一種射頻功率衰減電路的製作方法

2023-05-06 15:46:26 5

專利名稱：一種射頻功率衰減電路的製作方法
技術領域：
一種射頻功率衰減電路技術領域[0001]本實用新型涉及射頻功率控制領域，尤其是需要大功率多檔輸出的射頻電路。
技術背景[0002]在雷達和通信領域，根據工作模式、作用距離和能耗要求，常常需要射頻發射機既能滿功率輸出，也能衰減部分功率後輸出。[0003]為了實現射頻功率衰減可以通過使用程控衰減器來實現，程控衰減器的使用又包括後置程控衰減器和前置程控衰減器。後置程控衰減器位於放大鏈路之後，放大鏈路可以按飽和工作設計，系統的功率衰減精度由後置程控衰減器決定。但是後置程控衰減器自身會引入一定的插入損耗，放大鏈路需要足夠的功率餘量。使用前置程控衰減器時，因為功放鏈路的非線性效應，輸入功率的改變量與輸出功率的改變量不成比例，當射頻放大鏈路線性放大區有限時，系統的功率衰減精度難以保證，同時不同工作溫度下的衰減量也難以控制。實用新型內容[0004]本實用新型所要解決的技術問題是針對實現射頻大功率衰減時，射頻功率衰減量、衰減精度和射頻波形難以控制，功放管的輸出功率不能充分利用的問題，提供一種通過邏輯電路控制功放管工作的簡易射頻功率衰減電路，從而實現輸出射頻功率的多檔可控輸出ο[0005]為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是[0006]一種射頻功率衰減電路，包括射頻輸入信號端、功率分配網絡、功率合成網絡、射頻輸出信號端、漏極電壓輸入端，還包括放大控制電路，所述射頻輸入信號端、功率分配網絡、放大控制電路第一輸入端依次連接，放大控制電路第二輸入端與漏極電壓輸入端連接， 放大控制電路輸出端、功率合成網絡、射頻輸出信號端依次連接。[0007]所述放大控制電路包括至少一路放大支路，所述放大支路包括輸入匹配網絡、功放管、輸出匹配網絡、柵極電壓控制電路，所述功率分配網絡輸出端、輸入匹配網絡、功放管、輸出匹配網絡、功率合成網絡輸入端依次順序連接，所述柵極電壓控制電路輸出端與功放管輸入端連接，所述漏極電壓輸出端與功放管輸出端連接。[0008]一種射頻功率衰減電路，還包括第一隔離器、第二隔離器，所述第一隔離器輸入端與射頻輸入信號端連接，所述第一隔離器輸出端與功率分配網絡輸入端連接，所述第二隔離器輸入端與功率合成網絡輸出端連接，所述第二隔離器輸出端與射頻輸出信號端連接。[0009]所述功放管是LDMOS場效應管、GaAs場效應管或GaN場效應管。[0010]所述LDMOS場效應管式ILD1044。[0011 ] 所述柵極電壓控制電路包括衰減信號輸入端、框架信號輸入端、非門、與門、分壓電路、柵極電壓輸入端，所述衰減信號輸入端通過非門後與與門一輸入端連接，框架信號輸入端與與門另一輸入端連接，與門輸出端經過分壓電路與柵極電壓輸入端連接，所述柵極3電壓輸入端與功放管輸入端連接。[0012]從上述本實用新型的結構特徵可以看出，其優點有[0013]通過邏輯電路控制的柵極電壓控制電路能有效快速地控制功放管的放大與截止， 當每一路功放管都處於放大狀態時，合成輸出的最大射頻功率是各支路輸出功率之和，因為功率合成網絡後未使用後置程控衰減器，可以充分利用各支路射頻放大的功率。[0014]當部分放大支路上的功放管處於截止狀態時，則相應的功放管幾乎不輸出射頻功率，造成功率合成網絡輸出功率的降低，從而實現相對最大輸出功率的衰減。根據功率合成的支路數，通過關斷部分合成放大支路，可以實現多個檔位的功率衰減。同時，未關斷的合成支路按飽和放大工作，功率衰減後的射頻信號波形不會惡化。[0015]本實用新型實現功率衰減時，不需要程控衰減器或射頻切換開關，不改變前級激勵信號或漏極電壓信號，只通過簡單的與門、非門電路及簡單的分壓電路搭建而成，使得本裝置成本低、體積和重量小。


[0016]本實用新型將通過例子並參照附圖的方式說明，其中[0017]圖1本裝置原理圖；[0018]圖2是放大支路原理圖；[0019]圖3是本裝置柵極電壓控制電路示意圖。
具體實施方式
[0020]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。[0021]根據電壓控制型射頻放大器的直流工作點與射頻放大增益相關的特性，可以改變放大器的工作點電壓來控制放大器處於放大或截止狀態，進而控制放大器的增益和輸出功率，典型的電壓控制型射頻放大器有LDMOS場效應管、GaAs場效應管和GaN場效應管等電壓控制型射頻放大器。[0022]如圖1所示，本裝置一種射頻功率衰減電路，包括射頻輸入信號端、功率分配網絡、功率合成網絡、射頻輸出信號端、漏極電壓輸入端、放大控制電路、第一隔離器、第二隔離器，射頻輸入信號端、第一隔離器、功率分配網絡、放大控制電路第一輸入端依次連接，放大控制電路第二輸入端與漏極電壓輸入端連接，放大控制電路輸出端、功率合成網絡、第二隔離器、射頻輸出信號端依次連接。其中第一隔離器和第二隔離器是可選項，本裝置中選用是為了確保射頻電路更穩定。[0023]如圖2所示，放大控制電路包括至少一路放大支路(也可以說是包括多路或者η路放大支路，從第一路放大支路、第二路放大支路到第η路放大支路)，每一路放大支路包括輸入匹配網絡、功放管、輸出匹配網絡、柵極電壓控制電路，功率分配網絡輸出端、輸入匹配網絡、功放管、輸出匹配網絡、功率合成網絡輸入端依次順序連接，柵極電壓控制電路輸出端與功放管輸入端連接，漏極電壓輸出端與功放管輸出端連接。功放管是LDMOS場效應管(本裝置中型號為ILD1044)、GaAs場效應管或GaN場效應管等電壓控制型射頻放大器。[0024]功率分配網絡的每一個輸出端分別與一路放大支路的輸入匹配網絡輸入端連接， 功率合成網絡的每一個輸入端分別與一路放大支路的輸出匹配網絡輸出端連接。[0025]η路支路上的功放管都選擇htegra公司的ILD1044 LDMOS場效應管，場效應管 ILD1044第一埠作為輸入埠(柵極)，ILD1044第二埠作為輸出埠(漏極)，ILD1044 第三埠(源極)接地。ILD1044正常放大射頻信號時，在ILD1044輸入埠送入柵極電壓控制電路輸出的+3V左右柵極電壓和IlW左右的激勵射頻信號，在ILD1044輸出埠送入漏極電壓輸入端輸出的+50V漏極電壓，即可在ILD1044輸出埠產生450W左右的放大信號。經過試驗驗證，保持ILD1044正常放大的其他條件不變，只將漏極電壓輸入端輸出柵極電壓降低到+0. 5V以下，則ILD1044輸出埠只輸出2W以下的射頻信號，相當於射頻信號不能通過ILD1044。[0026]功率分配網絡與功率合成網絡整體應滿足最大功率合成的幅度一致條件和相位一致條件，即射頻輸入信號端輸入射頻信號經過功率分配網絡、輸入匹配網絡、功放管、輸出匹配網絡後到達功率合成網絡輸出埠的幅度和相位應相等。這樣合成後的功率才是各支路放大功率之和，才能實現各支路放大器最大的功率輸出能力。[0027]為了能工作於功率衰減狀態，還需要功率分配網絡和合成網絡滿足每路放大支路的隔離條件，即各放大支路之間滿足較大的射頻隔離度，射頻信號不能(極少量地)從一個放大支路進入另一個放大支路。本裝置中以威爾金森功分器實現功率分配網絡和功率合成網絡。[0028]根據微波網絡原理，滿足最大功率合成的幅度一致條件、相位一致條件和支路隔離條件的η支路等功率合成時，關閉其中m條支路(m<n)，輸出功率Pout與最大輸出功率 Pmax滿足以下關係式[0029]Pout / Pmax =[(n_m) / η]2(1)[0030]當 n=2，m=l 時，Pout/Pmax=l/4，對應功率衰減 6dB。[0031]當n=3，m=l 時，Pout/Pmax=4/9，對應功率衰減 3. 5dB。[0032]當 n=3，m=2 時，Pout/Pmax=l/9，對應功率衰減 9. 5dB。[0033]當 n=4，m=l 時，Pout/Pmax=9/16，對應功率衰減 2. 5dB。[0034]當 n=4，m=2 時，Pout/Pmax=l/4，對應功率衰減 6dB。[0035]當 n=4，m=3 時，Pout/Pmax=l/16，對應功率衰減 12dB。[0036]以上將η和m代入式(1)得到的是功率衰減的理論值，當各支路幅度一致、相位一致和隔離度較佳時，實測值與理論值很接近。[0037]如圖3所示，柵極電壓控制電路包括框架信號輸入端、衰減信號輸入端、柵極電壓輸入端、非門、與門、分壓電路。衰減信號輸入端通過非門與與門一輸入端連接，框架信號輸入端與與門另一輸入端連接，與門輸出端通過分壓電路與柵極電壓輸入端連接，柵極電壓輸入端與功放管輸入端連接。分壓電路是將與門電路輸出的信號(+4. 7V左右)分壓到功放管輸入端合適的柵極電壓。[0038]其中框架信號輸入端輸入信號是為了使功放管在脈衝工作的間歇期內處於關斷狀態，減小工作間歇期的功耗。衰減信號輸入端輸入的衰減信號是為了傳送控制功放管放大還是截至的指令，多路衰減信號的邏輯組合表達控制功放管的衰減量。[0039]同時，與門、非門實現電壓轉換的時間在ns量級，可以實現柵極電壓的快速切換和射頻功率的快速衰減。合成支路處於工作狀態的功放管都處於飽和放大狀態，經過合成網絡後，不會引起波形的惡化。[0040]以圖1中單個放大支路為例，如圖3所示，當衰減信號輸入端的信號A為「低」電平時，經過非門後的信號Al為「高」電平，與門輸出信號A2與框架信號輸入端的信號邏輯狀態一致，即A2在脈衝工作期內為「高」電平，脈衝間歇期內為「低」電平。通過設置分壓電路，使A2經過分壓電路後，柵極電壓輸入端在脈衝工作期內產生+3V左右的電壓。[0041]當A為「高」電平時，Al為「低」電平，A2也為「低」電平，A2經過分壓電路後，使柵極電壓輸入端不管在脈衝工作期或者脈衝間歇期，都產生+ 0. 5V以下的電壓。由此，完成衰減信號對功放管柵極電壓的控制，相應地完成功放管放大狀態與功放管截止狀態的切換。[0042]實施例若本裝置中放大控制電路採用4路放大支路，4路衰減信號輸入端分別命名為第一路衰減信號A、第二路衰減信號B、第三路衰減信號C和第四路衰減信號D。通過一個威爾金森4路功率分配網絡將輸入射頻信號等分為4路，每一路射頻信號激勵一個 ILD1044 LDMOS功放管，經過功放管放大後的射頻信號再進入一個威爾金森4路功率合成網絡，合成得到最大千瓦級的射頻功率輸出。[0043]當第一路衰減信號A、第二路衰減信號B、第三路衰減信號C和第四路衰減信號D 都為「低」電平時，射頻鏈路輸出千瓦量級滿功率；當第一路衰減信號A、第二路衰減信號B、 第三路衰減信號C和第四路衰減信號D中共有1路信號為「高」電平，射頻鏈路相對於滿功率衰減2. 5dB,實測值為2. SdB ；當第一路衰減信號A、第二路衰減信號B、第三路衰減信號C 和第四路衰減信號D中共有2路信號為「高」電平，射頻鏈路衰減6dB，實測值為6. 5dB ；當第一路衰減信號A、第二路衰減信號B、第三路衰減信號C和第四路衰減信號D中共有3路信號為「高」電平，射頻鏈路衰減12dB，實測值為11. SdB ；當第一路衰減信號A、第二路衰減信號B、第三路衰減信號C和第四路衰減信號D全為「高」電平時，關閉射頻鏈路功率輸出。[0044]同時根據輸入的衰減指令，利用簡單的邏輯電路控制LDMOS功放管處於放大或截止狀態，關閉部分合成支路實現輸出功率的衰減。4路ILD1044 LDMOS功放管合成電路滿功率可實現千瓦級射頻功率輸出，也可實現2. 5dB, 6dB, 12dB的功率衰減輸出。[0045]本說明書中公開的所有特徵，除了互相排斥的特徵以外，均可以以任何方式組合。[0046]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
權利要求1.一種射頻功率衰減電路，包括射頻輸入信號端、功率分配網絡、功率合成網絡、射頻輸出信號端、漏極電壓輸入端，其特徵在於還包括放大控制電路，所述射頻輸入信號端、功率分配網絡、放大控制電路第一輸入端依次連接，放大控制電路第二輸入端與漏極電壓輸入端連接，放大控制電路輸出端、功率合成網絡、射頻輸出信號端依次連接。
2.根據權利要求1所述的一種射頻功率衰減電路，其特徵在於所述放大控制電路包括至少一路放大支路，所述放大支路包括輸入匹配網絡、功放管、輸出匹配網絡、柵極電壓控制電路，所述功率分配網絡輸出端、輸入匹配網絡、功放管、輸出匹配網絡、功率合成網絡輸入端依次順序連接，所述柵極電壓控制電路輸出端與功放管輸入端連接，所述漏極電壓輸出端與功放管輸出端連接。
3.根據權利要求1或2所述的一種射頻功率衰減電路，其特徵在於還包括第一隔離器、 第二隔離器，所述第一隔離器輸入端與射頻輸入信號端連接，所述第一隔離器輸出端與功率分配網絡輸入端連接，所述第二隔離器輸入端與功率合成網絡輸出端連接，所述第二隔離器輸出端與射頻輸出信號端連接。
4.根據權利要求3所述的一種射頻功率衰減電路，其特徵在於所述功放管是LDMOS場效應管、GaAs場效應管或GaN場效應管。
5.根據權利要求4所述的一種射頻功率衰減電路，其特徵在於所述LDMOS場效應管是 ILD1044。
6.根據權利要求5所述的一種射頻功率衰減電路，其特徵在於所述柵極電壓控制電路包括衰減信號輸入端、框架信號輸入端、非門、與門、分壓電路、柵極電壓輸入端，所述衰減信號輸入端通過非門後與與門一輸入端連接，框架信號輸入端與與門另一輸入端連接， 與門輸出端經過分壓電路與柵極電壓輸入端連接，所述柵極電壓輸入端與功放管輸入端連接。
專利摘要本實用新型涉及射頻功率控制領域，尤其是需要大功率多檔輸出的射頻電路。本實用新型所要解決的技術問題針對現有技術中存在的問題，提供一種通過邏輯電路控制功放管工作的簡易射頻功率衰減電路，從而實現輸出射頻功率的多檔可控輸出。本裝置包括射頻輸入信號端、功率分配網絡、功率合成網絡、射頻輸出信號端、漏極電壓輸入端、放大控制電路，射頻輸入信號端、功率分配網絡、放大控制電路第一輸入端依次連接，放大控制電路第二輸入端與漏極電壓輸入端連接，放大控制電路輸出端、功率合成網絡、射頻輸出信號端依次連接。本實用新型主要應用於射頻功率控制領域。
文檔編號H03G3/20GK202261183SQ20112039054
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月14日 優先權日2011年10月14日
發明者吳安, 李小華, 楊洋, 陶碧良 申請人:四川九洲電器集團有限責任公司