一种固态功率放大器的功率控制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种，特别是一种固态功率放大器的功率控制电路。本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种固态功率放大器的功率控制电路。电路采用一个自动电平控制环路（ALC）、一个限幅器来实现。该电路实现了固态功率放大器随输入功率变化和温度变化条件下，保证输出功率恒定不变，同时实现了自动电平控制环路锁定过程中射频放大链路的输入过激励保护的功能。本实用新型当输入信号功率值幅度变化时，自动电平控制环路将自动电平控制环路输出功率值稳定在自动电平控制环路输出功率设定值；当所述自动电平控制环路输出功率值经过限幅器以及射频放大链路后，形成的输出功率稳定在输出功率设定值上。
【专利说明】
一种固态功率放大器的功率控制电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种功率控制电路领域，特别是一种固态功率放大器的功率控制 电路。
【背景技术】
[0002] 在通信、导航等发射系统中，要求固态功率放大器在温度变化和输入功率变化的 条件下保证输出功率保持不变。固态功率放大器输出功率和过激励由输入功率直接决定， 固需要对输入功率进行控制。
[0003] 固态功率放大器在使用过程中，引起输入功率变化因素主要来自三个方面。一是 固态功率放大器的前级模块输出功率随温度或时间的变化;二是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;三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，造成输出功率的变化。
[0004] 现有固态功率放大器功率控制的方法主要是采用自动电平控制环路。传统的自动 电平控制环路在射频放大链路后端处进行功率取样，此结构虽然可以补偿射频放大器的温 度特性，但检波电压极易受到干扰，电磁兼容性能差;传统的自动电平控制环路中电调衰减 器的控制电压由差分放大电路产生，由于放大倍数有限，造成门限值不敏感，调试困难；同 时，ALC电路在锁定过程中，会有短时间的过冲信号输出，并进入射频放大链路的输入端，容 易导致射频放大链路中功率放大器过激励烧毁。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种固态功率放大器的 功率控制电路。电路采用一个自动电平控制环路、一个限幅器来实现。该电路实现了固态功 率放大器随输入功率变化和温度变化条件下，保证输出功率恒定不变，同时实现了自动电 平控制环路锁定过程中射频放大链路的输入过激励保护的功能。
[0006] 本实用新型采用的技术方案是这样的：
[0007] -种固态功率放大器的功率控制电路包括：
[0008] 自动电平控制环路，用于当输入信号功率值Pin幅度变化时，将自动电平控制环路 输出功率值P2稳定在自动电平控制环路输出功率设定值当所述自动电平控制环路输出 功率值P 2经过限幅器以及射频放大链路后，形成的输出功率PciuJI定在输出功率设定值 D 卜. rQlit 丄；
[0009] 限幅器，用于当自动电平控制环路稳定过程中，自动电平控制环路输出功率?2大 于自动电平控制环路输出功率设定值^时，防止射频放大链路处于过激励输入状态;所述 限幅器的限幅功率值瓦满足^ + 5dB SS g + IOdB;
[0010] 所述自动电平控制环路包括电调衰减器、3dB电桥、检波电路、差动积分器以及温 补门限电路;所述输入功率值Pin通过电调衰减器进行衰减后，进入3dB电桥的第一端口；3db 电桥将衰减信号分为两个幅度相等的功率值P2及P3信号;其中自动电平控制环路输出功率 值P 2的信号输出至限幅器，然后通过射频放大链路，形成固态功率放大器的输出功率信 号；另外一路P3信号通过检波电路后，形成检波信号V+;温补门限电路对电源进行分压产生 温补门限信号V-;所述分压信号V+与温补门限信号V-分别通过差动积分器产生控制信号Vt 后，通过控制信号Vt的大小控制电调衰减器的输出信号，使得当输入信号功率值Pin幅度变 化时，将输出功率P?t稳定在
[0011]温度T°C时，固态功率放大器的输出功率Ρ_=Ρ2+6()+Μ*(Τ-25°(：)，其中Go为射频放大 链路和限幅器在25°C时的总增益，M为射频放大链路增益随温度的变化系数，单位为dB/°C; 当Pin〈[时，自动电平控制环路处于开环状态，P_ = P2+GQ+M*(T-25°C);当Pin > ^时， 自动电平控制环路处于闭环状态
其中g'为25°C时自动电平控制环路的输出功率设定值， ^为工作温度范围内固态功率放大器的输出功率额定值。
[0012] 进一步的，所述检波电路包括第一电容Cl以及检波器U2;所述3db电桥第三端口通 过第一电容Cl与检波器U2输入端口连接;检波器输出端口与差动积分器输入端口连接。
[0013] 进一步的，所述温补门限电路包括第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、二极管 Dl以及电源V ss;所述第一电阻Rl的一端与电源Vss相连，另一端与第二电阻R2-端、第三电 阻R3-端连接;第三电阻R3另一端通过二极管Dl接地;第二电阻R2另一端接地。电源通过第 一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、二极管Dl分压形成温补门限信号V-。
[0014]
其中 Vbr为二极管Dl在25°C时反向击穿电压VBR，VBR的温度的变化系数为N，N的单位是V/°C;检波 器在线性检波区的检波系数为K，K的单位是V/dB;要补偿温度T°C时射频放大链路的增益随
温度变化量M* (T-25 °C )，需调整得到RI、R2、R3的值，使_ \ 立，M为射频放大链路增益随温度的变化系数。
[0015] 进一步的，所述差动积分器包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻 R7、第二电容C2、第三电容C3以及运算放大器Ul;所述检波器输出端口通过第四电阻R4与第 五电阻R5-端、第六电阻R6-端共点连接;第五电阻R5另一端接地;第六电阻R6另一端接入 运算放大器正极输入端;第二电容C2另一端与运算放大器Ul接地端同时接地;第四电阻R4、 第五电阻R5公共端产生分压信号V+;温补门限信号V-通过第七电阻R7接入运算放大器Ul负 极输入端;所述第二电容跨接在预算放大器正极输入端与接地端之间；第三电容跨接在负 极输入端与运算放大器输出端之间；其中要求第七电阻R7与第六电阻R6阻值相等，第二电 容C2和第三电容C3容值相等。
[0016]
L，Vt = 0,自动电平控制环路处于开环状态，电调衰减器的衰减 量为最小值；当Pin > &，vT20自动电平控制环路处于闭环状态，闭环锁定后V+=V-，电调 衰减器控制电压Vt = &]〇/+- V_)dt将不再变化，衰减量恒定，固态功率放大器的 输出功率Pciut在输入功率和温度变化条件小都将稳定在额定值IQ
[0017] 进一步的，所述运算放大器U2采用LM158;所述检波器Ul采用LTC5531;所述二极管 Dl采用肖特基二极管CDC7631。
[0018] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
[0019] 传统的自动电平控制环路中，电调衰减器的控制电压Vt主要通过V+和V-的差分放 大来产生，由于放大倍数有限，检波电压V+需要高出门限电压V--定量值时产生的Vt电压才 能使系统闭环锁定，门限电压V4周试困难;本方案中采用差动积分电路代替差分放大电路， 有效解决此问题，门限电平灵敏度大大提高，环路锁定时V+几乎等于V-，门限值调试简单。
[0020] 自动电平控制环路在锁定过程中，输出功率电平内可能大大超过锁定后的设定值 容易造成射频放大链路的短时过激励。本方案中在自动电平控制环路后在增加限幅器， 防止射频放大链路的输入过激励。
[0021] 限幅器限幅功率^的选择范围为€ +SdB Sg+ IOdB;限幅器限幅功 率的下限值是了保证限幅器的限幅值^与实际工作点$有一定差值，以防止限幅器引入 过大的非线性;限幅器限幅功率的上限值是射频放大器的输入过激励最大值。限幅器限幅 功率过小会引起系统线性度的极大恶化，过大将不能起到过激励保护的功能。
[0022] 传统的固态功率放大器的自动电平控制环路的功率取样通常在射频放大链路之 后，虽能补偿射频链路的温度特性，但环路大，电磁兼容差。本方案的功率耦合在射频放大 链路前，结构紧凑，整个环路可以单独进行电磁屏蔽且远离射频大功率部分，抗干扰能力大 大增强。
[0023] 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功率控制。可以 实现当输入功率动态变化8dB以上，且温度变化-35 °C~+70 °C的条件下，保证固态功率放大 器的输出功率变化小于〇.5dB，三阶交调恶化小于2dBc，固态功率放大器的抗过激励输入功 率可达20dBm以上。
[0024]射频放大链路的技术指标为: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-5dBm，三阶交调指标为15dBc。
【附图说明】
[0025]图1、是本发明原理框图；
[0026]图2、自动电平控制环路原理图；
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0028] 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仅用以解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0029] 本发明相关说明：
[0030] 1、检波器:检波器电源端口 VCC、V〇S接电源信号。检波器接地端GND接地。当检波器 使能端使能时，输入信号通过检波器输入端口 Vin从高频调幅波中检出原调制信号 的，并通过检波器输出端口 Vout输出原调制信号。
[0031] 2、Pin为固态功率放大器输入功率;Pl为电调衰减器输出功率;P2和P3为3dB电桥 输出功率;P4为限幅器输出功率;Pout为固态功率放大器输出功率;Pin加上电调衰减器插 入损耗等于P1;P1加上3dB电桥的插入损耗等于P2和P3;P2加上限幅器插入损耗等于P4;P4 加上射频放大链路增益等于Pout;
[0032] 为了验证本发明的正确性，设计了 L波段输出功率50dBm的固态功率放大器。样件 原理框图如图2所示。
[0033] -种固态功率放大器的功率控制电路包括一个自动电平控制环路1以及一个限幅 器2。所述自动电平控制环路1包括电调衰减器11，3dB电桥12,检波电路13,差动积分器14; [0034] 温补门限电路15。所述检波电路13包括第一电容Cl(除此之外还可以包括电阻R8、 电容C4、C5)、检波器U2以及电源；
[0035] 差动积分器14包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，第二电容 C2、第三电容C3 (除此之外，还可以包括C6、C7)、运算放大器Ul以及电源；
[0036] 所述温补门限电路15包括第一电阻RU第二电阻R2、第三电阻R3、二极管Dl以及电 源。
[0037]固态功率放大器的输入信号Pin接入电调衰减器11的1端口，电调衰减器11的2端 口接入3dB电桥12的1端口，3dB电桥12的2端口接入限幅器2，最后接入射频放大链路3的输 入端，经过功率放大后输出Pout。
[0038] 3dB电桥12的3端口通过第一电容Cl(还可以加上第五电容C4和匹配电阻R8)，接入 检波器U2的Vin端;+5V电压通过滤波电容C5接入检波器U2的Vcc端;检波器U2输出端产生的 检波信号通过的Vout端输出。
[0039] 检波器U2的Vout端输出的检波信号通过第四电阻R4、第五电阻R5分压产生信号 V+;第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、二极管Dl对电源端进行分压产生温补门限信号 V一。V+和V-信号分别通过电阻R6、R7,电容C2、C3接入运算放大器U2的+INl和-INl端。运算放 大器U 2的V 〇 u 11端产生的控制信号V τ接入电调衰减器I 1的控制端3端口。其中 V- = VSS -+ [VBR +N* (T~ 25^)3rr ^ -，其中Vbr为二极 Ki + R;^ ' kI k2 'i~k2k：>+RiR3 管Dl在25°C时反向击穿电压VBR，VBR的温度的变化系数为N，N的单位是V/°C;检波器在线性 检波区的检波系数为K，K的单位是V/dB;要补偿温度T °C时射频放大链路的增益随温度变化 量M*(T-25°C)，需调整得到R1、R2、R3的值，使等式N -= M * K成立，M为射 KXK2-I-K2K3+R1R3 频放大链路增益随温度的变化系数。
[0040] 所述运算放大器U2采用LM158;所述检波器Ul采用LTC5531;所述二极管Dl采用肖 特基二极管CDC7631。
[0041 ]当温度T°C时，固态功率放大器的输出功率P?t=P2+Go+M*(T-25°C)，其中Go为射频放大链 路和限幅器在25°C时的总增益，M为射频放大链路增益随温度的变化系数，单位为dB/Γ;当 巧11<巧时，自动电平控制环路处于开环状态，?〇^=?2+〇〇參0'-25°〇;当巧 112^7时，自动电平控 制环路处于闭环状态，P2 = ^ - M * (T - 2513):' Pout = P2 + G0 + M * (T - 25°C)= g+ G13 = 其中g为25°C时自动电平控制环路的输出功率设定值，U为工作温度 范围内固态功率放大器的输出功率额定值。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已， 并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换 和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种固态功率放大器的功率控制电路，其特征在于包括： 自动电平控制环路，用于当输入信号功率值Pin幅度变化时，将自动电平控制环路输出 功率值P2稳定在自动电平控制环路输出功率设定值5";当所述自动电平控制环路输出功率 值P2经过限幅器W及射频放大链路后，形成的输出功率Pnut稳定在输出功率设定值^上； 限幅器，用于当自动电平控制环路稳定过程中，自动电平控制环路输出功率P2大于自动 电平控制环路输出功率设定值^时，防止射频放大链路处于过激励输入状态;所述限幅器 的限幅功率它所述自动电平控制环路包括电调衰减器、3dB电桥、检波电路、差动积分器W及溫补口 限电路;所述输入功率值Pin通过电调衰减器进行衰减后，进入3地电桥的第一端口；3化电桥 将衰减信号分为两个幅度相等的功率值P2及P3信号；其中自动电平控制环路输出功率值P2 的信号输出至限幅器，然后通过射频放大链路，形成固态功率放大器的输出功率Pnut信号； 另外一路P3信号通过检波电路后，形成检波信号V+;溫补口限电路对电源进行分压产生溫补 口限信号V-;所述分压信号V+与溫补口限信号V-分别通过差动积分器产生控制信号Vt后，通 过控制信号Vt的大小控制电调衰减器的输出信号，使得当输入信号功率值Pin幅度变化时， 将输出功率Puut稳定在 溫度rc时，固态功率放大器的输出功率Pout = P2+G0+M*(T-25 °C)，其中Go为射频放大链 路和限幅器在25°C时的总增益，M为射频放大链路增益随溫度的变化系数，单位为地/°C;当 巧11<巧7时，自动电平控制环路处于开环状杰爪。* = 1"2+6〇+]?*(1'-25°(：);当口:">57肘， 自动电平控制环路处于闭环状态，其中岳为25°C时自动电平控制环路的输出功率设定值， ^为工作溫度范围内固态功率放大器的输出功率额定值。2. 根据权利要求1所述的一种固态功率放大器的功率控制电路，其特征在于所述检波 电路包括第一电W及检波器;所述3db电桥第=端口通过第一电容Cl与检波器U2输入端口 连接;检波器输出端口与差动积分器输入端口连接;检波电路输出端输出信号Vout。3. 根据权利要求1所述的一种固态功率放大器的功率控制电路，其特征在于所述溫补 口限电路包括第一电阻、第二电阻、第=电阻、二极管W及电源;所述第一电阻的一端与电 源相连，另一端与第二电阻一端、第=电阻一端连接;第=电阻另一端通过二极管接地;第 二电阻另一端接地；电源通过第一电阻、第二电阻、第=电阻、二极管分压形成溫补口限信 号V，其中Vbr为 二极管在25°C时反向击穿电压Vbr, Vbr的溫度的变化系数为N，N的单位是V/°C;检波器在线 性检波区的检波系数为K，K的单位是v/地;要补偿溫度rc时射麻放十链路的蜡益随媪底变 化量M*(T-25°C)，需调整得到公式中R1、R2、R3的值，使等式成 立，M为射频放大链路增益随溫度的变化系数，公式中R1、R2、R3分别是第一电阻、第二电阻 W及第=电阻对应的电阻值。4. 根据权利要求1所述的一种固态功率放大器的功率控制电路，其特征在于所述差动 积分器包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第屯电阻、第二电容、第=电容W及运算放大 器;所述检波器输出端口通过第四电阻与第五电阻一端、第六电阻一端共点连接;第五电阻 另一端接地;第六电阻另一端接入运算放大器正极输入端;第二电容另一端与运算放大器 接地端同时接地;第四电阻、第五电阻公共端产生分压信号V+，其4温补口限信号V-通过第屯电阻接入运算放大器负极输入端;所述第二电容跨接在预算放大器正 极输入端与接地端之间；第=电容跨接在负极输入端与运算放大器输出端之间；其中要求 第屯申阳^笛女由阳阳化祐锋笛^由容和第=电容的容值相等； 些 ，平控制环路处于开环状态，电调衰减器的衰减量为 最小閒环路处于闭环状态，闭环锁定后v+ = v-，电调衰减 器控帛 ：将不再变化，衰减量恒定，固态功率放大器的输出 功率PDUt在输入功率和溫度变化条件小都将稳定在额定值5. 根据权利要求2所述的一种固态功率放大器的功率控制电路，其特征在于所述检波 器采用LTC5531。6. 根据权利要求3所述的一种固态功率放大器的功率控制电路，其特征在于所述二极 管采用肖特基二极管CDC7631。7. 根据权利要求4所述的一种固态功率放大器的功率控制电路，其特征在于所述运算 放大器采用LMl 58。
【文档编号】H03G3/30GK205545169SQ201620074252
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】敬小东, 王海龙, 罗嘉
【申请人】中国电子科技集团公司第二十九研究所