专利名称：一种射频功率衰减电路的制作方法
技术领域：
一种射频功率衰减电路技术领域[0001]本实用新型涉及射频功率控制领域，尤其是需要大功率多档输出的射频电路。
技术背景[0002]在雷达和通信领域，根据工作模式、作用距离和能耗要求，常常需要射频发射机既能满功率输出，也能衰减部分功率后输出。[0003]为了实现射频功率衰减可以通过使用程控衰减器来实现，程控衰减器的使用又包括后置程控衰减器和前置程控衰减器。后置程控衰减器位于放大链路之后，放大链路可以按饱和工作设计，系统的功率衰减精度由后置程控衰减器决定。但是后置程控衰减器自身会引入一定的插入损耗，放大链路需要足够的功率余量。使用前置程控衰减器时，因为功放链路的非线性效应，输入功率的改变量与输出功率的改变量不成比例，当射频放大链路线性放大区有限时，系统的功率衰减精度难以保证，同时不同工作温度下的衰减量也难以控制。实用新型内容[0004]本实用新型所要解决的技术问题是针对实现射频大功率衰减时，射频功率衰减量、衰减精度和射频波形难以控制，功放管的输出功率不能充分利用的问题，提供一种通过逻辑电路控制功放管工作的简易射频功率衰减电路，从而实现输出射频功率的多档可控输出ο[0005]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是[0006]一种射频功率衰减电路，包括射频输入信号端、功率分配网络、功率合成网络、射频输出信号端、漏极电压输入端，还包括放大控制电路，所述射频输入信号端、功率分配网络、放大控制电路第一输入端依次连接，放大控制电路第二输入端与漏极电压输入端连接， 放大控制电路输出端、功率合成网络、射频输出信号端依次连接。[0007]所述放大控制电路包括至少一路放大支路，所述放大支路包括输入匹配网络、功放管、输出匹配网络、栅极电压控制电路，所述功率分配网络输出端、输入匹配网络、功放管、输出匹配网络、功率合成网络输入端依次顺序连接，所述栅极电压控制电路输出端与功放管输入端连接，所述漏极电压输出端与功放管输出端连接。[0008]一种射频功率衰减电路，还包括第一隔离器、第二隔离器，所述第一隔离器输入端与射频输入信号端连接，所述第一隔离器输出端与功率分配网络输入端连接，所述第二隔离器输入端与功率合成网络输出端连接，所述第二隔离器输出端与射频输出信号端连接。[0009]所述功放管是LDMOS场效应管、GaAs场效应管或GaN场效应管。[0010]所述LDMOS场效应管式ILD1044。[0011 ] 所述栅极电压控制电路包括衰减信号输入端、框架信号输入端、非门、与门、分压电路、栅极电压输入端，所述衰减信号输入端通过非门后与与门一输入端连接，框架信号输入端与与门另一输入端连接，与门输出端经过分压电路与栅极电压输入端连接，所述栅极3电压输入端与功放管输入端连接。[0012]从上述本实用新型的结构特征可以看出，其优点有[0013]通过逻辑电路控制的栅极电压控制电路能有效快速地控制功放管的放大与截止， 当每一路功放管都处于放大状态时，合成输出的最大射频功率是各支路输出功率之和，因为功率合成网络后未使用后置程控衰减器，可以充分利用各支路射频放大的功率。[0014]当部分放大支路上的功放管处于截止状态时，则相应的功放管几乎不输出射频功率，造成功率合成网络输出功率的降低，从而实现相对最大输出功率的衰减。根据功率合成的支路数，通过关断部分合成放大支路，可以实现多个档位的功率衰减。同时，未关断的合成支路按饱和放大工作，功率衰减后的射频信号波形不会恶化。[0015]本实用新型实现功率衰减时，不需要程控衰减器或射频切换开关，不改变前级激励信号或漏极电压信号，只通过简单的与门、非门电路及简单的分压电路搭建而成，使得本装置成本低、体积和重量小。
[0016]本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中[0017]图1本装置原理图；[0018]图2是放大支路原理图；[0019]图3是本装置栅极电压控制电路示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。[0021]根据电压控制型射频放大器的直流工作点与射频放大增益相关的特性，可以改变放大器的工作点电压来控制放大器处于放大或截止状态，进而控制放大器的增益和输出功率，典型的电压控制型射频放大器有LDMOS场效应管、GaAs场效应管和GaN场效应管等电压控制型射频放大器。[0022]如图1所示，本装置一种射频功率衰减电路，包括射频输入信号端、功率分配网络、功率合成网络、射频输出信号端、漏极电压输入端、放大控制电路、第一隔离器、第二隔离器，射频输入信号端、第一隔离器、功率分配网络、放大控制电路第一输入端依次连接，放大控制电路第二输入端与漏极电压输入端连接，放大控制电路输出端、功率合成网络、第二隔离器、射频输出信号端依次连接。其中第一隔离器和第二隔离器是可选项，本装置中选用是为了确保射频电路更稳定。[0023]如图2所示，放大控制电路包括至少一路放大支路(也可以说是包括多路或者η路放大支路，从第一路放大支路、第二路放大支路到第η路放大支路)，每一路放大支路包括输入匹配网络、功放管、输出匹配网络、栅极电压控制电路，功率分配网络输出端、输入匹配网络、功放管、输出匹配网络、功率合成网络输入端依次顺序连接，栅极电压控制电路输出端与功放管输入端连接，漏极电压输出端与功放管输出端连接。功放管是LDMOS场效应管(本装置中型号为ILD1044)、GaAs场效应管或GaN场效应管等电压控制型射频放大器。[0024]功率分配网络的每一个输出端分别与一路放大支路的输入匹配网络输入端连接， 功率合成网络的每一个输入端分别与一路放大支路的输出匹配网络输出端连接。[0025]η路支路上的功放管都选择htegra公司的ILD1044 LDMOS场效应管，场效应管 ILD1044第一端口作为输入端口(栅极)，ILD1044第二端口作为输出端口(漏极)，ILD1044 第三端口(源极)接地。ILD1044正常放大射频信号时，在ILD1044输入端口送入栅极电压控制电路输出的+3V左右栅极电压和IlW左右的激励射频信号，在ILD1044输出端口送入漏极电压输入端输出的+50V漏极电压，即可在ILD1044输出端口产生450W左右的放大信号。经过试验验证，保持ILD1044正常放大的其他条件不变，只将漏极电压输入端输出栅极电压降低到+0. 5V以下，则ILD1044输出端口只输出2W以下的射频信号，相当于射频信号不能通过ILD1044。[0026]功率分配网络与功率合成网络整体应满足最大功率合成的幅度一致条件和相位一致条件，即射频输入信号端输入射频信号经过功率分配网络、输入匹配网络、功放管、输出匹配网络后到达功率合成网络输出端口的幅度和相位应相等。这样合成后的功率才是各支路放大功率之和，才能实现各支路放大器最大的功率输出能力。[0027]为了能工作于功率衰减状态，还需要功率分配网络和合成网络满足每路放大支路的隔离条件，即各放大支路之间满足较大的射频隔离度，射频信号不能(极少量地)从一个放大支路进入另一个放大支路。本装置中以威尔金森功分器实现功率分配网络和功率合成网络。[0028]根据微波网络原理，满足最大功率合成的幅度一致条件、相位一致条件和支路隔离条件的η支路等功率合成时，关闭其中m条支路(m<n)，输出功率Pout与最大输出功率 Pmax满足以下关系式[0029]Pout / Pmax =[(n_m) / η]2(1)[0030]当 n=2，m=l 时，Pout/Pmax=l/4，对应功率衰减 6dB。[0031]当n=3，m=l 时，Pout/Pmax=4/9，对应功率衰减 3. 5dB。[0032]当 n=3，m=2 时，Pout/Pmax=l/9，对应功率衰减 9. 5dB。[0033]当 n=4，m=l 时，Pout/Pmax=9/16，对应功率衰减 2. 5dB。[0034]当 n=4，m=2 时，Pout/Pmax=l/4，对应功率衰减 6dB。[0035]当 n=4，m=3 时，Pout/Pmax=l/16，对应功率衰减 12dB。[0036]以上将η和m代入式(1)得到的是功率衰减的理论值，当各支路幅度一致、相位一致和隔离度较佳时，实测值与理论值很接近。[0037]如图3所示，栅极电压控制电路包括框架信号输入端、衰减信号输入端、栅极电压输入端、非门、与门、分压电路。衰减信号输入端通过非门与与门一输入端连接，框架信号输入端与与门另一输入端连接，与门输出端通过分压电路与栅极电压输入端连接，栅极电压输入端与功放管输入端连接。分压电路是将与门电路输出的信号(+4. 7V左右)分压到功放管输入端合适的栅极电压。[0038]其中框架信号输入端输入信号是为了使功放管在脉冲工作的间歇期内处于关断状态，减小工作间歇期的功耗。衰减信号输入端输入的衰减信号是为了传送控制功放管放大还是截至的指令，多路衰减信号的逻辑组合表达控制功放管的衰减量。[0039]同时，与门、非门实现电压转换的时间在ns量级，可以实现栅极电压的快速切换和射频功率的快速衰减。合成支路处于工作状态的功放管都处于饱和放大状态，经过合成网络后，不会引起波形的恶化。[0040]以图1中单个放大支路为例，如图3所示，当衰减信号输入端的信号A为“低”电平时，经过非门后的信号Al为“高”电平，与门输出信号A2与框架信号输入端的信号逻辑状态一致，即A2在脉冲工作期内为“高”电平，脉冲间歇期内为“低”电平。通过设置分压电路，使A2经过分压电路后，栅极电压输入端在脉冲工作期内产生+3V左右的电压。[0041]当A为“高”电平时，Al为“低”电平，A2也为“低”电平，A2经过分压电路后，使栅极电压输入端不管在脉冲工作期或者脉冲间歇期，都产生+ 0. 5V以下的电压。由此，完成衰减信号对功放管栅极电压的控制，相应地完成功放管放大状态与功放管截止状态的切换。[0042]实施例若本装置中放大控制电路采用4路放大支路，4路衰减信号输入端分别命名为第一路衰减信号A、第二路衰减信号B、第三路衰减信号C和第四路衰减信号D。通过一个威尔金森4路功率分配网络将输入射频信号等分为4路，每一路射频信号激励一个 ILD1044 LDMOS功放管，经过功放管放大后的射频信号再进入一个威尔金森4路功率合成网络，合成得到最大千瓦级的射频功率输出。[0043]当第一路衰减信号A、第二路衰减信号B、第三路衰减信号C和第四路衰减信号D 都为“低”电平时，射频链路输出千瓦量级满功率；当第一路衰减信号A、第二路衰减信号B、 第三路衰减信号C和第四路衰减信号D中共有1路信号为“高”电平，射频链路相对于满功率衰减2. 5dB,实测值为2. SdB ；当第一路衰减信号A、第二路衰减信号B、第三路衰减信号C 和第四路衰减信号D中共有2路信号为“高”电平，射频链路衰减6dB，实测值为6. 5dB ；当第一路衰减信号A、第二路衰减信号B、第三路衰减信号C和第四路衰减信号D中共有3路信号为“高”电平，射频链路衰减12dB，实测值为11. SdB ；当第一路衰减信号A、第二路衰减信号B、第三路衰减信号C和第四路衰减信号D全为“高”电平时，关闭射频链路功率输出。[0044]同时根据输入的衰减指令，利用简单的逻辑电路控制LDMOS功放管处于放大或截止状态，关闭部分合成支路实现输出功率的衰减。4路ILD1044 LDMOS功放管合成电路满功率可实现千瓦级射频功率输出，也可实现2. 5dB, 6dB, 12dB的功率衰减输出。[0045]本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。[0046]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
权利要求1.一种射频功率衰减电路，包括射频输入信号端、功率分配网络、功率合成网络、射频输出信号端、漏极电压输入端，其特征在于还包括放大控制电路，所述射频输入信号端、功率分配网络、放大控制电路第一输入端依次连接，放大控制电路第二输入端与漏极电压输入端连接，放大控制电路输出端、功率合成网络、射频输出信号端依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种射频功率衰减电路，其特征在于所述放大控制电路包括至少一路放大支路，所述放大支路包括输入匹配网络、功放管、输出匹配网络、栅极电压控制电路，所述功率分配网络输出端、输入匹配网络、功放管、输出匹配网络、功率合成网络输入端依次顺序连接，所述栅极电压控制电路输出端与功放管输入端连接，所述漏极电压输出端与功放管输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种射频功率衰减电路，其特征在于还包括第一隔离器、 第二隔离器，所述第一隔离器输入端与射频输入信号端连接，所述第一隔离器输出端与功率分配网络输入端连接，所述第二隔离器输入端与功率合成网络输出端连接，所述第二隔离器输出端与射频输出信号端连接。
4.根据权利要求3所述的一种射频功率衰减电路，其特征在于所述功放管是LDMOS场效应管、GaAs场效应管或GaN场效应管。
5.根据权利要求4所述的一种射频功率衰减电路，其特征在于所述LDMOS场效应管是 ILD1044。
6.根据权利要求5所述的一种射频功率衰减电路，其特征在于所述栅极电压控制电路包括衰减信号输入端、框架信号输入端、非门、与门、分压电路、栅极电压输入端，所述衰减信号输入端通过非门后与与门一输入端连接，框架信号输入端与与门另一输入端连接， 与门输出端经过分压电路与栅极电压输入端连接，所述栅极电压输入端与功放管输入端连接。
专利摘要本实用新型涉及射频功率控制领域，尤其是需要大功率多档输出的射频电路。本实用新型所要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，提供一种通过逻辑电路控制功放管工作的简易射频功率衰减电路，从而实现输出射频功率的多档可控输出。本装置包括射频输入信号端、功率分配网络、功率合成网络、射频输出信号端、漏极电压输入端、放大控制电路，射频输入信号端、功率分配网络、放大控制电路第一输入端依次连接，放大控制电路第二输入端与漏极电压输入端连接，放大控制电路输出端、功率合成网络、射频输出信号端依次连接。本实用新型主要应用于射频功率控制领域。
文档编号H03G3/20GK202261183SQ20112039054
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者吴安, 李小华, 杨洋, 陶碧良 申请人:四川九洲电器集团有限责任公司