一种固态功率放大器的功率控制电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种，特别是一种固态功率放大器的功率控制电路。本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本技术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。
技术介绍
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。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。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。
技术实现思路
本技术的专利技术目的在于：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。本技术采用的技术方案是这样的：一种固态功率放大器的功率控制电路包括：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当所述自动电平控制环路输出功率值P2经过限幅器以及射频放大链路后，形成的输出功率Pout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值满足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Pout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Pout稳定在温度T℃时，固态功率放大器的输出功率Pout＝P2+G0+M*(T-25℃),其中G0为射频放大链路和限幅器在25℃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/℃；当时，自动电平控制环路处于开环状态，Pout＝P2+G0+M*(T-25℃)；当时，自动电平控制环路处于闭环状态，其中为25℃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。进一步的，所述检波电路包括第一电容C1以及检波器U2；所述3db电桥第三端口通过第一电容C1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。进一步的，所述温补门限电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、二极管D1以及电源VSS；所述第一电阻R1的一端与电源VSS相连，另一端与第二电阻R2一端、第三电阻R3一端连接；第三电阻R3另一端通过二极管D1接地；第二电阻R2另一端接地。电源通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、二极管D1分压形成温补门限信号V-。其中VBR为二极管D1在25℃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/℃；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℃时射频放大链路的增益随温度变化量M*(T-25℃)，需调整得到R1、R2、R3的值，使等式成立，M为射频放大链路增益随温度的变化系数。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U1；所述检波器输出端口通过第四电阻R4与第五电阻R5一端、第六电阻R6一端共点连接；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U1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U1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。当时，V+<V-，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VT≥0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将不再变化，衰减量恒定，固态功率放大器的输出功率Pout在输入功率和温度变化条件小都将稳定在额定值进一步的，所述运算放大器U2采用LM158；所述检波器U1采用LTC5531；所述二极管D1采用肖特基二极管CDC7631。综上所述，由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：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-一定量值时产生的VT电压才能使系统闭环锁定，门限电压V-调试困难；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。自动电平控制环路在锁定过程中，输出功率电平P2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。限幅器限幅功率的选择范围为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。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。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℃～+70℃的条件下，保证固态功率放大器的输出功率变化小于0.5dB，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。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，对应的本文档来自技高网...

【技术保护点】
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当所述自动电平控制环路输出功率值P2经过限幅器以及射频放大链路后，形成的输出功率Pout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值满足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Pout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Pout稳定在温度T℃时，固态功率放大器的输出功率Pout＝P2+G0+M*(T‑25℃),其中G0为射频放大链路和限幅器在25℃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/℃；当时，自动电平控制环路处于开环状态，Pout＝P2+G0+M*(T‑25℃)；当时，自动电平控制环路处于闭环状态，其中为25℃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。...

【技术特征摘要】
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当所述自动电平控制环路输出功率值P2经过限幅器以及射频放大链路后，形成的输出功率Pout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值满足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Pout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Pout稳定在温度T℃时，固态功率放大器的输出功率Pout＝P2+G0+M*(T-25℃),其中G0为射频放大链路和限幅器在25℃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/℃；当时，自动电平控制环路处于开环状态，Pout＝P2+G0+M*(T-25℃)；当时，自动电平控制环路处于闭环状态，其中为25℃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。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以及检波器；所述3db电桥第三端口通过第一电容C1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，其特征在于所述温补门限电...

【专利技术属性】
技术研发人员：敬小东，王海龙，罗嘉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51