一种自适应偏置的低噪声放大器保护装置

本发明涉及微波测量、电子信息领域，具体涉及一种自适应偏置的低噪声放大器保护装置。

背景技术：

1、高功率微波是一个不断发展的概念。传统的高功率微波是指功率超过100mw，频率在1～300ghz之内的电磁波。发展到至今，高功率微波的概念及其发展思路得到了进一步的扩展，平均功率大于1mw的强电磁辐射也属于高功率微波的范畴。

2、高功率微波(hpm)系统通过高增益天线定向发射高功率微波照射目标，对目标的电子设备造成干扰或损伤。按照高功率微波对电子设备的耦合途径，通常可以分为“前门”和“后门”耦合。“前门”耦合是指高功率微波通过电子系统中的天线进入系统内部，当所使用高功率微波频段落入目标系统工作频段内时，这种耦合方式对射频设备威胁很大；“后门”耦合是指入射波通过目标系统壳体上的孔、缝、电缆接头等形成的耦合。因此“前门”耦合对射频前端的影响尤为严重。

3、高功率微波可以通过辐照直接作用在设备“前门”天线，从而进入设备的射频链路。同时由于高功率微波的时频域特性造成了前门耦合量级较大，使得耦合能量超过各类半导体器件的干扰、损伤阈值，导致器件出现不可逆转的毁伤效应。因此，在“前门”设计出能够防护超宽谱高功率微波的防护模块具有重要应用价值。

4、现今阶段，主要有两种“前门”防护措施保证电子设备免受高功率微波的影响。一是以“场”防护作为主要防护方法，根据不同场作用下防护设备的响应不同来“筛选”有用信号，反射高能量信号；二是加装在设备链路上的“路”防护模式，当射频前端经过大能量信号时，防护模块器件启动对高能量信号泄放，从而保护后级链路免受影响。但无论哪种防护方式，针对高功率微波而言，现今的低噪声放大器防护性能都难以满足要求且存在被毁伤的可能性。为此，设计一种自适应偏置的低噪声放大器保护装置对电子设备防护电磁干扰、电磁毁伤尤为重要。

技术实现思路

1、本发明提供了一种自适应偏置的低噪声放大器保护装置，可用于对电子设备防护电磁干扰和电磁毁伤。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种自适应偏置的低噪声放大器保护装置，该装置包括：低噪声放大器、定向耦合器、检波电路、自适应保护模块、射频开关和信号调理电路；

4、所述定向耦合器的直通端输出连接至所述射频开关的输入端；

5、所述射频开关的输出端连接在所述低噪声放大器的输入端；

6、所述低噪声放大器的输出端向下级电路进行射频输出；

7、所述定向耦合器的耦合端输出连接在所述检波电路的输入端，所述定向耦合器将与包络检波处理需求匹配的信号耦合至所述检波电路，即定向耦合器将符合所述检波电路处理标准的信号耦合至所述检波电路；

8、所述检波电路的输出端接入所述自适应保护模块的输入端；

9、所述自适应保护模块包括两个输出端，第一输出端连接在所述射频开关的控制端，第二输出端连接在所述信号调理电路的输入端；

10、所述信号调理电路的输出端连接在所述低噪声放大器的偏置电压输入端；

11、所述自适应保护模块用于对检波电路输出的信号进行检测处理，当检测到信号超过低噪声放大器的安全阈值时，通过自适应保护模块的第一输出端口输出控制信号，断开射频开关以保护电路；否则，实时调整输出至信号调理电路的偏置电压大小以使低噪声放大器工作在其线性工作区。

12、进一步的，所述自适应保护模块包括：模数转换器、数据处理模块、i/o端口和数模转换器；

13、检波电路输出的信号经模数转换器得到对应的数字信号，并传入数据处理模块，所述数据处理模块用于对检波电路输出的信号进行检测处理；

14、所述数据处理模块包括两个输出端，数据处理模块的第一输出端连接所述i/o端口的输入端，所述i/o端口的输出端(即自适应保护模块第一输出端)连接射频开关的输入端；数据处理模块的第二输出端接入数模转换器的输入端，数模转换器的输出端(即自适应保护模块第二输出端)接入所述信号调理电路的输入端。

15、进一步的，所述数据处理模块对检波电路输出的信号进行检测处理具体为：

16、所述数据处理模块预置有正常工作状态下的低噪声放大器的栅极电压和漏极电压，以及预置有数据长度为1bit的射频开关标志变量，其值为1时，表示开关连通；值为0时，表示开关断开；

17、当数据处理模块检测到模数转换器后的电压值读数大于低噪声放大器的安全阈值时，则将射频开关标志变量置0，以断开i/o端口与连接射频开关的输入端之间的连接；同时低噪声放大器的栅极电压和漏极电压的输出值均置0，再通过数据处理模块的第二输出端输入数模转换器。

18、当数据处理模块检测到当前电压值读数小于或等于低噪声放大器的安全阈值时，继续检测模数转换器输出的电压值是否小于或等于指定的第二阈值，若是，则将射频开关标志变量置为1，并将正常工作状态下的低噪声放大器的栅极电压和漏极电压作为栅极电压和漏极电压的输出值；若大于该第二阈值，则将射频开关标志变量置为1，并将与当前电压值读数匹配的栅极电压和漏极电压值作为栅极电压和漏极电压的输出值；再通过数据处理模块的第二输出端输入数模转换器；

19、其中，第二阈值小于安全阈值。

20、进一步的，所述数据处理模块设置有关于电压值读数的数据查找表，所述数据查找表用于记录经实验测量得到的每一个电压值读数所分别对应的低噪声放大器的栅极电压和漏极电压，采用散列表结构，以使得从模数转换器输出的每一个电压值读数都有对应的栅极、漏极电压值。

21、进一步的，所述安全阈值为数据查找表内的最大电压值，所述第二阈值为数据查找表内的最小值。

22、进一步的，所述自适应保护模块内部连接及全部输入输出端，以及所述信号调理电路输出端均为控制线路。

23、进一步的，所述射频开关的输入端、所述定向耦合器的输出端、所述射频开关的输出端和所述低噪声放大器的输出端均为射频线路，通过同轴线进行连接。

24、进一步的，所述检波电路对所述定向耦合器的耦合端输出信号进行幅度解调，以用于自适应保护模块的模数转换器处理。

25、进一步的，所述模数转换器将所述检波电路的输出端输出的模拟信号转换为数字信号，以使得所述处理模块可以读取数据并进行处理。

26、本发明提供的技术方案至少带来如下有益效果：

27、本发明能使得射频接收机的低噪声放大器在复杂电磁环境下，拥有一定抗干扰能力，体现在：当外部干扰信号超出低噪声放大器的线性工作区时，及时采取措施使其重新工作在线性区，以保持良好工作状态；当接收信号超过低噪声放大器的安全阈值，及时切断传输链路以保证低噪声放大器及链路的安全。本发明可自适应地将失真的低噪声放大器调节至线性工作区、将过强干扰时的电路断开以保护电路，达到在高功率毫米波接收应用场景中抵抗外部信号干扰、提高接收稳定性的目的。

技术特征：

1.一种自适应偏置的低噪声放大器保护装置，其特征在于，包括：低噪声放大器、定向耦合器、检波电路、自适应保护模块、射频开关和信号调理电路；

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自适应保护模块包括：模数转换器、数据处理模块、i/o端口和数模转换器；

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块对检波电路输出的信号进行检测处理具体为：

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块设置有关于电压值读数的数据查找表，所述数据查找表用于记录经实验测量得到的每一个电压值读数所分别对应的低噪声放大器的栅极电压和漏极电压，采用散列表结构，以使得从模数转换器输出的每一个电压值读数都有对应的栅极、漏极电压值。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述安全阈值为数据查找表内的最大电压值，所述第二阈值为数据查找表内的最小值。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述自适应保护模块内部连接及全部输入输出端，以及所述信号调理电路输出端均为控制线路。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频开关的输入端、所述定向耦合器的输出端、所述射频开关的输出端和所述低噪声放大器的输出端均为射频线路，通过同轴线进行连接。

8.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述检波电路对所述定向耦合器的耦合端输出信号进行幅度解调，以用于自适应保护模块的模数转换器处理。

9.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述模数转换器将所述检波电路的输出端输出的模拟信号转换为数字信号，以使得所述处理模块可以读取数据并进行处理。

技术总结
本发明提供一种自适应偏置的低噪声放大器保护装置。包括低噪声放大器；还包括有定向耦合器、检波电路、自适应保护模块、射频开关、信号调理电路；其中自适应保护模块包括模数转换器、数据处理模块、I/O端口、数模转换器。其优势在于所述数据处理模块预先存储有：射频开关标志信号、低噪声放大器正常工作状态下偏置电压值、存储有模数转换器转换后不同的电压读数值所分别对应的不同偏置电压值的查找表。数据处理模块首先通过电压读数值判断电路是否需要断开射频开关以保护电路；其次通过电压读数值判断此时是否需要改变低噪声放大器的偏置电压值，使其工作在线性区；若需要改变，则再根据电压读数值判断出恰当数值进行输出。

技术研发人员：马春光,宋锐龙,张明文,黄嘉伟,陈旭,王建勋,罗勇
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16