CN114759884B - 双模功率放大器输出功率测试系统及其构成的alc电平控制/驻波保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双模功率放大器输出功率测试系统，包括射频输入端、射频输出端；射频输入端连接有放大模块，放大模块通过定向耦合器与射频输出端连接；定向耦合器的耦合端输出的信号分为两路分别连接到正向峰值检波器、正向均值检波器；定向耦合器的隔离端输出的信号分为两路分别连接到反向峰值检波器、反向均值检波器。

Description

双模功率放大器输出功率测试系统及其构成的ALC电平控制/ 驻波保护系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及双模功率放大器输出功率测试系统及其构成的ALC电平控制/驻波保护系统。

背景技术

在无线通信中，信号的最终发射需要经过放大才能在空间中进行传播，而能够实现放大功能的模块就是功放。功放中自动电平控制ALC技术，用于精准的控制输出功率，驻波保护功能用于保护功放。无论是ALC自动电平控制技术还是驻波保护功能都是建立在对输出功率的精确测试的基础上。

通常根据放大信号的形式不同，分为连续波功放和脉冲功放。对于连续波功放通常使用均值检波器来测量输出功率，但是连续波功放在某些情况下也可进入射频脉冲调制信号，在这种情况下，使用均值检波测出的功率是不准确的。对于连续波信号若是采用峰值检波器来测量输出功率，对于一些特别的信号，比方说扫频、多音、双音、等信号峰值检波测出的功率功率也是不准确的。对于ALC自动电平控制技术来说，表现为输出的功率不准确。对于驻波保护电路来说，表现为驻波比计算错误，造成误告警，严重时造成不告警，导致功放烧毁。

检波器在高低温环境下存在检波电压波动，即相同的输入功率情况下,在不同的环境工作温度下测出的电压值会有一定的差异。检波器在不同射频输入频率下也存在检波电压的波动，即相同的输入功率情况下，在不同频率情况下射频输入下测出的电压值会有一定的差异。检波器的这些特性会造成在不同的工作温度环境下，不同频率的射频输入情况下检波器测出来的值有所偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带峰值和均值检波的双模功率放大器输出功率测试系统及其构成的ALC电平控制/驻波保护系统，通过简单的数字控制和硬件电路，实现对不同制式的的输出信号实现快速准确的测量，适应于不同的放大信号的ALC电平控制和驻波保护。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

双模功率放大器输出功率测试系统，包括射频输入端、射频输出端；射频输入端连接有放大模块，放大模块通过定向耦合器与射频输出端连接；定向耦合器的耦合端输出的信号分为两路分别连接到正向峰值检波器、正向均值检波器；

定向耦合器的隔离端输出的信号分为两路分别连接到反向峰值检波器、反向均值检波器。

作为一种优选方式，定向耦合器的耦合端、定向耦合器的隔离端皆连接有均衡器，定向耦合器的耦合端、定向耦合器的隔离端输出的信号通过均衡器一路分为两路。

作为一种优选方式，放大模块包括驱动放大器，驱动放大器的输入端作为放大模块的输入端，驱动放大器的输出端通过功率分配连接有若干放大器的输入端，若干放大器的输出端通过功率合成一路作为放大模块的输出端。

作为一种优选方式，包括权利要求1～3任一项所述的双模功率放大器输出功率测试系统、控制模块、数字衰减单元、模拟衰减单元；控制单元连接数字衰减单元和模拟衰减单元，对其发出控制指令；模拟衰减单元和数字衰减单元依次连接在双模功率放大器输出功率测试系统中的射频输入端与放大模块之间；上述正向峰值检波器、正向均值检波器、反向峰值检波器、反向均值检波器皆连接到控制模块。

作为一种优选方式，模拟衰减单元和数字衰减单元之间通过放大器连接。

作为一种优选方式，射频输入端连接有一次功分模块、二次功分模块，射频输入端通过一次功分模块连接有二次功分模块和检波器；二次功分模块连接模拟衰减器、检波器；检波器均与控制模块连接；

若一次功分模块连接的检波器是峰值检波器，则二次功分模块连接的均值检波器；

若一次功分模块连接的检波器是均值检波器，则二次功分模块连接的功分检波器。

作为一种优选方式，控制模块还连接有温度传感器。

作为一种优选方式，控制模块还连接有高速比较器，高速比较器还与检测射频输入端信号的峰值检波器连接。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

由于采用均衡器来实现大宽带范围内不同频率下相同输出功率下，使得检波器转换的电压一致。解决了由检波电压拟合出输出功率的拟合公式与输入频率无关，避免了大量的查找表和分段程序。

双模检波模块的使用，适用于不同输入信号条件下的输出功率检测。保证了不同输入信号功率检测的准确度。

附图说明

图1为本发明的模块图；

具体实施方式

以下通过具体实施方案进一步描述本发明，本发明也可通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。

实施例

双模功率放大器输出功率测试系统，包括射频输入端和射频输出端，射频输入端连接至功分器I输入端，使得射频输入的信号由功分器I分为两路。功分器I输出端分别连接功分器II输入端、峰值检波器输入端。峰值检波器的输出端连接有高速比较器的输入端、双路ADC(模数转换器)的输入端；高速比较器的输出端、双路ADC(模数转换器)的输出端连接到控制模块。即功分器I分出的两路信号，一路进入功分器II再次分为两路，另一路进入峰值检波器被转换为峰值电压，由双路ADC高速采集数据后送入控制模块用于射频输入信号的峰值功率检测。

功分器II的输出端分别连接有均值检波器的输入端、模拟衰减器的输入端；均值检波器的输出端连接到双路ADC的输入端。即功分器II分出的两路信号中，一路功分后进入到均值检波器，转换为均值电压后，由双路ADC采集数据后送入控制模块用于射频输入信号的均值功率检测。

值得说明的是，用于检测射频输入的峰值检波器和均值检波器位置可以互换，但是高速比较器与峰值检波器连接。

模拟衰减器的输出端依次连接放大器I、数控衰减器、驱动放大器；驱动放大器的输出端通过功率分配为n(n≥2)路，连接n个放大器II的输入端。n 个放大器II的输出端通过功率合成为一路连接到定向耦合器的输入端。定向耦合器的输出端连接射频输出端。

其中，定向耦合器是一种无源的端口互易的四端口器件,定向耦合器有四个端口,输入端、输出端、耦合端和隔离端。定向耦合器的耦合端连接到均衡器 I的输入端；均衡器I的输出端分为两路，分别连接正向峰值检波器的输入端、正向均值检波器的输入端；正向峰值检波器的输出端、正向均值检波器的输出端连接到4路ADC的输入端。

定向耦合器的隔离端连接到均衡器II的输入端；均衡器II的输出端分为两路，分别连接反向峰值检波器的输入端、反向均值检波器的输入端；反向峰值检波器的输出端、反向均值检波器的输出端连接到4路ADC的输入端。

由于定向耦合器在不同输入频率下耦合量的不一致,为了保证相同输出功率下不同输出频率射频信号经过定向耦合器到达检波器的功率一致,在耦合器后加入均衡器。

4路ADC的输出端连接到控制模块。控制模块还连接到数控衰减器；控制模块还通过单路DAC(数模转换器)连接到模拟衰减器。控制模块还与温度传感器连接。

本发明的工作原理如下所述：

射频输入信号功分两路，其中一路进入峰值检波器，转换为峰值电压后，由双路ADC采集数据后送入控制模块用于射频输入信号的峰值功率检测；功分后的另外一路信号再次进入功分器功分两路，其中一路功分后进入到均值检波器，转换为均值电压后，由双路ADC采集数据后送入控制模块用于射频输入信号的均值功率检测；功分后的另外一路射频输入信号依次进入模拟衰减器、放大器、数控衰减器、驱动放大、功率分配到每个功放单元，最后将功放合成一路输出。输出的功放信号进入定向耦合器射频输出。射频输出的正向和反向的耦合信号分别进入均值检波器和峰值检波器，转换为正向射频输出信号的均值电压和峰值电压和反向射频输出信号的均值电压和峰值电压。这四路检波电压信号由四路ADC采集数据后送入控制模块用于射频输出信号的正向峰值功率检测、正向均值功率检测、反向峰值功率检测和反向均值功率检测。

控制模块根据得到正向输出功率和反向输出功率，得到ALC控制电压，通过DAC去控制模拟衰减器的衰减量和FPGA控制数字衰减器的衰减量，调整输出信号的输出功率实现自动电平控制(ALC)；控制模块根据得到正向输出功率和反向输出功率，通过实时计算输出端口的驻波比，当驻波比超过系统预设的告警门限后，由FPGA控制功放模块的TTL调制电路关闭功放,实现驻波保护功能。

温度传感器用于定时采集系统的温度，根据系统温度进行温度补偿。

射频输入端的均值检波和峰值检波用于输入信号的功率检测,主要用于输入信号的过激励保护或者自动增益的控制,同时也是对ALC控制和驻波保护功能的一个补充,只有当输入功率满足一定条件,ALC和驻波保护功能才起作用。高速比较器用于射频调制脉冲信号的功率检测，射频调制脉冲信号通过输入端峰值检波器后,进入高速比较器得到ADC的触发信号，高速ADC根据这些触发信号进行实时采样得到射频调制脉冲信号的数字电压信号。

本实施例中，温度传感器用于定时采集系统的温度，根据系统温度进行温度补偿。

利用本系统实现双模功率放大器ALC电平控制及驻波保护的控制方法，包括步骤：

1.输出功率校准：将数字电压信号转换为对应的输出功率。在输出频率固定下，改变输出功率，采用5点线性拟合，记录5组输出功率下的数字电压信号。从而得到输出功率和电压信号的线性拟合公式。峰值输出功率和均值输出功率同时校准，分别得到峰值输出功率拟合公式和均值输出功率拟合公式。

2.温度补偿：由于峰值检波器在高低温环境下存在上下各1db的波动，需要在峰值输出功率拟合公式的基础上加入温度补偿使得在不同温度环境下，相同的输出功率下由检波器得到的数字电压计算出的输出功率一致。

3.根据输入信号的不同选择相应的检波模式，比如连续波信号通常选择均值检波器，若是脉冲调制信号则选择峰值检波器。

4.自动电平控制：预设输出功率P1，首先由之前校准得到的输出功率和电压信号线性拟合公式，根据数字检波电压计算出当前输出功率,然后根据当前的输出功率于预设输出功率P1的差值，调整DAC的数字控制信号，若是当前的输出值比P1大则增加模拟衰减器，反之则减少模拟衰减器。直到输出功率和预设输出功率在一定误差范围内，最终使得输出功率稳定在P1。

5.驻波保护功能：根据数字检波电压计算出当前正向输出功率Pf和反向输出功率PB,根据PF-PB得到以db为单位的回波损耗RL,由回波损耗得到反射系数Rho,Rho＝10^(RL/-20),再由反射系数得到VSWR,VSWR＝(1+Rho)/(1-Rho), 若输出驻波超过预设的驻波保护门限则将功放的TTL调制关闭保护功放。

值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.双模功率放大器输出功率测试系统，其特征在于，包括射频输入端、射频输出端；射频输入端连接有放大模块，放大模块通过定向耦合器与射频输出端连接；定向耦合器的耦合端输出的信号分为两路分别连接到正向峰值检波器、正向均值检波器；

定向耦合器的隔离端输出的信号分为两路分别连接到反向峰值检波器、反向均值检波器；

定向耦合器的耦合端、定向耦合器的隔离端皆连接有均衡器，定向耦合器的耦合端、定向耦合器的隔离端输出的信号通过均衡器一路分为两路；

定向耦合器的耦合端连接到均衡器I的输入端；均衡器I的输出端分为两路，分别连接正向峰值检波器的输入端、正向均值检波器的输入端；定向耦合器的隔离端连接到均衡器II的输入端；均衡器II的输出端分为两路，分别连接反向峰值检波器的输入端、反向均值检波器的输入端。

2.根据权利要求1所述的双模功率放大器输出功率测试系统，其特征在于，放大模块包括驱动放大器，驱动放大器的输入端作为放大模块的输入端，驱动放大器的输出端通过功率分配连接有若干放大器的输入端，若干放大器的输出端通过功率合成一路作为放大模块的输出端。

3.双模功率放大器输出功率测试系统构成的ALC电平控制/驻波保护系统，其特征在于，包括权利要求1～2任一项所述的双模功率放大器输出功率测试系统、控制模块、数字衰减单元、模拟衰减单元；控制单元连接数字衰减单元和模拟衰减单元，对其发出控制指令；模拟衰减单元和数字衰减单元依次连接在双模功率放大器输出功率测试系统中的射频输入端与放大模块之间；上述正向峰值检波器、正向均值检波器、反向峰值检波器、反向均值检波器皆连接到控制模块。

4.根据权利要求3所述的双模功率放大器输出功率测试系统构成的ALC电平控制/驻波保护系统，其特征在于，模拟衰减单元和数字衰减单元之间通过放大器连接。

5.根据权利要求3所述的双模功率放大器输出功率测试系统构成的ALC电平控制/驻波保护系统，其特征在于，射频输入端连接有一次功分模块、二次功分模块，射频输入端通过一次功分模块连接有二次功分模块和检波器；二次功分模块连接模拟衰减器、检波器；检波器均与控制模块连接；

若一次功分模块连接的检波器是峰值检波器，则二次功分模块连接的均值检波器；

若一次功分模块连接的检波器是均值检波器，则二次功分模块连接的功分检波器。

6.据权利要求3所述的双模功率放大器输出功率测试系统构成的ALC电平控制/驻波保护系统，其特征在于，控制模块还连接有温度传感器。

7.据权利要求5所述的双模功率放大器输出功率测试系统构成的ALC电平控制/驻波保护系统，其特征在于，控制模块还连接有高速比较器，高速比较器还与检测射频输入端信号的峰值检波器连接。