功率放大器系統的製作方法

2023-11-02 19:03:27 1

本實用新型涉及功率放大器系統，更具體地，涉及包括射頻功率放大器及射頻功率放大器的輸出端開路保護電路的系統。

背景技術：

射頻功率放大器作為通信系統的最末級，因大功率而極易被損壞。此外，由於功率放大器是一種相對比較昂貴的器件，因此必要的保護電路是必須的。導致功率放大器損壞的原因有很多，例如靜電、浪湧、過熱、過壓、過流、過載等等。

輸出端開路使得射頻能量不能有效地傳輸出去，大部分能量轉換成熱能，導致功率放大器熱燒毀。在工程實際中，現有的功率放大器系統包括功率放大器和用於所述功率放大器的輸出端開路保護電路，所述輸出端開路保護電路針對輸出端開路和過載同時進行保護。

圖1示出現有典型的功率放大器系統的基本結構。如圖1所示，現有的功率放大器的輸出端開路保護電路由以下部分構成：

狀態檢測部分，其通過耦合器及檢波器實時檢測相關狀態量；

比較判斷部分，其使來自狀態檢測部分的數據與預設的保護門限值進行比較，根據比較結果輸出相應的數據到保護執行部分；以及

保護執行部分，其根據來自比較判斷部分的數據做出相應的保護動作，即輸出端開路時切斷功率管漏極供電，達到保護功率放大器的目的。

然而，在目前的功率放大器系統中，由於輸出端開路保護電路在開路保護的同時進行過載保護，狀態檢測部分的耦合器同時耦合用於過載保護的正向信號和用於開路保護的反射信號，使得反向檢波信號易受正向檢波信號影響，導致在功率放大器系統的輸出端駐波較好的情況下，反向檢波信號也較大，從而導致比較判斷部分的反向保護門限值較難設置，若設置值較小，則會導致誤保護，若設置值較大，則起不到保護作用。

技術實現要素：

為解決現有技術中反向檢波信號易受正向檢波信號影響的問題，本實用新型的目的在於對現有技術中的功率放大器系統中的用於功率放大器的輸出端開路保護電路中的狀態檢測部分進行改進，而提供一種新型的功率放大器系統，使得該系統中的用於功率放大器的輸出端開路保護電路中的反射信號不受正向耦合信號影響，從而使保護門限值可以設置得較為合理。

根據本實用新型的功率放大器系統，其包括功率放大器和用於所述功率放大器的輸出端開路保護電路，所述輸出端開路保護電路包括狀態檢測部分、比較判斷部分和保護執行部分，所述狀態檢測部分實時檢測從所述功率放大器的輸出埠輸出的正向信號及從所述功率放大器系統的輸出埠反射的反射信號，並將檢測到的數據發送到比較判斷部分，所述比較判斷部分將來自狀態檢測部分的數據與預設的保護門限值進行比較，並將比較結果輸出到保護執行部分，並且所述保護執行部分根據比較判斷部分的比較結果做出相應的動作，所述狀態檢測部分包括分別耦合正向信號和反射信號的耦合元件，使得正向信號和反射信號的耦合分開。

優選地，根據本實用新型的功率放大器系統，耦合正向信號的耦合元件為定向耦合器，耦合反射信號的耦合元件為環形器，並且所述環形器相比於所述定向耦合器更接近所述功率放大器系統的輸出埠。

優選地，根據本實用新型的功率放大器系統，所述定向耦合器的反向耦合埠接負載或接地。

優選地，根據本實用新型的功率放大器系統，所述狀態檢測部分還包括第一檢波器和第二檢波器，所述定向耦合器的正向耦合埠與所述第一檢波器連接，所述環形器與所述第二檢波器連接。

優選地，根據本實用新型的功率放大器系統，所述環形器由另一定向耦合器實現。

優選地，根據本實用新型的功率放大器系統，所述另一定向耦合器的正向耦合埠接負載或接地。

優選地，根據本實用新型的功率放大器系統，所述環形器的隔離度大於20dB。

優選地，根據本實用新型的功率放大器系統，在所述比較判斷部分將比較結果輸出為高電平的情況下，所述保護執行部分切斷所述功率放大器的功率管漏極供電。

優選地，根據本實用新型的功率放大器系統，在所述比較判斷部分將比較結果輸出為低電平的情況下，所述保護執行部分不切斷所述功率放大器的功率管漏極供電。

優選地，根據本實用新型的功率放大器系統，所述保護執行部分包括兩個NPN型三極體、一個PNP型三級管和一個MOS管。

根據本實用新型的功率放大器系統：在現有保護電路的狀態檢測部分增加一個環形器，用於耦合反射信號，正向信號的耦合利用定向耦合器實現，使正向信號與反射信號的耦合分開。反射信號經檢波器檢波後，由在比較判斷部分的比較器與預設好的保護門限值進行比較並輸出結果，保護執行部分根據比較判斷部分輸出的結果實現對功率放大器的保護。保護執行部分利用兩個NPN型三極體、一個PNP型三級管和一個MOS管實現，結構簡單、成本低廉、易於實現。

本實用新型的有益效果在於：使功率放大器的輸出端保護電路的比較判斷部分更加準確，能夠對功率放大器實現更加精確的保護。

附圖說明

圖1為例示現有典型的功率放大器系統的結構示意圖；

圖2為例示根據本實用新型的功率放大器系統的結構示意圖；

圖3為例示平行耦合線定向耦合器的工作原理的結構示意圖。

具體實施方式

下面，參照附圖，通過優選實施例對本實用新型做進一步地詳細說明。以下實施例僅是示例性的，並且決不旨在限制本實用新型的保護範圍。

圖2為例示根據本實用新型的功率放大器系統的結構示意圖。如圖2所示，該功率放大器系統包括功率放大器PA和用於功率放大器的輸出端開路保護電路，該保護電路包括：狀態檢測部分1、比較判斷部分2和保護執行部分3。

如圖2所示，射頻輸入信號從功率放大器的射頻輸入埠RFIN輸入，經功率放大器PA放大後輸出正向信號，當功率放大器系統的輸出埠RFOUT的駐波為理想狀態時，不存在反射信號，而當功率放大器系統的輸出埠RFOUT的駐波較差時，有一部分信號反射回來，形成反射信號。上述正向信號用於過載保護，而反射信號用於開路保護。

根據本實用新型的功率放大器的輸出端開路保護電路，狀態檢測部分1用於實時檢測從功率放大器PA的輸出埠輸出的正向信號及從功率放大器系統的輸出埠RFOUT反射的反射信號並將檢測到的數據發送到比較判斷部分2。比較判斷部分2用於將來自狀態檢測部分1的數據與預設的正向保護門限值及反向保護門限值進行比較，並將與正向保護門限值的比較結果輸出到過載保護電路(未示出)，將與反向保護門限值的比較結果輸出到保護執行部分3。保護執行部分3根據來自比較判斷部分2的數據做出相應的保護動作。

下面參照圖2對本實用新型的功率放大器的輸出端開路保護電路的上述各部分進行詳細說明。

如圖2所示，根據本實用新型的功率放大器的輸出端開路保護電路中的狀態檢測部分1包括：耦合器、環形器、檢波器D1和檢波器D2。

在本實用新型中，射頻輸入信號經功率放大器放大後輸出的正向信號由耦合器進行耦合。然後，正向耦合信號經檢波器D1檢波後進入比較判斷部分2用於過載保護。由於過載保護的內容與現有技術的相同，因此在本實用新型中不再贅述。

根據本實用新型的耦合器可以為定向耦合器，優選地，可以採用平行耦合線定向耦合器。

下面參照圖3對平行耦合線定向耦合器的原理做詳細說明。

如圖3所示，平行耦合線定向耦合器由主線(圖3中上方的線)和副線(圖3中下方的線)構成，兩條平行微帶的長度為四分之一波長，正向耦合時，如圖3中箭頭所示的方向，信號由埠21輸入，埠22輸出，埠23是耦合埠，埠24是隔離埠。當信號由埠21流向埠22的時候，副線中的埠23處有信號輸出，在理想情況下，埠24無輸出，可達理想隔離狀態。

當功率放大器系統的輸出埠RFOUT駐波為理想狀態時，信號全部由埠22輸出，不存在反射信號，當功率放大器系統的輸出埠RFOUT駐波較差時，有一部分信號反射回來，稱為反射信號，反射信號由埠22輸入，此時埠24為耦合埠，埠23為隔離埠。由以上分析可得，平行耦合線耦合器可實現埠23耦合正向信號，埠24耦合反射信號。但埠23和埠24之間又會形成一個平行耦合線耦合器，耦合的反射信號會受到耦合的正向信號影響，造成耦合反射信號不準確。

因此，與現有技術的功率放大器的輸出端開路保護電路的狀態檢測部分不同，在本實用新型中，耦合器的反向耦合埠(圖3中的埠24)不是與檢波器連接，而是接地或接負載從而不能進行反向耦合。

另一方面，如圖1所示，在現有技術的功率放大器的輸出端開路保護電路中，使用同一個耦合器同時耦合用於過載保護的正向信號和用於開路保護的反射信號，使得反向檢波信號易受正向檢波信號影響，導致在功率放大器系統的輸出端駐波較好的情況下，反向檢波信號也較大，從而使得比較判斷部分的反向保護門限值較難設置，起不到保護作用。

為此，本實用新型的功率放大器的輸出端開路保護電路在現有技術的基礎上進行了改進。具體來說，在狀態檢測部分1中增加了一個環形器用於耦合反射信號，從而使正向信號與反射信號的耦合分開。

下面對根據本實用新型在增加了環形器的情況下的反射信號耦合的情況進行詳細說明。

當功率放大器系統的輸出端開路時(駐波差)，從射頻功率放大器系統的輸出埠RFOUT反射回來的反射信號經由環形器的埠12到埠13輸出，再經檢波器D2檢波，進入比較判斷部分2用於開路保護。環形器是一種使電磁波單向環行傳輸的多埠器件，電磁波的傳輸只能沿單方向傳輸，反向是隔離的。由於在環形器內，信號流向為從埠11到埠12到埠13，反向隔離，所以正向信號從環形器的埠11到埠12後輸出，反射信號從埠12到埠13後輸出用於檢波，因此反射信號不受正向信號的影響。

在本實用新型中，環形器的隔離度優選大於例如20dB。此外，在本實用新型中，環形器也可以用另一定向耦合器替代，在這種情況下，使所述另一定向耦合器的正向耦合埠接負載或接地，反向埠用於耦合反射信號。

在經過上面描述的狀態檢測之後，狀態檢測部分1將檢測到的數據發送到比較判斷部分2。

根據本實用新型的功率放大器的輸出端開路保護電路中的比較判斷部分2包括比較器U1和比較器U2。反射信號經過環形器耦合以後，進入檢波器D2，檢波器D2進行檢波後向比較器U2輸出反向檢波電壓。在比較器U2中將反向檢波電壓與預設的反向保護門限值進行比較。當信號正常輸出時，反射信號較小，反向檢波電壓值小於反向保護門限值，比較器U2輸出低電平，當功率放大器系統的輸出端開路時(駐波差)，反射信號較大，反向檢波電壓值大於反向保護門限值，比較器U2輸出高電平。

經過上述的比較判斷之後，比較器U2向保護執行部分3輸出高電平或低電平。保護執行部分3根據來自比較判斷部分2的數據做出相應的保護動作。

具體來說，當比較器U2輸出高電平時，保護執行部分3切斷功率放大器的功率管漏極供電，實現保護功能。而當比較器U2輸出低電平時，功率放大器的功率管漏極為正常供電。

根據本實用新型的功率放大器的輸出端開路保護電路中的保護執行部分3包括兩個NPN型三極體T1、T2、一個PNP型三級管T3和一個MOS管。三極體T3起到快速切換保護與不保護狀態的功能。當MOS管從導通狀態切換到截止狀態時，T3起到洩放電流作用，使保護功能快速實現。

具體為，一方面，當比較器U2輸出高電平時，三極體T1的B極為高電平，電晶體飽和，使得C極為低電平；進而使得三極體T2的B極為低電平，電晶體截止，E極為低電平；同時使得三極體T3的B極為低電平，電晶體截止，E極為低電平。由上述可知MOS管的G極為低電平，MOS管不導通，MOS管的D極電壓為0，即功率管漏極電壓為0，實現切斷功率管漏極供電，實現保護功能。

另一方面，當比較器U2輸出低電平時，三極體T1的B極為低電平，電晶體截止，使得C極為高電平；進而使得三極體T2的B極為高電平，電晶體飽和，E極為高電平；同時使得三極體T3的B極為高電平，電晶體截止，E極為高電平。由上可知MOS管的G極為高電平，MOS管導通，MOS管的D極電壓等於S極電壓，也就是說功率管漏極為正常供電。

綜上，根據本實用新型的功率放大器系統，在現有保護電路的狀態檢測部分增加一個環形器，用於耦合反射信號，正向信號的耦合利用定向耦合器實現，使正向信號與反射信號的耦合分開。反射信號經檢波器D2檢波後，由在比較判斷部分的比較器U2與預設好的保護門限值進行比較並輸出結果，保護執行部分根據比較判斷部分輸出的結果實現對功率放大器的保護。保護執行部分利用兩個NPN型三極體、一個PNP型三級管和一個MOS管實現，結構簡單、成本低廉、易於實現。

因此本實用新型的功率放大器的輸出端開路保護電路：使功率放大器的輸出端保護電路的比較判斷部分更加準確，能夠對功率放大器實現更加精確的保護。

此外，根據本實用新型的保護電路可廣泛用於功率放大器輸出端開路保護，實現在人為誤操作或硬體失效所導致的功率放大器系統的輸出端駐波較差甚至開路的情況下，保護關鍵器件功率管不被損壞，對提高整機的可靠性有關鍵意義。

雖然參照示例性實施例對本實用新型進行了描述，但是應當理解，本實用新型不限於所公開的示例性實施例。應當對所附權利要求的範圍給予最寬的解釋，以使其涵蓋所有這些變型例以及等同的結構和功能。