM158;所述檢波器Ul采用LTC5531;所述二極管 Dl采用肖特基二極管CDC7631。
[0018] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是：
[0019] 傳統(tǒng)的自動電平控制環(huán)路中，電調(diào)衰減器的控制電壓Vt主要通過V+和V-的差分放 大來產(chǎn)生，由于放大倍數(shù)有限，檢波電壓V+需要高出門限電壓V--定量值時產(chǎn)生的Vt電壓才 能使系統(tǒng)閉環(huán)鎖定，門限電壓V4周試困難;本方案中采用差動積分電路代替差分放大電路， 有效解決此問題，門限電平靈敏度大大提高，環(huán)路鎖定時V+幾乎等于V-，門限值調(diào)試簡單。
[0020] 自動電平控制環(huán)路在鎖定過程中，輸出功率電平內(nèi)可能大大超過鎖定后的設定值 容易造成射頻放大鏈路的短時過激勵。本方案中在自動電平控制環(huán)路后在增加限幅器， 防止射頻放大鏈路的輸入過激勵。
[0021] 限幅器限幅功率^的選擇范圍為€ +SdB Sg+ IOdB;限幅器限幅功 率的下限值是了保證限幅器的限幅值^與實際工作點$有一定差值，以防止限幅器引入 過大的非線性;限幅器限幅功率的上限值是射頻放大器的輸入過激勵最大值。限幅器限幅 功率過小會引起系統(tǒng)線性度的極大惡化，過大將不能起到過激勵保護的功能。
[0022] 傳統(tǒng)的固態(tài)功率放大器的自動電平控制環(huán)路的功率取樣通常在射頻放大鏈路之 后，雖能補償射頻鏈路的溫度特性，但環(huán)路大，電磁兼容差。本方案的功率耦合在射頻放大 鏈路前，結(jié)構(gòu)緊湊，整個環(huán)路可以單獨進行電磁屏蔽且遠離射頻大功率部分，抗干擾能力大 大增強。
[0023] 經(jīng)測試，此電路適用于帶寬小于10%的連續(xù)波固態(tài)功率放大器的功率控制?？梢?實現(xiàn)當輸入功率動態(tài)變化8dB以上，且溫度變化-35 °C~+70 °C的條件下，保證固態(tài)功率放大 器的輸出功率變化小于〇.5dB，三階交調(diào)惡化小于2dBc，固態(tài)功率放大器的抗過激勵輸入功 率可達20dBm以上。
[0024]射頻放大鏈路的技術(shù)指標為:飽和輸出功率為連續(xù)波51dBm，增益大于60dB;額定 輸出連續(xù)波50dBm，對應的額定輸入功率為-5dBm，三階交調(diào)指標為15dBc。
【附圖說明】
[0025]圖1、是本發(fā)明原理框圖；
[0026]圖2、自動電平控制環(huán)路原理圖；
【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。
[0028] 為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0029] 本發(fā)明相關說明：
[0030] 1、檢波器:檢波器電源端口 VCC、V〇S接電源信號。檢波器接地端GND接地。當檢波器 使能端使能時，輸入信號通過檢波器輸入端口 Vin從高頻調(diào)幅波中檢出原調(diào)制信號 的，并通過檢波器輸出端口 Vout輸出原調(diào)制信號。
[0031] 2、Pin為固態(tài)功率放大器輸入功率;Pl為電調(diào)衰減器輸出功率;P2和P3為3dB電橋 輸出功率;P4為限幅器輸出功率;Pout為固態(tài)功率放大器輸出功率;Pin加上電調(diào)衰減器插 入損耗等于P1;P1加上3dB電橋的插入損耗等于P2和P3;P2加上限幅器插入損耗等于P4;P4 加上射頻放大鏈路增益等于Pout;
[0032] 為了驗證本發(fā)明的正確性，設計了 L波段輸出功率50dBm的固態(tài)功率放大器。樣件 原理框圖如圖2所示。
[0033] -種固態(tài)功率放大器的功率控制電路包括一個自動電平控制環(huán)路1以及一個限幅 器2。所述自動電平控制環(huán)路1包括電調(diào)衰減器11，3dB電橋12,檢波電路13,差動積分器14; [0034] 溫補門限電路15。所述檢波電路13包括第一電容Cl(除此之外還可以包括電阻R8、 電容C4、C5)、檢波器U2以及電源；
[0035] 差動積分器14包括第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7，第二電容 C2、第三電容C3 (除此之外，還可以包括C6、C7)、運算放大器Ul以及電源；
[0036] 所述溫補門限電路15包括第一電阻RU第二電阻R2、第三電阻R3、二極管Dl以及電 源。
[0037]固態(tài)功率放大器的輸入信號Pin接入電調(diào)衰減器11的1端口，電調(diào)衰減器11的2端 口接入3dB電橋12的1端口，3dB電橋12的2端口接入限幅器2，最后接入射頻放大鏈路3的輸 入端，經(jīng)過功率放大后輸出Pout。
[0038] 3dB電橋12的3端口通過第一電容Cl(還可以加上第五電容C4和匹配電阻R8)，接入 檢波器U2的Vin端;+5V電壓通過濾波電容C5接入檢波器U2的Vcc端;檢波器U2輸出端產(chǎn)生的 檢波信號通過的Vout端輸出。
[0039] 檢波器U2的Vout端輸出的檢波信號通過第四電阻R4、第五電阻R5分壓產(chǎn)生信號 V+;第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、二極管Dl對電源端進行分壓產(chǎn)生溫補門限信號 V一。V+和V-信號分別通過電阻R6、R7,電容C2、C3接入運算放大器U2的+INl和-INl端。運算放 大器U 2的V 〇 u 11端產(chǎn)生的控制信號V τ接入電調(diào)衰減器I 1的控制端3端口。其中 V- = VSS -+ [VBR +N* (T~ 25^)3rr ^ -，其中Vbr為二極 Ki + R;^ ' kI k2 'i~k2k：>+RiR3 管Dl在25°C時反向擊穿電壓VBR，VBR的溫度的變化系數(shù)為N，N的單位是V/°C;檢波器在線性 檢波區(qū)的檢波系數(shù)為K，K的單位是V/dB;要補償溫度T °C時射頻放大鏈路的增益隨溫度變化 量M*(T-25°C)，需調(diào)整得到R1、R2、R3的值，使等式N -= M * K成立，M為射 KXK2-I-K2K3+R1R3 頻放大鏈路增益隨溫度的變化系數(shù)。
[0040] 所述運算放大器U2采用LM158;所述檢波器Ul采用LTC5531;所述二極管Dl采用肖 特基二極管CDC7631。
[0041 ]當溫度T°C時，固態(tài)功率放大器的輸出功率P?t=P2+Go+M*(T-25°C)，其中Go為射頻放大鏈 路和限幅器在25°C時的總增益，M為射頻放大鏈路增益隨溫度的變化系數(shù)，單位為dB/Γ;當 巧11<巧時，自動電平控制環(huán)路處于開環(huán)狀態(tài)，?〇^=?2+〇〇參0'-25°〇;當巧 112^7時，自動電平控 制環(huán)路處于閉環(huán)狀態(tài)，P2 = ^ - M * (T - 2513):' Pout = P2 + G0 + M * (T - 25°C)= g+ G13 = 其中g(shù)為25°C時自動電平控制環(huán)路的輸出功率設定值，U為工作溫度 范圍內(nèi)固態(tài)功率放大器的輸出功率額定值。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已， 并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換 和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路，其特征在于包括： 自動電平控制環(huán)路，用于當輸入信號功率值Pin幅度變化時，將自動電平控制環(huán)路輸出 功率值P2穩(wěn)定在自動電平控制環(huán)路輸出功率設定值5";當所述自動電平控制環(huán)路輸出功率 值P2經(jīng)過限幅器W及射頻放大鏈路后，形成的輸出功率Pnut穩(wěn)定在輸出功率設定值^上； 限幅器，用于當自動電平控制環(huán)路穩(wěn)定過程中，自動電平控制環(huán)路輸出功率P2大于自動 電平控制環(huán)路輸出功率設定值^時，防止射頻放大鏈路處于過激勵輸入狀態(tài);所述限幅器 的限幅功率它所述自動電平控制環(huán)路包括電調(diào)衰減器、3dB電橋、檢波電路、差動積分器W及溫補口 限電路;所述輸入功率值Pin通過電調(diào)衰減器進行衰減后，進入3地電橋的第一端口；3化電橋 將衰減信號分為兩個幅度相等的功率值P2及P3信號；其中自動電平控制環(huán)路輸出功率值P2 的信號輸出至限幅器，然后通過射頻放大鏈路，形成固態(tài)功率放大器的輸出功率Pnut信號； 另外一路P3信號通過檢波電路后，形成檢波信號V+;溫補口限電路對電源進行分壓產(chǎn)生溫補 口限信號V-;所述分壓信號V+與溫補口限信號V-分別通過差動積分器產(chǎn)生控制信號Vt后，通 過控制信號Vt的大小控制電調(diào)衰減器的輸出信號，使得當輸入信號功率值Pin幅度變化時， 將輸出功率Puut穩(wěn)定在 溫度rc時，固態(tài)功率放大器的輸出功率Pout = P2+G0+M*(T-25 °C)，其中Go為射頻放大鏈 路和限幅器在25°C時的總增益，M為射頻放大鏈路增益隨溫度的變化系數(shù)，單位為地/°C;當 巧11<巧7時，自動電平控制環(huán)路處于開環(huán)狀杰爪。* = 1"2+6〇+]?*(1'-25°(：);當口:">57肘， 自動電平控制環(huán)路處于閉環(huán)狀態(tài)，其中岳為25°C時自動電平控制環(huán)路的輸出功率設定值， ^為工作溫度范圍內(nèi)固態(tài)功率放大器的輸出功率額定值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路，其特征在于所述檢波 電路包括第一電W及檢波器;所述3db電橋第=端口通過第一電容Cl與檢波器U2輸入端口 連接;檢波器輸出端口與差動積分器輸入端口連接;檢波電路輸出端輸出信號Vout。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路，其特征在于所述溫補 口限電路包括第一電阻、第二電阻、第=電阻、二極管W及電源;所述第一電阻的一端與電 源相連，另一端與第二電阻一端、第=電阻一端連接;第=電阻另一端通過二極管接地;第 二電阻另一端接地；電源通過第一電阻、第二電阻、第=電阻、二極管分壓形成溫補口限信 號V，其中Vbr為 二極管在25°C時反向擊穿電壓Vbr, Vbr的溫度的變化系數(shù)為N，N的單位是V/°C;檢波器在線 性檢波區(qū)的檢波系數(shù)為K，K的單位是v/地;要補償溫度rc時射麻放十鏈路的蠟益隨媼底變 化量M*(T-25°C)，需調(diào)整得到公式中R1、R2、R3的值，使等式成 立，M為射頻放大鏈路增益隨溫度的變化系數(shù)，公式中R1、R2、R3分別是第一電阻、第二電阻 W及第=電阻對應的電阻值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路，其特征在于所述差動 積分器包括第四電阻、第五電阻、第六電阻、第屯電阻、第二電容、第=電容W及運算放大 器;所述檢波器輸出端口通過第四電阻與第五電阻一端、第六電阻一端共點連接;第五電阻 另一端接地;第六電阻另一端接入運算放大器正極輸入端;第二電容另一端與運算放大器 接地端同時接地;第四電阻、第五電阻公共端產(chǎn)生分壓信號V+，其4溫補口限信號V-通過第屯電阻接入運算放大器負極輸入端;所述第二電容跨接在預算放大器正 極輸入端與接地端之間；第=電容跨接在負極輸入端與運算放大器輸出端之間；其中要求 第屯申陽^笛女由陽陽化祐鋒笛^由容和第=電容的容值相等； 些 ，平控制環(huán)路處于開環(huán)狀態(tài)，電調(diào)衰減器的衰減量為 最小閒環(huán)路處于閉環(huán)狀態(tài)，閉環(huán)鎖定后v+ = v-，電調(diào)衰減 器控帛 ：將不再變化，衰減量恒定，固態(tài)功率放大器的輸出 功率PDUt在輸入功率和溫度變化條件小都將穩(wěn)定在額定值5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路，其特征在于所述檢波 器采用LTC5531。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路，其特征在于所述二極 管采用肖特基二極管CDC7631。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種固態(tài)功率放大器的功率控制電路，其特征在于所述運算 放大器采用LMl 58。
【文檔編號】H03G3/30GK205545169SQ201620074252
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】敬小東, 王海龍, 羅嘉
【申請人】中國電子科技集團公司第二十九研究所