功率放大器系统的制作方法

文档序号:11055655阅读:453来源:国知局
功率放大器系统的制造方法与工艺

本实用新型涉及功率放大器系统,更具体地,涉及包括射频功率放大器及射频功率放大器的输出端开路保护电路的系统。



背景技术:

射频功率放大器作为通信系统的最末级,因大功率而极易被损坏。此外,由于功率放大器是一种相对比较昂贵的器件,因此必要的保护电路是必须的。导致功率放大器损坏的原因有很多,例如静电、浪涌、过热、过压、过流、过载等等。

输出端开路使得射频能量不能有效地传输出去,大部分能量转换成热能,导致功率放大器热烧毁。在工程实际中,现有的功率放大器系统包括功率放大器和用于所述功率放大器的输出端开路保护电路,所述输出端开路保护电路针对输出端开路和过载同时进行保护。

图1示出现有典型的功率放大器系统的基本结构。如图1所示,现有的功率放大器的输出端开路保护电路由以下部分构成:

状态检测部分,其通过耦合器及检波器实时检测相关状态量;

比较判断部分,其使来自状态检测部分的数据与预设的保护门限值进行比较,根据比较结果输出相应的数据到保护执行部分;以及

保护执行部分,其根据来自比较判断部分的数据做出相应的保护动作,即输出端开路时切断功率管漏极供电,达到保护功率放大器的目的。

然而,在目前的功率放大器系统中,由于输出端开路保护电路在开路保护的同时进行过载保护,状态检测部分的耦合器同时耦合用于过载保护的正向信号和用于开路保护的反射信号,使得反向检波信号易受正向检波信号影响,导致在功率放大器系统的输出端驻波较好的情况下,反向检波信号也较大,从而导致比较判断部分的反向保护门限值较难设置,若设置值较小,则会导致误保护,若设置值较大,则起不到保护作用。



技术实现要素:

为解决现有技术中反向检波信号易受正向检波信号影响的问题,本实用新型的目的在于对现有技术中的功率放大器系统中的用于功率放大器的输出端开路保护电路中的状态检测部分进行改进,而提供一种新型的功率放大器系统,使得该系统中的用于功率放大器的输出端开路保护电路中的反射信号不受正向耦合信号影响,从而使保护门限值可以设置得较为合理。

根据本实用新型的功率放大器系统,其包括功率放大器和用于所述功率放大器的输出端开路保护电路,所述输出端开路保护电路包括状态检测部分、比较判断部分和保护执行部分,所述状态检测部分实时检测从所述功率放大器的输出端口输出的正向信号及从所述功率放大器系统的输出端口反射的反射信号,并将检测到的数据发送到比较判断部分,所述比较判断部分将来自状态检测部分的数据与预设的保护门限值进行比较,并将比较结果输出到保护执行部分,并且所述保护执行部分根据比较判断部分的比较结果做出相应的动作,所述状态检测部分包括分别耦合正向信号和反射信号的耦合元件,使得正向信号和反射信号的耦合分开。

优选地,根据本实用新型的功率放大器系统,耦合正向信号的耦合元件为定向耦合器,耦合反射信号的耦合元件为环形器,并且所述环形器相比于所述定向耦合器更接近所述功率放大器系统的输出端口。

优选地,根据本实用新型的功率放大器系统,所述定向耦合器的反向耦合端口接负载或接地。

优选地,根据本实用新型的功率放大器系统,所述状态检测部分还包括第一检波器和第二检波器,所述定向耦合器的正向耦合端口与所述第一检波器连接,所述环形器与所述第二检波器连接。

优选地,根据本实用新型的功率放大器系统,所述环形器由另一定向耦合器实现。

优选地,根据本实用新型的功率放大器系统,所述另一定向耦合器的正向耦合端口接负载或接地。

优选地,根据本实用新型的功率放大器系统,所述环形器的隔离度大于20dB。

优选地,根据本实用新型的功率放大器系统,在所述比较判断部分将比较结果输出为高电平的情况下,所述保护执行部分切断所述功率放大器的功率管漏极供电。

优选地,根据本实用新型的功率放大器系统,在所述比较判断部分将比较结果输出为低电平的情况下,所述保护执行部分不切断所述功率放大器的功率管漏极供电。

优选地,根据本实用新型的功率放大器系统,所述保护执行部分包括两个NPN型三极管、一个PNP型三级管和一个MOS管。

根据本实用新型的功率放大器系统:在现有保护电路的状态检测部分增加一个环形器,用于耦合反射信号,正向信号的耦合利用定向耦合器实现,使正向信号与反射信号的耦合分开。反射信号经检波器检波后,由在比较判断部分的比较器与预设好的保护门限值进行比较并输出结果,保护执行部分根据比较判断部分输出的结果实现对功率放大器的保护。保护执行部分利用两个NPN型三极管、一个PNP型三级管和一个MOS管实现,结构简单、成本低廉、易于实现。

本实用新型的有益效果在于:使功率放大器的输出端保护电路的比较判断部分更加准确,能够对功率放大器实现更加精确的保护。

附图说明

图1为例示现有典型的功率放大器系统的结构示意图;

图2为例示根据本实用新型的功率放大器系统的结构示意图;

图3为例示平行耦合线定向耦合器的工作原理的结构示意图。

具体实施方式

下面,参照附图,通过优选实施例对本实用新型做进一步地详细说明。以下实施例仅是示例性的,并且决不旨在限制本实用新型的保护范围。

图2为例示根据本实用新型的功率放大器系统的结构示意图。如图2所示,该功率放大器系统包括功率放大器PA和用于功率放大器的输出端开路保护电路,该保护电路包括:状态检测部分1、比较判断部分2和保护执行部分3。

如图2所示,射频输入信号从功率放大器的射频输入端口RFIN输入,经功率放大器PA放大后输出正向信号,当功率放大器系统的输出端口RFOUT的驻波为理想状态时,不存在反射信号,而当功率放大器系统的输出端口RFOUT的驻波较差时,有一部分信号反射回来,形成反射信号。上述正向信号用于过载保护,而反射信号用于开路保护。

根据本实用新型的功率放大器的输出端开路保护电路,状态检测部分1用于实时检测从功率放大器PA的输出端口输出的正向信号及从功率放大器系统的输出端口RFOUT反射的反射信号并将检测到的数据发送到比较判断部分2。比较判断部分2用于将来自状态检测部分1的数据与预设的正向保护门限值及反向保护门限值进行比较,并将与正向保护门限值的比较结果输出到过载保护电路(未示出),将与反向保护门限值的比较结果输出到保护执行部分3。保护执行部分3根据来自比较判断部分2的数据做出相应的保护动作。

下面参照图2对本实用新型的功率放大器的输出端开路保护电路的上述各部分进行详细说明。

如图2所示,根据本实用新型的功率放大器的输出端开路保护电路中的状态检测部分1包括:耦合器、环形器、检波器D1和检波器D2。

在本实用新型中,射频输入信号经功率放大器放大后输出的正向信号由耦合器进行耦合。然后,正向耦合信号经检波器D1检波后进入比较判断部分2用于过载保护。由于过载保护的内容与现有技术的相同,因此在本实用新型中不再赘述。

根据本实用新型的耦合器可以为定向耦合器,优选地,可以采用平行耦合线定向耦合器。

下面参照图3对平行耦合线定向耦合器的原理做详细说明。

如图3所示,平行耦合线定向耦合器由主线(图3中上方的线)和副线(图3中下方的线)构成,两条平行微带的长度为四分之一波长,正向耦合时,如图3中箭头所示的方向,信号由端口21输入,端口22输出,端口23是耦合端口,端口24是隔离端口。当信号由端口21流向端口22的时候,副线中的端口23处有信号输出,在理想情况下,端口24无输出,可达理想隔离状态。

当功率放大器系统的输出端口RFOUT驻波为理想状态时,信号全部由端口22输出,不存在反射信号,当功率放大器系统的输出端口RFOUT驻波较差时,有一部分信号反射回来,称为反射信号,反射信号由端口22输入,此时端口24为耦合端口,端口23为隔离端口。由以上分析可得,平行耦合线耦合器可实现端口23耦合正向信号,端口24耦合反射信号。但端口23和端口24之间又会形成一个平行耦合线耦合器,耦合的反射信号会受到耦合的正向信号影响,造成耦合反射信号不准确。

因此,与现有技术的功率放大器的输出端开路保护电路的状态检测部分不同,在本实用新型中,耦合器的反向耦合端口(图3中的端口24)不是与检波器连接,而是接地或接负载从而不能进行反向耦合。

另一方面,如图1所示,在现有技术的功率放大器的输出端开路保护电路中,使用同一个耦合器同时耦合用于过载保护的正向信号和用于开路保护的反射信号,使得反向检波信号易受正向检波信号影响,导致在功率放大器系统的输出端驻波较好的情况下,反向检波信号也较大,从而使得比较判断部分的反向保护门限值较难设置,起不到保护作用。

为此,本实用新型的功率放大器的输出端开路保护电路在现有技术的基础上进行了改进。具体来说,在状态检测部分1中增加了一个环形器用于耦合反射信号,从而使正向信号与反射信号的耦合分开。

下面对根据本实用新型在增加了环形器的情况下的反射信号耦合的情况进行详细说明。

当功率放大器系统的输出端开路时(驻波差),从射频功率放大器系统的输出端口RFOUT反射回来的反射信号经由环形器的端口12到端口13输出,再经检波器D2检波,进入比较判断部分2用于开路保护。环形器是一种使电磁波单向环行传输的多端口器件,电磁波的传输只能沿单方向传输,反向是隔离的。由于在环形器内,信号流向为从端口11到端口12到端口13,反向隔离,所以正向信号从环形器的端口11到端口12后输出,反射信号从端口12到端口13后输出用于检波,因此反射信号不受正向信号的影响。

在本实用新型中,环形器的隔离度优选大于例如20dB。此外,在本实用新型中,环形器也可以用另一定向耦合器替代,在这种情况下,使所述另一定向耦合器的正向耦合端口接负载或接地,反向端口用于耦合反射信号。

在经过上面描述的状态检测之后,状态检测部分1将检测到的数据发送到比较判断部分2。

根据本实用新型的功率放大器的输出端开路保护电路中的比较判断部分2包括比较器U1和比较器U2。反射信号经过环形器耦合以后,进入检波器D2,检波器D2进行检波后向比较器U2输出反向检波电压。在比较器U2中将反向检波电压与预设的反向保护门限值进行比较。当信号正常输出时,反射信号较小,反向检波电压值小于反向保护门限值,比较器U2输出低电平,当功率放大器系统的输出端开路时(驻波差),反射信号较大,反向检波电压值大于反向保护门限值,比较器U2输出高电平。

经过上述的比较判断之后,比较器U2向保护执行部分3输出高电平或低电平。保护执行部分3根据来自比较判断部分2的数据做出相应的保护动作。

具体来说,当比较器U2输出高电平时,保护执行部分3切断功率放大器的功率管漏极供电,实现保护功能。而当比较器U2输出低电平时,功率放大器的功率管漏极为正常供电。

根据本实用新型的功率放大器的输出端开路保护电路中的保护执行部分3包括两个NPN型三极管T1、T2、一个PNP型三级管T3和一个MOS管。三极管T3起到快速切换保护与不保护状态的功能。当MOS管从导通状态切换到截止状态时,T3起到泄放电流作用,使保护功能快速实现。

具体为,一方面,当比较器U2输出高电平时,三极管T1的B极为高电平,晶体管饱和,使得C极为低电平;进而使得三极管T2的B极为低电平,晶体管截止,E极为低电平;同时使得三极管T3的B极为低电平,晶体管截止,E极为低电平。由上述可知MOS管的G极为低电平,MOS管不导通,MOS管的D极电压为0,即功率管漏极电压为0,实现切断功率管漏极供电,实现保护功能。

另一方面,当比较器U2输出低电平时,三极管T1的B极为低电平,晶体管截止,使得C极为高电平;进而使得三极管T2的B极为高电平,晶体管饱和,E极为高电平;同时使得三极管T3的B极为高电平,晶体管截止,E极为高电平。由上可知MOS管的G极为高电平,MOS管导通,MOS管的D极电压等于S极电压,也就是说功率管漏极为正常供电。

综上,根据本实用新型的功率放大器系统,在现有保护电路的状态检测部分增加一个环形器,用于耦合反射信号,正向信号的耦合利用定向耦合器实现,使正向信号与反射信号的耦合分开。反射信号经检波器D2检波后,由在比较判断部分的比较器U2与预设好的保护门限值进行比较并输出结果,保护执行部分根据比较判断部分输出的结果实现对功率放大器的保护。保护执行部分利用两个NPN型三极管、一个PNP型三级管和一个MOS管实现,结构简单、成本低廉、易于实现。

因此本实用新型的功率放大器的输出端开路保护电路:使功率放大器的输出端保护电路的比较判断部分更加准确,能够对功率放大器实现更加精确的保护。

此外,根据本实用新型的保护电路可广泛用于功率放大器输出端开路保护,实现在人为误操作或硬件失效所导致的功率放大器系统的输出端驻波较差甚至开路的情况下,保护关键器件功率管不被损坏,对提高整机的可靠性有关键意义。

虽然参照示例性实施例对本实用新型进行了描述,但是应当理解,本实用新型不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释,以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

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