功率放大器的制作方法

本申请涉及射频功率放大器领域，特别是涉及一种功率放大器。

背景技术：

为满足通信抗干扰的需要和适应跳频通信，一般需要在宽带射频功率放大电路后串接谐波滤波器组，且谐波滤波器组应根据载波频率滤除干扰信号，以降低干扰的影响。因此，功率放大器需要在待处理信号切换频点时，控制待处理信号输入相应的谐波滤波器完成滤波，以保证功率放大器处于正常工作状态。

为实现上述功能，传统技术通过与主机进行通信，以获得跳频信号的频率或谐波滤波器组的开关切换逻辑信号，从而使得待处理信号能够通过相应的谐波滤波器完成滤波。

然而，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：目前功率放大器的接口和逻辑电路均与其连接的主机相关，即功率放大器与主机的耦合度过高，存在通用性差的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述传统功率放大器耦合度过高、通用性差的技术问题，提供一种能够耦合度低、可通用的功率放大器。

为了实现上述目的，本申请实施例提供了一种功率放大器，包括耦合模块、控制模块、功率放大模块以及滤波模块；

功率放大模块的信号输入端连接耦合模块的信号输入端；耦合模块的信号输出端连接控制模块的信号输入端；控制模块的信号输出端连接滤波模块的状态切换端；

功率放大模块的信号输出端连接滤波模块的信号输入端，滤波模块的信号输出端用于输出功率放大信号。

在其中一个实施例中，耦合模块为宽带耦合器；

宽带耦合器的信号输入端连接功率放大模块的信号输入端，信号输出端连接控制模块的信号输入端。

在其中一个实施例中，耦合模块为耦合电阻；

耦合电阻的一端连接功率放大模块的信号输入端，另一端连接控制模块的信号输入端。

在其中一个实施例中，控制模块包括频率检测设备和逻辑信号发生设备；

频率检测设备的信号输入端连接耦合模块的信号输出端，信号输出端连接逻辑信号发生设备的信号输入端；逻辑信号发生设备的信号输出端连接滤波模块的状态切换端。

在其中一个实施例中，频率检测设备为数字鉴频器；

数字鉴频器的信号输入端连接耦合模块的信号输出端，信号输出端连接逻辑信号发生设备的信号输入端。

在其中一个实施例中，频率检测设备包括小信号滤波电路；

小信号滤波电路的信号输入端连接耦合模块的信号输出端，信号输出端连接逻辑信号发生设备的信号输入端。

在其中一个实施例中，滤波模块包括第一开关矩阵、第二开关矩阵以及滤波器矩阵；

第一开关矩阵的一端连接功率放大模块的信号输出端，另一端连接滤波器矩阵的信号输入端；滤波器矩阵的信号输出端连接第二开关矩阵的一端；第二开关矩阵的另一端用于输出功率放大信号；

第一开关矩阵的状态切换端、第二开关矩阵的状态切换端均连接控制模块的信号输出端。

在其中一个实施例中，滤波器矩阵包括多个滤波器；第一开关矩阵包括与滤波器一一对应的各第一二极管；第二开关矩阵包括与滤波器一一对应的各第二二极管；

各第一二极管的正极连接功率放大模块的信号输出端，负极连接控制模块的信号输出端；

各滤波器的信号输入端一一对应连接各第一二极管的负极，信号输出端一一对应连接各第二二极管的正极；

各第二二极管的负极连接控制模块的信号输出端。

在其中一个实施例中，第一开关矩阵包括用于连接外部电源的第一电容、第二电容、第三电容以及第一电感；

第一电感的一端分别连接第一电容的一端、第二电容的一端以及第三电容的一端，第一电感的另一端连接功率放大模块的信号输出端；

第一电容的另一端、第二电容的另一端以及第三电容的另一端接地。

在其中一个实施例中，第二开关矩阵包括用于连接外部电源的第四电容、第五电容、第六电容以及第二电感；

第二电感的一端分别连接第四电容的一端、第四电容的一端以及第六电容的一端，第二电感的另一端连接各第二二极管的正极；

第四电容的另一端、第五电容的另一端以及第六电容的另一端接地。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

耦合模块对输入信号进行自适应耦合，并向控制模块传输耦合信号；控制模块可根据耦合信号控制滤波模块的接入状态，并利用对应的滤波器对输入信号进行滤波处理，从而通过耦合模块与控制模块即可实现跳频跟踪和滤波频段切换，无需另设通信接口与主机进行通信，避免耦合度过高的问题，进而提高了功率放大器的通用性。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中传统功率放大器的结构框图；

图2为一个实施例中功率放大器的第一示意性结构框图；

图3为一个实施例中功率放大器的第二示意性结构框图；

图4为一个实施例中功率放大器的第三示意性结构框图；

图5为一个实施例中功率放大器的第四示意性结构框图；

图6为一个实施例中滤波模块的示意性结构框图；

图7为一个实施例中第一开关矩阵的具体结构框图；

图8为一个实施例中功率放大器的具体结构框图；

图9为一个实施例中输入信号的幅频特性图；

图10为一个实施例中耦合信号的幅频特性图；

图11为一个实施例中频率检测设备输出逻辑信号的示意图；

图12为一个实施例中输入信号频率为49MHz时功率放大器的开关状态示意图；

图13为一个实施例中输入信号频率为80MHz时功率放大器的开关状态示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“信号输入端”、“信号输出端”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

传统的功率放大器结构框图如图1所示，具体地，功率放大器的开关切换矩阵120通过主机接口与主机进行连接，实现与主机进行通信，从而获得跳频信号的频率信息或滤波器组的开关切换逻辑，使得开关切换矩阵能够根据频率信息或者开关切换逻辑、切换各开关的通断状态，进而能通过滤波器矩阵130中相应的滤波器对放大电路110的输出信号进行滤波处理，降低干扰对通信的影响。

然而，传统的功率放大器虽然开关切换逻辑信号准确，但主机接口实现复杂，且主机接口和逻辑均与具体连接的主机相关，因此传统的功率放大器需要与主机配套使用，与主机的耦合度高，通用性差，无法成为独立的产品。

而本申请的功率放大器耦合度低、通用性强，无需与特定主机配套使用，能作为独立的产品实现其功能。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种功率放大器，包括耦合模块210、控制模块220、功率放大模块230以及滤波模块240；

功率放大模块230的信号输入端连接耦合模块210的信号输入端；耦合模块210的信号输出端连接控制模块220的信号输入端；控制模块220的信号输出端连接滤波模块240的状态切换端；

功率放大模块230的信号输出端连接滤波模块240的信号输入端，滤波模块240的信号输出端用于输出功率放大信号。

具体地，耦合模块用于对输入信号进行提取；控制模块用于对输入信号的频率信息进行分析判断，并得到输入信号的频率信息；以及根据输入信号的频率信息产生滤波模块的状态切换信号，通过相应的滤波器对输入信号进行滤波。其中，输入信号的频率信息可以为输入信号频率所处的频段或输入信号的准确频率值。

输入信号从功率放大模块的信号输入端输入功率放大器时，耦合模块对输入信号进行提取，例如，耦合模块可根据预设比例对输入信号进行处理，得到耦合信号，并将耦合信号输入控制模块。控制模块对输入信号的频率信息进行分析判断，得到状态切换信号。滤波模块根据状态切换信号切换其状态，将通带与输入信号的频率信息相对应的滤波器连接至功率放大模块的信号输出端，其余滤波器切换为断开状态。输入信号经功率放大电路放大后，通过通带与输入信号的频率信息相对应的滤波器进行滤波处理，从而实现降低干扰。

需要说明的是，耦合模块可自适应的对输入信号进行耦合，从而能够适时地跟踪输入信号的变化，当输入信号的频率改变时，控制模块能够根据输入信号的频率信息调整状态切换信号，进而可快速调整滤波模块的状态。同时，控制模块产生状态切换信号的时间要小于跳频信号(即输入信号)在每一跳的保护时间减去滤波器切换的时间。

在一个具体的实施例中，耦合模块为耦合电阻；

耦合电阻的一端连接功率放大模块的信号输入端，另一端连接控制模块的信号输入端。

上述功率放大器中，耦合模块对输入信号进行自适应耦合，并向控制模块传输耦合信号；控制模块可根据耦合信号控制滤波模块的接入状态，并利用对应的滤波器对输入信号进行滤波处理，从而通过耦合模块与控制模块即可实现跳频跟踪和滤波频段切换，无需另设通信接口与主机进行通信，避免耦合度过高的问题，进而提高了功率放大器的通用性。

在一个实施例中，提供了一种功率放大器，包括耦合模块、控制模块、功率放大模块以及滤波模块；

功率放大模块的信号输入端连接耦合模块的信号输入端；耦合模块的信号输出端连接控制模块的信号输入端；控制模块的信号输出端连接滤波模块的状态切换端；

功率放大模块的信号输出端连接滤波模块的信号输入端，滤波模块的信号输出端用于输出功率放大信号。

其中，耦合模块为宽带耦合器；

宽带耦合器的信号输入端连接功率放大模块的信号输入端，信号输出端连接控制模块的信号输入端。

具体地，宽带耦合器用于提取输入信号以及自适应的对输入信号进行耦合，并将耦合信号传输给控制模块。控制模块根据接收到的耦合信号生成状态切换信号，从而控制滤波模块的接入状态。需要说明的是，所选用的耦合器并不必然为宽带耦合器，可以可根据实际情况以及设计需求，选用不同型号的耦合器。优选的，宽带耦合器的型号可以为SYDC-20-62HP+。

在一个具体的实施例中，如图3所示，控制模块包括频率检测设备310和逻辑信号发生设备320；

频率检测设备310的信号输入端连接耦合模块的信号输出端，信号输出端连接逻辑信号发生设备320的信号输入端；逻辑信号发生设备320的信号输出端连接滤波模块的状态切换端。

其中，频率检测设备用于对输入信号的频率信息进行分析判断，并得到输入信号的频率信息，如频率检测设备可得到输入信号频率所处的频段或输入信号的准确频率值；逻辑信号发生设备用于根据频率检测设备的输出结果产生滤波模块的状态切换信号，从而实现通过相应的滤波器对输入信号进行滤波。

具体地，频率检测设备可以通过数字鉴频或者模拟分析的原理实现，可将输入信号的频段或具体频率值转化成的逻辑信号输出结果。进一步地，频率检测设备可通过将输入信号频率值所处的频段置高，从而得到对应的逻辑信号输出结果，并将逻辑信号输出结果传输给逻辑信号发生设备。逻辑信号发生设备根据频率检测设备的输出结果产生滤波模块的状态切换信号，通过状态切换信号控制滤波模块的接入状态。

例如滤波模块包括三个滤波器，第一滤波器的通带为30MHz(兆赫)到45MHz，第二滤波器的通带为45MHz到63MHz，第三滤波器的通带为63MHz到88MHz。当输入信号频率为49MHz时，频率检测设备的输出结果可为010。逻辑信号发生设备将频率检测设备的输出结果010转换为相应的状态切换信号，从而控制第二滤波器切换为导通状态，第一滤波器和第三滤波器均切换为断开状态。经功率放大模块处理的信号输入到第二滤波器中，并从第二滤波器的信号输出端输出功率放大信号。

需要说明的是，频率检测设备还可将输入信号频率值所处的频段置低；频率检测设备并不只限于输出三位的逻辑信号，逻辑信号的位宽可根据滤波模块确定；频率检测设备还可向逻辑信号发生设备传输输入信号频率信息。

在一个具体的实施例中，频率检测设备为数字鉴频器；

数字鉴频器的信号输入端连接耦合模块的信号输出端，信号输出端连接逻辑信号发生设备的信号输入端。

具体地，可通过数字鉴频器对输入信号的频率信息进行分析判断，得到输入信号的频率信息，并根据频率信息向逻辑信号发生设备输出相应的逻辑信号。

在一个具体的实施例中，频率检测设备包括小信号滤波电路；

小信号滤波电路的信号输入端连接耦合模块的信号输出端，信号输出端连接逻辑信号发生设备的信号输入端。

具体地，可通过小信号滤波电路对输入信号的频率信息进行分析判断，得到输入信号的频率信息，并根据频率信息向逻辑信号发生设备输出相应的逻辑信息。

在一个具体的实施例中，如图4所示，滤波模块包括第一开关矩阵410、第二开关矩阵430以及滤波器矩阵420；

第一开关矩阵410的一端连接功率放大模块的信号输出端，另一端连接滤波器矩阵420的信号输入端；滤波器矩阵420的信号输出端连接第二开关矩阵430的一端；第二开关矩阵430的另一端用于输出功率放大信号；

第一开关矩阵410的状态切换端、第二开关矩阵430的状态切换端均连接控制模块的信号输出端。

具体地，第一开关矩阵以及第二开关矩阵根据控制模块传输的状态切换信号进行状态切换，从而实现切换滤波器矩阵的接入状态，进而能够根据输入信号的频率信息对输入信号进行滤波处理，其中，功率放大器的具体结构可如图5所示。

在一个具体的实施例中，如图6所示，滤波器矩阵包括多个滤波器；第一开关矩阵610包括与滤波器一一对应的各第一二极管；第二开关矩阵620包括与滤波器一一对应的各第二二极管；

各第一二极管的正极连接功率放大模块的信号输出端，负极连接控制模块的信号输出端；

各滤波器的信号输入端一一对应连接各第一二极管的负极，信号输出端一一对应连接各第二二极管的正极；

各第二二极管的负极连接控制模块的信号输出端。

具体地，各第一二极管以及各第二二极管的导通截止状态可由控制模块的状态切换信号进行控制，通过切换各第一二极管的导通截止状态，使得与输入信号频率信息对应的滤波器的信号输入端能够通过第一二极管连接至功率放大模块的信号输出端，其余滤波器切换为断开状态，从而能够根据输入信号的频率信息对输入信号进行滤波处理。通过切换各第二二极管的导通截止状态，能够从导通状态滤波器的信号输出端输出功率放大信号。优选的，第一二极管、第二二极管均可以为PIN二极管。

在一个具体的实施例中，如图7所示，第一开关矩阵包括用于连接外部电源的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3以及第一电感L1；

第一电感L1的一端分别连接第一电容C1的一端、第二电容C2的一端以及第三电容C3的一端，第一电感L1的另一端连接功率放大模块的信号输出端；

第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端以及第三电容C3的另一端接地。

具体地，通过第一电容、第二电容和第三电容，能够滤除外部电源的杂波和交流成分，并储存电能；并利用第一电感“阻交通直”的特性，对外部电源的交流信号进行隔离，避免影响输入信号的频率特性。

其中，第一电容可为1nF(纳法)；第二电容可为4.7uF(微法)；第三电容可为10nF；第一电感可为2.2uH(微亨)。

在一个具体的实施例中，第二开关矩阵包括用于连接外部电源的第四电容、第五电容、第六电容以及第二电感；

第二电感的一端分别连接第四电容的一端、第四电容的一端以及第六电容的一端，第二电感的另一端连接各第二二极管的正极；

第四电容的另一端、第五电容的另一端以及第六电容的另一端接地。

具体地，通过第四电容、第五电容和第六电容，能够滤除外部电源的杂波和交流成分，并储存电能；并利用第二电感“阻交通直”的特性，对外部电源的交流信号进行隔离，避免影响输入信号的频率特性。

下面通过一个具体的例子进行说明，如图8所示，提供了一种频率范围为30MHz到88MHz功率放大器，包括功率放大模块、宽带耦合器、频率检测设备、逻辑信号发生设备、第一开关矩阵、第二开关矩阵以及滤波器矩阵；

功率放大模块的信号输入端连接宽带耦合器的信号输入端，宽带耦合器的信号输出端连接频率检测设备的信号输入端，频率检测设备的信号输出端连接逻辑信号发生设备的信号输入端，逻辑信号发生设备的信号输出端分别连接第一开关矩阵的状态切换端和第二开关矩阵的状态切换端；

功率放大模块的信号输出端连接第一开关矩阵的一端，第一开关矩阵的另一端连接滤波器矩阵的信号输入端，滤波器矩阵的信号输出端连接第二开关矩阵的一端，第二开关矩阵的另一端用于输出功率放大信号。

具体地，输入信号的跳频速率为1000跳每秒，滤波器矩阵包括三段谐波滤波器，通带频率分别为：30MHz到45MHz，45MHz到63MHz，63MHz到88MHz。对应的需要使用包括三个开关的第一开关矩阵以及包括三个开关的第二开关矩阵进行切换。从前端发来一个49MHz的信号(如图9所示)，输入到功率放大模块和宽带耦合器中。

输入信号经宽带耦合器处理得到耦合信号(如图10所示)，频率检测设备使用数字鉴频或者模拟分析，通过将耦合信号的频率值落入的具体的频段置高，从而将耦合信号的具体频率值转化成对应三段的逻辑信号。输入信号的频段值为49MHz，即输入信号的频段值落入第二段频段，则频率检测设备输出的逻辑信号为010(如图11所示)。

逻辑信号发生设备用于产生开关的控制信号，控制第二段输入、输出滤波器的开关导通，而其他段的开关断开。其中，第一开关矩阵的结构可如图7所示；当控制信号(即状态切换信号)为高时，开关断开；控制信号为低时，开关导通。逻辑信号发生设备将频率检测设备输出的逻辑信号中的第二段1转化成接地，而其他两段的控制电压为85V，得到状态切换信号101。需要说明的是，状态切换信号是根据开关的具体实现方式确定的。

第一开关矩阵和第二开关矩阵根据状态切换信号进行状态切换，切换后如图12所示，需要注意的是跳频速率为1000跳每秒，其信号的保护周期为60us(微秒)，所以频率检测时延、逻辑信号发生设备时延与各开关矩阵切换时延之和需小于60us。

当跳频第二跳频率为80MHz时，则重复上述过程，使得第一开关矩阵和第二开关矩阵根据状态切换信号进行状态切换，切换后如图13所示，利用通带为63MHz到88MHz的滤波器滤波。后续通过耦合模块、频率检测设备和逻辑信号发生设备在每一跳中均可自适应进行开关切换。

上述功率放大器中，通过宽带耦合器进行耦合，保证在载波频率变化较大时可有效对输入信号进行提取，避免对输入信号的频率特性造成影响，从而能够准确切换滤波模块的接入状态。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。