700～4200MHz超宽带放大设备论文和设计-刘建波

全文摘要

本实用新型公开了700～4200MHz超宽带放大设备，涉及微波射频领域，无需频率分段处理,能够在不扩大合成器体积的情形下保证输出功率。本实用新型包括：输入定向耦合器、衰减电路、电调衰减器、四级放大器、输出定向耦合器、AC\/DC转换电路、控制保护电路、栅压调制电路、功率调节电位器。输入信号接入输入定位耦合器，输入定位耦合器通过衰减网络连接放大器1，放大器1的输出端连接电调衰减器，功率调节电位器的输出端也输入电调衰减器，电调衰减器的输出端连接放大器2的输入端，放大器2的输出端连接放大器3的输入端，放大器3的输出端连接放大器4的输入端，放大器4的输出端连接输出定向耦合器，输出信号经输出定向耦合器输出。

主设计要求

1.700～4200MHz超宽带放大设备，其特征在于，包括：输入定向耦合器、衰减电路、第一放大器、电调衰减器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、输出定向耦合器、AC\/DC转换电路、控制保护电路、栅压调制电路、功率调节电位器，输入定位耦合器通过衰减网络连接第一放大器，第一放大器的输出端连接电调衰减器，功率调节电位器的输出端也输入电调衰减器，电调衰减器的输出端连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接第三放大器的输入端，第三放大器的输出端连接第四放大器的输入端，第四放大器的输出端连接输出定向耦合器；输入定向耦合器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器还连接AC\/DC转换电路、控制保护电路、栅压调制电路。

设计方案

1.700～4200MHz超宽带放大设备，其特征在于，包括：输入定向耦合器、衰减电路、第一放大器、电调衰减器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、输出定向耦合器、AC\/DC转换电路、控制保护电路、栅压调制电路、功率调节电位器，

输入定位耦合器通过衰减网络连接第一放大器，第一放大器的输出端连接电调衰减器，功率调节电位器的输出端也输入电调衰减器，电调衰减器的输出端连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接第三放大器的输入端，第三放大器的输出端连接第四放大器的输入端，第四放大器的输出端连接输出定向耦合器；

输入定向耦合器、第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器还连接AC\/DC转换电路、控制保护电路、栅压调制电路。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述输出定向耦合器的输出端通过检波电路连接采样即AD量化电路，采样即AD量化电路连接数字显示电路，数字显示电路的输出端连接LED屏。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述功率调节电位器包含一组PIN二极管。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述700～4200MHz超宽带放大设备的供电电源为220V交流电。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述输入定向耦合器通过检波电路连接所述控制保护电路，当所述控制保护电路的输入信号超过20dBm时，所述控制保护电路关断各所述第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器的调制脉冲。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及微波射频领域，尤其涉及了700～4200MHz超宽带放大设备。

背景技术

目前国内外超宽带放大设备主要应用于军用电磁干扰领域、卫星通信及科研院所的实验室等领域，而国内几乎没有哪家公司在做相应的超宽带功率放大设备，国外只有艾尔等少数厂家具有相应的产品。此类超宽带功率放大设备一般都是外部220V交流输入功率，在其内部实现AC\/DC转换，以达到功率超宽带放大设备的实际工作电压。

国外现有的超宽带功率放大设备所采用的第二代半导体LDMOS功率管来设计，由于传统的实现方式采用的是LDMOS功率管设计，而在700-4200MHz带宽内，LDMOS功率管需要分段设计，一般分为700-2500MHz和2000-4200MHz,最终通过合成器来实现功率输出，这就导致体积大、效率低等问题，

因此,现有技术中缺乏一种放大设备,不需要将频率分段处理，从而解决了体积与功率问题，并保证了超宽带放大设备良好的线性度，实现任意输出功率要求。

发明内容

本实用新型提供了700～4200MHz超宽带放大设备,无需频率分段处理,能够在不扩大合成器体积的情形下保证输出功率。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

700～4200MHz超宽带放大设备，包括：输入定向耦合器、衰减电路、第一放大器、电调衰减器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、输出定向耦合器、AC\/DC转换电路、控制保护电路、栅压调制电路、功率调节电位器。

输入信号接入输入定位耦合器，输入定位耦合器通过衰减网络连接第一放大器，第一放大器的输出端连接电调衰减器，功率调节电位器的输出端也输入电调衰减器，电调衰减器的输出端连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接第三放大器的输入端，第三放大器的输出端连接第四放大器的输入端，第四放大器的输出端连接输出定向耦合器，输出信号经输出定向耦合器输出。

第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器还连接AC\/DC转换电路、控制保护电路、栅压调制电路。定向耦合器通过检波电路连接控制保护电路。

4级级联的功率放大方式，使得每级功率管均工作在线性区内（通过调节功率管的栅极电压来实现），从而保证整个放大设备输出功率连续可调。

进一步的，输出定向耦合器的输出端通过检波电路连接采样即AD量化电路，将射频信号检波输出为电平信号，送入至采样及AD转换电路中，采样及AD量化电路连接数字显示电路，数字显示电路的输出端连接LED屏，采样及AD量化电路对放大设备的输出功率进行量化，并将量化的结果送入至数字显示电路及LED显示器中显示。

进一步的，功率调节电位器包含一组PIN二极管,PIN二极管在微波信号与直流偏置同时作用时，所呈现的阻抗主要决定于直流偏置的极性和量值，几乎与微波信号的幅度无关。PIN电调衰减器就是利用这一原理，通过对直流偏置电流的控制来实现对微波信号的电调的。对于吸收式电调衰减器，衰减主要由PIN二极管的损耗形成；对于反射式电调衰减器，衰减主要由PIN二极管的反射形成，以单只PIN管为例，当工作频率远低于封装PIN管的截止频率时，二极管的等效电路可以近似看成一个纯电阻，当PIN管加上连续变化的偏置电压时，PIN管体电阻将随偏置而连续变化，从而达到改变吸收支路阻抗的目的，当微波信号在主传输线上传输时，将在吸收支路上产生衰减，从而实现电调衰减的效果。进一步的，700～4200MHz超宽带放大设备的供电电源为220V交流电。

进一步的，输入定向耦合器通过检波电路连接控制保护电路，当控制保护电路的输入信号超过20dBm时，控制保护电路关断各第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器的调制脉冲，从而防止输入信号过大而导致内部放大器的损坏。

本实用新型有三种工作模式，在每种工作模式下，射频输出信号均有不同。第一种工作模式下，当信号源输入激励信号为连续波信号时，输出亦为连续波信号。第二种工作模式下，信号源输入激励信号为脉冲信号时，输出亦为脉冲信号。第三种工作模式下，当信号源输入为连续波信号时，输出信号为脉冲信号。

在第一、二种工作模式下不需要同步信号触发，各放大器的漏极电压均为默认的电平信号，此时放大设备的效率相对于第三种情况下，工作效率要低。而在第三种工作模式下，则需要用外部供给触发信号，此时放大设备检测到外部调制信号后，将各放大器的漏极电压均调制成脉冲信号，此种工作状态的工作效率最高。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用4级级联的方式来实现功率放大，每级功率管均工作在线性区内，从而保证整个放大设备输出功率连续可调，改进将频率分段处理的方法，无需功率管的分段设计，从而减小了体积，解决了体积与功率问题共同实现的问题，并保证了超宽带放大设备良好的线性度，从而能实现客户所需的任意输出功率要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是实施例的结构示意图；

图2是功率调节电位器的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型实施例提供了700～4200MHz超宽带放大设备，如图1所示，包括：输入定向耦合器、衰减电路、第一放大器、电调衰减器、第二放大器、第三放大器、第四放大器、输出定向耦合器、AC\/DC转换电路、控制保护电路、栅压调制电路、功率调节电位器，检波电路、采样及AD量化电路、数字显示电路、LED屏。

输入定位耦合器通过衰减网络连接第一放大器，第一放大器的输出端连接电调衰减器，功率调节电位器的输出端也输入电调衰减器，电调衰减器的输出端连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端连接第三放大器的输入端，第三放大器的输出端连接第四放大器的输入端，第四放大器的输出端连接输出定向耦合器。

第一放大器、第二放大器、第三放大器、第四放大器还连接AC\/DC转换电路、控制保护电路、栅压调制电路。

输出定向耦合器的输出端通过检波电路连接采样即AD量化电路，将射频信号检波输出为电平信号，送入至采样及AD转换电路中，采样及AD量化电路连接数字显示电路，数字显示电路的输出端连接LED屏，采样及AD量化电路对放大设备的输出功率进行量化，并将量化的结果送入至数字显示电路及LED显示器中显示。

本实施例的输入端增加了输入信号检波功能，主要是为了防止输入信号过大而导致内部放大器的损坏，输入信号检波后将检波的信号送入控制保护电路中进行放大比较，当输入超过20dBm信号时，控制保护电路将自动关断各功率管的调制脉冲，从而使各功率管不工作，实现了对放大设备的保护功能。

超宽带放大设备的射频放大链路采用4级级联的方式来实现功率放大，每级功率管均工作在线性区内（通过调节功率管的栅极电压来实现），从而保证整个放大设备输出功率连续可调。

放大设备中的电调衰减器采用的是一组PIN二极管来设计的，如图2所示，功率调节电位器包括一组PIN二极管,PIN二极管在微波信号与直流偏置同时作用时，所呈现的阻抗主要决定于直流偏置的极性和量值，几乎与微波信号的幅度无关。PIN电调衰减器就是利用这一原理，通过对直流偏置电流的控制来实现对微波信号的电调的。对于吸收式电调衰减器，衰减主要由PIN二极管的损耗形成；对于反射式电调衰减器，衰减主要由PIN二极管的反射形成，以单只PIN管为例，当工作频率远低于封装PIN管的截止频率时，二极管的等效电路可以近似看成一个纯电阻，当PIN管加上连续变化的偏置电压时，PIN管体电阻将随偏置而连续变化，从而达到改变吸收支路阻抗的目的，当微波信号在主传输线上传输时，将在吸收支路上产生衰减，从而实现电调衰减的效果。利用二极管的特性，通过改变二极管的偏置电压，来控制二极管的等效电阻，从而实现输出功率的连续可调。

本实施例具有输入功率检测功能、输出功率及状态数字显示功能。最大输入20dBm不损坏，输出功率从0～50W连续可调。本实施例采用220V交流供电，内部各功能模块均采用独立的模块设计，操作简单方便。放大设备正面留有通信网路接口及脉冲调制接口，通信接口可实现远程遥控工作，并具有数据上报功能（包括输出功率、故障信息等）；脉冲调制接口可实现各对内部各放大模块的调制功能，主要实现脉冲模式和连续波模式的切换。

本实施例的工作方法为：

放大设备输出口通过定向耦合器耦合一路信号送入检波电路中，将射频信号检波输出为电平信号，送入至采样及AD转换电路中，最终对放大设备的输出功率进行量化，并将量化的结果送入至数字显示电路及LED显示器中。LED显示器将显示量化后的输出功率及放大设备工作状态信息，用户只需要通过观察LED显示器上的相关信息就可以判断出放大设备的工作状态。

本实施例有三种工作模式，在每种工作模式下，射频输出信号均有不同。第一种工作模式下，当信号源输入激励信号为连续波信号时，输出亦为连续波信号。第二种工作模式下，信号源输入激励信号为脉冲信号时，输出亦为脉冲信号。第三种工作模式下，当信号源输入为连续波信号时，输出信号为脉冲信号。

本实用新型的有益效果是：

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

设计图

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