直放站及其功放裝置的製作方法

2023-04-23 20:33:31

專利名稱：直放站及其功放裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及直放站的放大技術，尤其涉及中國移動多媒體廣播(China MobileMultimedia Broadcasting, CMMB)直放站及其功放裝置。
背景技術：
中國移動多媒體廣播(ChinaMobile Multimedia Broadcasting,CMMB)是我國自主研發的第一套面向手機、PDA、MP3、MP4、數位相機、筆記本電腦多種移動終端的系統。在CMMB的系統構成中，CMMB信號主要由S波段衛星覆蓋網絡和U波段地面覆蓋網絡實現信號覆蓋。CMMB主要包括兩個頻段，即U波段，470MHz 798MHz ；S波段，2635MHz 2660MHz。為實現城市人口密集區域移動多媒體廣播電視信號的有效覆蓋，採用U波段地面無線發射構建城市U波段地面覆蓋網絡。CMMB標準頒布後，全國開始進行CMMB網絡覆蓋建設，特別是構建城市U波段地面覆蓋網絡。其中，CMMB直放站是在移動多媒體廣播過程中起到信號增強的一種無線廣播中繼設備。直放站放大器是在現有的覆蓋區域中拾取信號，通過帶通濾波器對帶外信號進行隔離，將濾波的信號經功放放大後再次發射到待覆蓋區域。CMMB直放站可以消除CMMB網絡中的盲區，並進行優化，提高網絡覆蓋率，從而改善用戶的實際使用效果。其中CMMB功放裝置是CMMB直放站的重要組成部分，CMMB功放裝置的技術指標直接決定了 CMMB直放站系統性能。開發CMMB功率線性放大裝置具有一定的必要性。

發明內容本發明的一個目的是提供一種效果良好的適用於直放站的功放裝置。該功放裝置包括射頻放大電路，所述射頻放大電路包括順次連接的數控衰減模塊、第一壓控衰減模塊、第一放大模塊、第二壓控衰減模塊、第二放大模塊、第三放大模塊、第四放大模塊以及環形器。作為一種優選方案，所述功放裝置還包括輔助控制電路，所述輔助控制電路包括增益溫度補償模塊，所述增益溫度補償模塊與第一壓控衰減模塊連接。作為一種優選方案，所述輔助控制電路還包括自動電平控制模塊，所述自動電平控制模塊連接第四放大模塊的輸出端和第一壓控衰減模塊。作為一種優選方案,所述輔助控制電路還包括輸入功率檢測模塊、輸出功率檢測模塊和反向功率檢測模塊，所述輸入功率檢測模塊用於檢測輸入到數控衰減的射頻信號的功率，所述輸出功率檢測模塊用於第四放大模塊輸出的射頻信號的功率，所述反向功率檢測模塊與所述環形器連接。作為一種優選方案，所述輔助控制電路還包括溫度檢測模塊，用於檢測所述第四放大模塊的溫度。作為一種優選方案，所述輔助控制電 路還包括自激保護模塊和限幅保護模塊，所述自激保護模塊用於根據所述輸出功率檢測模塊的檢測結果進行自激保護，所述限幅保護模塊用於限制輸入到數控衰減模塊的射頻信號的幅度。作為一種優選方案，所述輔助控制電路還包括連接到第四放大模塊的輸入端的柵壓溫度補償模塊。作為一種優選方案，所述輔助控制電路還包括連接到所述第四放大模塊的電流檢測模塊。本發明的另一個目的是提供性能良好的直放站，該直放站包括本發明上述的功放裝置。作為一種優選方案，所述直放站適用於中國移動多媒體廣播系統，所述功放裝置為線性放大裝置。本發明優選實例提供的功放裝置具有較低的成本，較好的性能。

圖1為本發明提供的功放裝置的原理框圖。
具體實施方式圖1是本發明一實例提供的一種功放裝置的原理框圖，該功放裝置適用於CMMB直放站，功率是30W。該功放裝置包括射頻放大電路和輔助控制電路。射頻放大電路包括順次連接的數控衰減模塊1、第一壓控衰減模塊2、第一放大模塊3、第二壓控衰減模塊4、第二放大模塊5、第三放大模塊6、第四放大模塊7和環形器8。射頻信號從數控衰減模塊I輸入，經過放大後從環形器8輸出。輔助控制電路包括輸入功率檢測模塊9、輸出功率檢測模塊10、反向功率檢測模塊11、自動電平控制(ALC)模塊12、溫度檢測模塊13、自激保護模塊14、限幅保護模塊15、增益溫度補償模塊16、柵壓溫度補償模塊17、電流檢測模塊18等。下面，就各個部分作進一步說明。`(I)、數控衰減模塊I為了配合產品增益要求，用HMC472做數控衰減模塊，步進0.5dB,衰減範圍31.5dB, +5V供電。數控衰減模塊I目的是配合實現CMMB直放站的增益可調節要求，以便在工程應用時，根據實際需要增益來調節。(2)、第一壓控衰減模塊2為了控制產品最大功率輸出，採用兩個HSMP-3814構造第一壓控衰減模塊2。本實例中，第一壓控衰減模塊2還作為ALC控制模塊的一部分。第一壓控衰減模塊2採用兩個HSMP-3814，可以保證CMMB直放站自動電平控制的範圍。單片機可根據設定的數值輸出一個比較電平到差分運算放大器，功放模塊輸出信號耦合下來的電平也輸到差分運算放大器，兩者比較後輸出電平到第一壓控衰減I，來調節衰減量，以控制CMMB直放站功放模塊的輸出功率。自動電平控制起控後輸入信號電平增大15dB，輸出信號電平增加在IdB之內。(3)、第一放大模塊3採用SXA-389做第一放大，PldB壓縮點為25dBm，增益為19dB。(4)、第二壓控模塊4為了保證產品在高低溫情況下增益穩定，採用一個HSMP-3814構造第二壓控模塊
4。第二壓控模塊4作為增益溫度補償模塊16的一部分，通過軟體檢測當前的溫度，根據不同溫度段輸出不同電壓值，來調節衰減量。配合調節CMMB直放站在高低溫環境下，增益變化滿足要求。(5)、第二放大模塊5採用RF3809做第二放大，PldB壓縮點為33dBm，增益為13dB。(6)、第三放大模塊6採用雙管MW6S010做推動級，功放管MW6S010的峰值功率為10W，增益為18dB。(7)、第四放大模塊7採用功放管MRF6VP3450做第四放大，功放管MRF6VP3450在頻率範圍是470 860MHz,峰值功率為450W，增益為22dB。功放管MRF6VP3450在700MHz以下穩定因子大於1，功放匹配有較大調整，在調試過程中需要綜合考慮電路的穩定性和功率線性。本實例中，採用多級放大的目的是:滿足增益的要求；滿足線性(頻譜特性)的要求；滿足輸出最大功率的要求；滿足噪聲的要求。(8)、環形器 8環形器常溫情況下，插入損耗彡0.30dB，隔離度彡23dB，駐波比彡1.15。(9)、輸入功率檢測模塊9、輸出功率檢測模塊10和反向功率檢測模塊11用HMC1010來檢測輸出功率，滿足均值功率檢測和穩定的功率控制要求，檢測範圍要求大於30dB，檢測精度± IdB以內。反向功率檢測採用AD8314，檢測範圍要求大於29dB，檢測精度±2dB以內。輸入功率檢測採用AD8314，滿足功率檢測範圍和檢測精度。

(10)、自動電平控制模塊12自動電平控制是當放大器輸出信號電平到達ALC設定值時，增加輸入信號電平，放大器對輸出信號電平的控制能力。ALC起控後輸入功率增大15dB，輸出功率保持在IdB之內。(11)、溫度檢測模塊13溫度檢測用於實時檢測功率放大器的工作溫度。模擬溫度傳感器TMP36，檢測溫度範圍是_40°C 125°C，輸入電壓值範圍400mV 1.8V，檢測精度±2°C，檢測比例因子10mV/°C。其在PCB擺放位置儘量靠近末級功率放大器，以檢測較為準確的溫度值。模擬溫度傳感器TMP36檢測出的電壓值經過運算放大器LM2904放大，輸入到單片機。(12)、增益溫度補償模塊16和柵壓溫度補償模塊17由於功放器件在不同溫度時，它的靜態工作點會發生漂移，使得功放線性發生變化，從而影響射頻指標。對於功放柵壓，不同的柵極電壓可以得到不同的靜態工作電流。通過調節功放柵極電壓，可以使功放的靜態工作電流在整個溫度範圍保持一致，從而保證的功率放大器在不同溫度下工作的性能參數。因此在該裝置中對於柵壓，採用了硬體溫補和軟體溫補相結合的方案。硬體溫補是通過二極體BAS16來進行補償。功放管在溫度降低時，靜態電流變小，需要增加柵壓值，使得靜態電流變大。二極體在溫度降低時，正向壓降升高，剛好補償了柵壓值。功放管在溫度升高時，靜態電流變大，需要減小柵壓值，使得靜態電流減小。二極體在溫度升高時，正向壓降降低，剛好補償了柵壓值。軟體溫補是實時檢測功放溫度，根據不同溫度段輸出不同電壓值到功放管的柵極。可以保證不同溫度下的功放穩定偏置電流，從而提高功放的射頻性能指標。由於放大管在高低溫情況下存在一定的增益變化，因此在該裝置中採用了壓控衰減器HSMP-3814的方案，實時檢測溫度，根據不同溫度段輸出不同電壓值到壓控衰減器HSMP-3814,來調節衰減量。常溫時輸出固定電壓值，衰減為一固定值，高溫時增加電壓值衰減變小，低溫時降低電壓值衰減變大，從而彌補放大管的增益溫度變化曲線。(13)、電流檢測模塊18電流檢測用於實時檢測功率放大器的漏極電流。電流並聯監視器INA138，輸入電壓範圍2.7V 36V。電流並聯監視器INA138檢測出的電壓值經過運算放大器LM2904放大，輸入到單片機。CMMB線性功放30W模塊具有功放開關、功放過功和功放器件壞告警等功能。功放開關通過控制功放管柵極電壓，來保證信號電平的輸出。功放過功是通過檢測實際輸出功率，與門限值比較，大於門限值時關功放，顯示過功告警。功放器件壞告警是通過檢測功放柵壓是否為零，當檢測功放柵壓值為零，則顯示功放壞告警。本發明提出的一種CMMB直放站功放模塊30W實現方法，包括如下步驟。射頻放大電路實現的步驟包括:步驟一，輸入信號經過數控衰減器及自動電平控制器；步驟二，信號進入第一放大管進行信號的放大；步驟三，信號經過溫度補償裝置；步驟四，信號進入第二放大管進行信號的放大；步驟五，信號經過3dB電橋分成兩路進行信號放大，再經過3dB電橋合為一路，即為第三放大；步驟六，信號進入第四放大管進行信號的放大，然後經過環形器輸出。所述的射頻放大電路負責將所輸入的射頻信號進行線性放大。同時，配合整機增益要求，在功放模塊射頻鏈路上增加數控衰減器，通過單片機控制數控衰減器來調節功放模塊的增益。考慮數控衰減器對模塊噪聲和線形的影響，通過計算和實驗，最終確定數控衰減器擺放位置。所述的各放大管工作時的輸出功率均遠低於其IdB壓縮點。在選擇推動放大管和末級功放管時，選擇工作電流較小的器件，用以提高效率。根據本方案的輸出功率要求，系統要求輸出功率為44.8dBm, CMMB信號的PAR約
9.5dB，在基帶沒有削峰情況下，功放管回退至少要達到這個水平，而通常的功放效率只能做到10%左右，我們的設計思路是優先保證技術指標，在技術指標滿足的情況下提高效率。此方案選用Freescale公司的功放管MRF6VP3450作為最後一級。此功放管的PldB壓縮點為56.5dBm，而所要求的輸出功率為44.8dBm,回退了 11.7dB，所以指標可以滿足要求。根據末級功放管的增益確定推動級(第三級)的選型，推動級只需要輸出功率為23dBm的信號就可以了，選擇Freescale公司的功放管MW6S010，採用平衡式放大來做為推動級。此放大管在輸出功率為20dBm時，帶肩比(中心頻率±4.2MHz)的指標在_45dBc以下，有充足的餘量，保證了送到末級的信號質量。推動級的選擇原則是要求該處的功率回退為16dB以上。正向功率和反向功率檢測實現方法包括:輸出功率檢測是通過微帶線耦合部分輸出信號，通過衰減橋之後進入檢波管HMC1010進行功率檢測，把功率轉化成電壓量，進入單片機運算，得出功率值，在監控界面上顯示。反向功率檢測是通過環形器採樣反向信號的能量，通過衰減橋之後進入檢波管AD8314進行功率檢測，把功率轉化成電壓量，進入單片機運算，得出功率值，在監控界面上顯示。
柵壓和增益溫度補償的實現方法包括:柵壓溫度補償包括硬體溫補和軟體溫補。硬體溫補是將二極體BAS16並聯在功放柵壓鏈路上，通過二極體BAS16的導通隨溫度變化特性來進行補償。軟體溫補是在軟體中，對應不同溫度段，設置不同電壓值。當功放管處於某個溫度時，通過溫度檢測模塊實時檢測功放溫度，單片機根據對應溫度段輸出對應電壓值到功放管的柵極，來保證不同溫度下的功放管的穩定靜態電流。增益溫度補償是將壓控衰減器HSMP-3814串聯在射頻鏈路上，並在軟體中，對應不同溫度段，設置不同電壓值。當功放處於某個溫度時，通過溫度檢測模塊實時檢測功放溫度，單片機根據對應溫度段輸出對應電壓值到壓控衰減器HSMP-3814，來調節衰減量，從而保證不同溫度下的射頻鏈路的穩定增益。電流檢測實現方法包括:首先用三個阻值為0.05 Ω的電阻並聯後，串聯在48V供電電路上，當電流流過電阻時產生壓降，通過電流並聯監視器INA138檢測出電壓壓降值。然後，這個電壓值通過運算放大器LM2904緩衝，進入單片機運算，得出電流值，在監控界面上顯示。限幅保護功能實現方法包括:在CMMB線性功放30W模塊的輸入端並聯二極體限幅器，二極體導通時，大信號的幅度被限制在門限電壓以下，具有一定的保護功能。散熱銅板工藝包括:其尺寸為132.1mmX 68.7mmX 5mm，材料為紫銅，正面鍍鎳。在正面挖槽，是功放管燒結位置。打6個螺紋孔，作為固定PCB到銅板上。打30個通孔，作為固定銅板到盒體。底部跳線採用燒結功放管後，穿過銅板焊接。功放管燒結裝配工藝包括:先用6顆不鏽鋼圓頭螺釘M2X4將PCB到固定在銅板上。在銅板上，功放管槽位置塗上厚度為0.15mm錫膏。在PCB板上，功放管管腳位置塗上厚度為0.15mm錫膏。錫膏為Tamura有鉛錫膏RMA-010-FP。然後將功放管放入槽內，位置正偏向輸出端。然後用壓板壓在上面，有一個或兩個壓點壓在功放管的上面。同時每個壓柱有1.5kgf.cm扭力的彈簧,保證在燒結過程中有一個向下的壓力，使功放管和銅板較好地接觸。彈簧的彈力不可過大，防止壓壞功放管。採用電熱板CT-946進行燒結。將電熱板溫度設置在260°C，等溫度升到設定值時，將固定好功放管的銅板放在電熱板上，進行燒結。此時電熱板溫度會慢慢地下降，下降到220°C後，電熱板又開始升溫，直到260°C。開始計時，大約在3分鐘後，關掉電熱板，讓其自然冷卻。巴倫製作工藝包括:需要製作手動半剛電纜治具，利用治具加工成U形電纜。治具的材料是鋁合金，在一塊70mmX65mm的鋁合金塊上，鑄有一個馬蹄形的凸起的柱形體，柱形體高度為7_。同時做一個定位端，並用可移動的夾鉗固定這個位置。半剛性同軸電纜的材料包括外導體是鍍錫銅線；絕緣介質是聚四氟乙烯；內導體是冷軋碳素鋼。外導體直徑是 2.286+0.0508/-0.0254mm ;絕緣介質直徑是 1.854mm ;內導體直徑是 1.024+/-0.0254mm。半剛電纜阻抗是25+/-1.0ohms0巴倫製作方法是先取一根半剛電纜，將其一端固定在半剛電纜治具的定位端，圍繞馬蹄形柱形體彎折電纜，用斜口鉗按照指定位置將電纜剪切。用斜口鉗和尖嘴鉗剝線，剝去外導體2mm，剝去絕緣介質1mm。半剛性同軸電纜巴倫也可採用半剛性電纜成型機和半剛性同軸電纜剝線機進行製作。CMMB線性功放30W模塊，設計了耦合端，採用削峰和數字預失真方法，可以將模塊推到80W，指標合格。CMMB線性功放30W模塊產品內部採用單片機控制和RS485通信，外部結構和接口等嚴格按統一標準開發，方便產品的借用復用和標準化工作。產品選用通用型和低成本器件，具有比較低的成本優勢。該產品是一款高線性放大的裝置，具有自動電平控制，輸出電平連續可調，自動跟蹤溫度變化進行溫度補償，功率檢測，功放保護等功能。對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種直放站的功放裝置，包括射頻放大電路，其特徵在於，所述射頻放大電路包括順次連接的數控衰減模塊(I)、第一壓控衰減模塊(2)、第一放大模塊(3)、第二壓控衰減模塊(4)、第二放大模塊(5)、第三放大模塊￠)、第四放大模塊(7)以及環形器(8)。
2.根據權利要求1所述的功放裝置，其特徵在於，所述功放裝置還包括輔助控制電路，所述輔助控制電路包括增益溫度補償模塊(16)，所述增益溫度補償模塊(16)與第一壓控衰減模塊(4)連接。
3.根據權利要求2所述的功放裝置，其特徵在於，所述輔助控制電路還包括自動電平控制模塊(12)，所述自動電平控制模塊(12)連接第四放大模塊(7)的輸出端和第一壓控衰減模塊⑵。
4.根據權利要求3所述的功放裝置，其特徵在於，所述輔助控制電路還包括輸入功率檢測模塊(9)、輸出功率檢測模塊(10)和反向功率檢測模塊(11)，所述輸入功率檢測模塊(9)用於檢測輸入到數控衰減(I)的射頻信號的功率，所述輸出功率檢測模塊(10)用於第四放大模塊(7)輸出的射頻信號的功率，所述反向功率檢測模塊(11)與所述環形器(8)連接。
5.根據權利要求3所述的功放裝置，其特徵在於，所述輔助控制電路還包括溫度檢測模塊(13)，用於檢測所述第四放大模塊(7)的溫度。
6.根據權利要求4所述的功放裝置，其特徵在於，所述輔助控制電路還包括自激保護模塊(14)和 限幅保護模塊(15)，所述自激保護模塊(14)用於根據所述輸出功率檢測模塊(10)的檢測結果進行自激保護，所述限幅保護模塊(15)用於限制輸入到數控衰減模塊(I)的射頻信號的幅度。
7.根據權利要求3所述的功放裝置，其特徵在於，所述輔助控制電路還包括連接到第四放大模塊(7)的輸入端的柵壓溫度補償模塊(17)。
8.根據權利要求3所述的功放裝置，其特徵在於，所述輔助控制電路還包括連接到所述第四放大模塊(7)的電流檢測模塊(18)。
9.一種直放站，其特徵在於，包括如權利要求1至8中任意一項所述的功放裝置。
10.根據權利要求9所述的直放站，其特徵在於，所述直放站適用於中國移動多媒體廣播系統，所述功放裝置為線性放大裝置。
全文摘要
本發明涉及直放站及其功放裝置，該功放裝置包括射頻放大電路和輔助控制電路，射頻放大電路包括順次連接的數控衰減模塊(1)、第一壓控衰減模塊(2)、第一放大模塊(3)、第二壓控衰減模塊(4)、第二放大模塊(5)、第三放大模塊(6)、第四放大模塊(7)以及環形器(8)。本發明的功放裝置具有較低的成本和較好的性能，屬於高線性放大的裝置，具有自動電平控制，輸出電平連續可調，自動跟蹤溫度變化進行溫度補償，功率檢測，功放保護等功能。
文檔編號H03F3/20GK103209016SQ20121001379
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者廖向前, 朱超 申請人:深圳國人通信有限公司