一种宽带功率放大器输入控制电路

技术领域

本发明涉及宽带功率放大器技术领域，尤其涉及一种宽带功率放大器输入控制电路。

背景技术

宽带功率放大器在不同工作频率时的增益不同，而工作带宽越宽增益差越大，如对于跨3个倍频程的超短波频段100MHz～500MHz，工作在该频段的宽带功率放大器，其增益相差可达20倍左右，因此，宽带功率放大器输出功率会出现大幅度过冲情况，即其起始瞬间的输出功率远大于额定输出功率，将给宽带放大器所在系统中的各元器件如合成器、阻抗匹配器、开关、发射天线等带来极大安全隐患，极大程度影响整个系统的可靠性。

参见图1，图1是现有技术中宽带功率放大器输出的信号做分段滤波处理的示例图。图1中，原始射频信号通过电调衰减器输入宽带功率放大器；其中，电调衰减器设有四个端口，分别是原始射频信号输入端、电源接入端、控制电压信号接入端与工作射频信号输出端，可用于将原始射频信号按控制电压信号对应的衰减值进行衰减后得到工作射频信号，现有技术中，控制电压信号对应电压值通常为0，因此，电调衰减器按其最大衰减值对原始射频信号做衰减处理；工作射频信号经由宽带功率放大器放大后，输入到分波段滤波器进行滤波处理，并通过功率检测器检测功率大小后，将大功率射频信号输出；其中，分波段滤波器根据预设波段选择信号，对对应波段的工作射频信号进行滤波处理。

现有技术只对宽带功率放大器输出的信号做频率的分段滤波处理，而并未解决宽带功率放大器的功率输出幅度不稳定的问题，因此亟待提出相应的技术方案以解决该技术问题。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种宽带功率放大器输入控制电路，解决现有技术中存在的宽带功率放大器的功率输出幅度不稳定的技术问题。

本发明提供的技术方案是：

本发明的实施例提供一种宽带功率放大器输入控制电路，包括：

第一运算放大器电路，同相输入端接入宽带功率放大器输出信号的相关电压信号，反相输入端接入预设稳幅用电压阈值对应的电压信号，输出端在所述输出信号增大到所述相关电压信号的电压值大于所述稳幅用电压阈值时，输出变化方向与所述相关电压信号变化方向一致的稳幅用电压信号；

波段选择电路，输入端接入预设波段选择控制信号，选择连接并输出与所述输出信号所在频率波段对应的分段预置电压信号；

第二运算放大器电路，同相输入端接入所述分段预置电压信号，反相输入端接入所述稳幅用电压信号，输出变化方向与所述稳幅用电压信号变化方向相反的衰减值控制电压信号；

电调衰减器，输入端接入所述衰减值控制电压信号，输出按变化方向与所述相关电压信号变化方向一致的衰减值衰减原始射频信号得到的工作射频信号给所述宽带功率放大器。

优选地，所述第一运算放大器电路的同相输入端连接功率检测器的一个输出端，所述功率检测器检测输出所述相关电压信号。

优选地，所述电路还包括第三运算放大器电路；所述第一运算放大器电路的同相输入端通过所述第三运算放大器电路连接功率检测器的一个输出端；包括：

所述第三运算放大器电路的同相输入端连接功率检测器的一个输出端，输出端连接所述第一运算放大器电路的同相输入端；

所述第一运算放大器电路的同相输入端连接所述第三运算放大器电路的输出端。

优选地，所述第三运算放大器电路包括：

第三运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；

所述第三运算放大器的同相输入端连接所述功率检测器的一个输出端和所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端接地；

所述第三运算放大器的反相输入端连接所述第二电阻的一端、所述第三电阻的一端和所述第一电容的一端；

所述第二电阻的另一端和所述第一电容的另一端均连接所述第三运算放大器的输出端，所述第三电阻的另一端接地。

优选地，所述第一运算放大器电路包括：

第一运算放大器、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一电位器和第二电容；

所述第四电阻的一端连接所述第三运算放大器的输出端，另一端连接所述第一运算放大器的同相输入端；

所述第五电阻的一端连接所述第一运算放大器的同相输入端，另一端接地；

所述第六电阻、所述第八电阻和所述第二电容的一端连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第八电阻的另一端和所述第二电容的另一端连接所述第一运算放大器的输出端；

所述第六电阻的另一端连接所述第七电阻的一端和所述第一电位器的一端与中间端，所述第七电阻的另一端接地，所述第一电位器的另一端接入用于提供所述预设电压阈值对应的电压信号的预设电源信号。

优选地，所述波段选择电路包括：

数控模拟开关集成电路、至少两个电位器；

所述数控模拟开关集成电路的数控信号输入端接入所述波段选择控制信号，开关键一端接入至少两个电位器中每个电位器的一端，所述开关键的另一端为输出端；

所述至少两个电位器中每个电位器的中间端与另一端接地。

优选地，所述第二运算放大器电路包括：第二运算放大器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻和第三电容；

所述第十电阻和第十一电阻的一端连接所述第一运算放大器的输出端，所述第十电阻的另一端接地；

所述第十一电阻的另一端、所述第十二电阻的一端和所述第三电容的一端连接所述第二运算放大器的反相输入端；

所述第九电阻一端接入电源，另一端连接所述第二运算放大器的同相输入端；

所述第二运算放大器的同相输入端连接所述数控模拟开关集成电路开关键的另一端。

优选地，所述第一运算放大器、所述第二运算放大器和所述第三运算放大器为一片四路运算放大器集成电路LM124上的三个运算放大器；或，

所述第一运算放大器、所述第二运算放大器和所述第三运算放大器为三片单路运算放大器集成电路；或，

所述第一运算放大器、所述第二运算放大器和所述第三运算放大器采用两片双路运算放大器集成电路实现。

优选地，所述数控模拟开关集成电路为一片差分四通道模拟开关集成电路CD4052。

优选地，所述预设电源信号电压值为12V。

本发明的实施例提供的技术方案中，对输入宽带功率放大器的输入功率进行控制，进而控制其输出信号的输出功率，主要是：当宽带功率放大器输出信号较小时，其相关电压信号较小，若没有超过预设电压阈值，则说明输出信号幅度没有出现过冲现象，一旦宽带功率放大器输出信号较大，对应的相关电压信号超过预设电压阈值，则启动第一运算放大器电路，或者说启动整个宽带功率放大器输入控制电路，输出稳幅用电压信号。

进一步，本发明的实施例中，预先将原始射频信号的频率波段分成多个不同频率波段，对每个频率波段，预设不同的分段预置电压信号，当波段选择电路接收到预设波段选择控制信号，就选择与所述输出信号所在频率波段对应的分段预置电压信号并输出；由于分段预置电压信号是针对输出信号的不同频率波段设置的，因此，不只采用同一个衰减值做衰减，而是对于较高频段信号，由于对应增益较低，因此采用相对较小的衰减值做衰减；对于较低频段信号，由于对应增益较高，因此采用相对较大的衰减值做衰减，从而有效控制宽带功率放大器输入信号的幅度变化不至过大，并基本稳定在其正常输出功率附近。

并且，第二运算放大器电路接入分段预置电压信号与稳幅用电压信号，分段预置电压信号对应的电压值固定，而稳幅用电压信号会随着相关电压信号或者说输出信号对应的电压值的变化而变化，且变化方向一致，则第二运算放大器电路输出的衰减值控制电压信号的变化方向与稳幅用电压信号变化方向相反，而基于电调衰减器自身特性，其衰减值变化方向与衰减值控制电压信号的变化方向相反，因此，所得衰减值变化方向与稳幅用电压信号或者相关电压信号变化方向一致，即随着输出信号电压幅度增大，电调衰减器的衰减值也增大，相应地，宽带功率放大器输入信号的功率减小，进而有效控制宽带功率放大器输出信号的功率不至过大，有效降低输出信号出现过冲情况的可能性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是现有技术中宽带功率放大器输出的信号做分段滤波处理的示例图；

图2是本发明实施例中宽带功率放大器输入控制电路结构示意图1；

图3是本发明实施例中射频放大电路的结构示意图；

图4是本发明实施例中宽带功率放大器输入控制电路结构示意图2；

图5是本发明实施例中宽带功率放大器输入控制电路的具体示例图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明的实施例提供一种宽带功率放大器输入控制电路，参见图2，图2是本发明实施例中宽带功率放大器输入控制电路结构示意图一，该控制电路可包括：

第一运算放大器电路201，同相输入端接入宽带功率放大器输出信号的相关电压信号，反相输入端接入预设电压阈值对应的电压信号，输出端在所述输出信号增大到所述相关电压信号的电压值大于所述电压阈值时，输出变化方向与所述相关电压信号变化方向一致的稳幅用电压信号；

波段选择电路202，输入端接入预设波段选择控制信号，选择连接并输出与所述输出信号所在频率波段对应的分段预置电压信号；

第二运算放大器电路203，同相输入端接入所述分段预置电压信号，反相输入端接入所述稳幅用电压信号，输出变化方向与所述稳幅用电压信号变化方向相反的衰减值控制电压信号；

电调衰减器204，输入端接入所述衰减值控制电压信号，输出按变化方向与所述相关电压信号变化方向一致的衰减值衰减原始射频信号得到的工作射频信号给所述宽带功率放大器。

本发明实施例中，示例性地，宽带功率放大器为GFG2189功率放大器，分波段滤波器为GFL2152滤波器，功率检测器GCO2151功率检测器。本发明的实施例提供的技术方案中，对输入宽带功率放大器的输入功率进行控制，进而控制其输出信号的输出功率，主要是：当宽带功率放大器输出信号较小时，其相关电压信号较小，若没有超过预设电压阈值，则说明输出信号幅度没有出现过冲现象，一旦宽带功率放大器输出信号较大，对应的相关电压信号超过预设电压阈值，则启动第一运算放大器电路，或者说启动整个宽带功率放大器输入控制电路，输出稳幅用电压信号。

进一步，本发明的实施例中，预先将原始射频信号的频率波段分成多个不同频率波段，对每个频率波段，预设不同的分段预置电压信号，当波段选择电路接收到预设波段选择控制信号，就选择与所述输出信号所在频率波段对应的分段预置电压信号并输出；由于分段预置电压信号是针对输出信号的不同频率波段设置的，因此，不只采用同一个衰减值做衰减，而是对于较高频段信号，由于对应增益较低，因此采用相对较小的衰减值做衰减；对于较低频段信号，由于对应增益较高，因此采用相对较大的衰减值做衰减，从而有效控制宽带功率放大器输入信号的幅度变化不至过大，并基本稳定在其正常输出功率附近。

并且，第二运算放大器电路接入分段预置电压信号与稳幅用电压信号，分段预置电压信号对应的电压值固定，而稳幅用电压信号会随着相关电压信号或者说输出信号对应的电压值的变化而变化，且变化方向一致，则第二运算放大器电路输出的衰减值控制电压信号的变化方向与稳幅用电压信号变化方向相反，而基于电调衰减器自身特性，其衰减值变化方向与衰减值控制电压信号的变化方向相反，因此，所得衰减值变化方向与稳幅用电压信号或者相关电压信号变化方向一致，即随着输出信号电压幅度增大，电调衰减器的衰减值也增大，相应地，宽带功率放大器输入信号的功率减小，进而有效控制宽带功率放大器输出信号的功率不至过大，有效降低输出信号出现过冲情况的可能性。

参见图3，图3是本发明实施例中射频放大电路的结构示意图。其中，宽带功率放大器的输入端连接宽带功率放大器输入控制电路的输出端，输出端连接分波段滤波器的输入端；分波段滤波器的第一输入端连接宽带功率放大器的输出端，第二输入端接入预设波段选择控制信号，输出端连接功率检测器的输入端；功率检测器的输入端连接分波段滤波器的输出端，第一输出端连接宽带功率放大器输入控制电路的输入端，第二输出端输出功率信号；宽带功率放大器输入控制电路的输入端连接功率检测器的第一输出端，输出端连接宽带功率放大器的输入端。由图3所示可知，本发明中宽带功率放大器输入控制电路为反馈电路。

实际应用中，对于功率检测器检测出的宽带功率放大器输出信号的功率检测电压信号较大的情况，如达到0.5V左右，则可以将功率检测电压信号用作上述相关电压信号，则第一运算放大器电路的同相输入端可直接连接功率检测器的一个输出端(第一输出端)。实际应用中，功率检测电压信号通常较小，如只有0.02V左右，因此，实际应用中，可在宽带功率放大器输入控制电路中进一步增加：第三运算放大器电路；所述第一运算放大器电路的同相输入端通过所述第三运算放大器电路连接功率检测器的一个输出端(第一输出端)，功率检测器检测输出所述相关电压信号；参见图4，图4是本发明实施例中宽带功率放大器输入控制电路结构示意图二，第三运算放大器电路401的同相输入端连接功率检测器 (未画出)的一个输出端(第一输出端)，输出端连接所述第一运算放大器电路201的同相输入端；所述第一运算放大器电路201的同相输入端连接所述第三运算放大器电路401的输出端。

参见图5，图5是本发明实施例中宽带功率放大器输入控制电路具体示例图，其中，电调衰减器未画出。图5中，第三运算放大器电路401 可包括：第三运算放大器N2A、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻 R3和第一电容C1；

第三运算放大器N2A的同相输入端连接功率检测器的一个输出端和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端接地；

第三运算放大器N2A的反相输入端连接第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端和第一电容C1的一端；

第二电阻R2的另一端和第一电容C1的另一端均连接第三运算放大器N2A的输出端，第三电阻R3的另一端接地；

第三运算放大器N2A的电源接入端接入电源信号，电压值为12V，接地端接地。

第一运算放大器电路201可包括：

第一运算放大器N2B、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一电位器RP1和第二电容C2；

第四电阻R4的一端连接第三运算放大器N2A的输出端，另一端连接第一运算放大器N2B的同相输入端；

第五电阻R5的一端连接第一运算放大器N2B的同相输入端，另一端接地；

第六电阻R6、第八电阻R8和第二电容C2的一端连接第一运算放大器N2B的反相输入端，第八电阻R8的另一端和第二电容C2的另一端连接第一运算放大器N2B的输出端；

第六电阻R6的另一端连接第七电阻R7的一端和第一电位器RP1的一端与中间端，第七电阻R7的另一端接地，第一电位器RP1的另一端接入用于提供所述预设电压阈值对应的电压信号的预设电源信号，电源信号提供的电压值为12V。

波段选择电路202可包括：

数控模拟开关集成电路、至少两个电位器，；

数控模拟开关集成电路的数控信号输入端接入波段选择控制信号，开关键一端接入至少两个电位器中每个电位器的一端，开关键的另一端为输出端；

所述至少两个电位器中每个电位器的中间端与另一端接地。

第二运算放大器电路203可包括：第二运算放大器N2C、第九电阻 R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12和第三电容C3；

第十电阻R10和第十一电阻R11的一端连接第一运算放大器N2B的输出端，第十电阻R10的另一端接地；

第十一电阻R11的另一端、第十二电阻R12的一端和第三电容C3 的一端连接第二运算放大器N2C的反相输入端；

第九电阻R9一端接入预设电源信号，另一端连接第二运算放大器 N2C的同相输入端；

第二运算放大器N2C的同相输入端连接数控模拟开关集成电路开关键的另一端。

本发明中，示例性地，设期望宽带功率放大器的输出功率稳定在P

第一运算放大器N2B的第5脚的电压V

第一运算放大器N2B的第6脚的电压V

其中，R

实际应用中，可通过调节电位器RP1的值，来调整电压V

V

其中，β

本实施例中，示例性地，设将宽带功率放大器工作用的射频信号频率分为四个波段，如将100MHz～500MHz分为第一波段100MHz～200MHz、第二波段200MHz～300MHz、第三波段300MHz～400MHz、第四波段 400MHz～500MHz这四个波段，对于每个分波段，设置对应的波段选择控制信号，如设置100MHz～200MHz波段对应的波段选择控制信号为00，设置200MHz～300MHz波段对应的波段选择控制信号为01，设置 300MHz～400MHz波段对应的波段选择控制信号为10，设置 400MHz～500MHz波段对应的波段选择控制信号为11。

参见图5，图5中数控模拟开关集成电路中引脚A与引脚B用于接入波段选择控制信号B0和B1，通过编制B0和B1的值可控制开关键一端与另一端的连接。开关键一端设置0X对应00，1X对应01，2X对应 10，3X对应11，当波段选择控制信号B0和B1对应输入如10，则接通开关键另一端X引脚与2X引脚，输出2X引脚对应的分段预置电压信号。实际应用中，为方便起见，可利用控制现有分波段滤波器的波段选择信号，用作本发明中的波段选择控制信号，但相同信号所起作用是不同的，本发明中，波段选择控制信号用作为不同频率波段的射频信号选择对应的分段预置电压信号。

图5中，示例性地，设置四个电位器，分别为电位器RP2、电位器 RP3、电位器RP4、电位器RP5，通过调节各个电位器的阻值，获得不同的分段预置电压信号对应的电压值，则当数控模拟开关集成电路选择0X 与引脚X接通时，可设置对应第四波段；设置1X与引脚X接通时，对应第三波段；设置2X与引脚X接通时，对应第二波段；设置3X与引脚 X接通时，对应第一波段；进一步，基于宽带功率放大器的增益随着频率的增大而减小的特性，可设置100MHz～200MHz波段对应的分段预置电压信号的电压值相对较大，而设置400MHz～500MHz波段对应的分段预置电压信号的电压值相对较小，进而，对于不同频率波段的射频信号，对应采用不同衰减值进行衰减处理。

示例性地，设功率放大器在第四波段的最大增益为1000倍，当输入信号为1W时，如果不做处理，射频放大电路输出为1000W，对功率放大器本身以及后端电路都会带来伤害甚至烧毁，因此可以通过电调衰减器进行预先衰减，降低工作开始瞬间输出功率过大问题。假定希望输出信号不能超过300W，则需要电调衰减器衰减3.3倍，对应输入电调衰减器的衰减值控制电压信号对应的电压值V

其中，R

同理：设宽带功率放大器在第三波段的最大增益为1500倍，当输入信号为1W时，如果不做处理，射频放大电路输出为1500W，对功率放大器本身以及后端电路都会带来伤害甚至烧毁，因此可以通过电调衰减器进行预先衰减，降低工作开始瞬间输出功率过大问题。假定希望输出信号不能超过300W，则需要电调衰减器衰减5倍，对应输入电调衰减器的衰减值控制电压信号对应的电压值V

其中，V

同理：设宽带功率放大器在第二波段的最大增益为1800倍，当输入信号为1W时，如果不做处理，射频放大电路输出为1800W，对功率放大器本身以及后端电路都会带来伤害甚至烧毁，因此可以通过电调衰减器进行预先衰减，降低工作开始瞬间输出功率过大问题。假定希望输出信号不能超过300W，则需要电调衰减器衰减6倍，对应输入电调衰减器的衰减值控制电压信号对应的电压值V

其中，V

同理：设宽带功率放大器在第一波段的最大增益为2000倍，当输入信号为1W时，如果不做处理，射频放大电路输出为2000W，对功率放大器本身以及后端电路都会带来伤害甚至烧毁，因此可以通过电调衰减器进行预先衰减，降低工作开始瞬间输出功率过大问题。假定希望输出信号不能超过300W，则需要电调衰减器衰减6.6倍，对应输入电调衰减器的衰减值控制电压信号对应的电压值V

其中，V

上述实施例中，第一运算放大器N2B、第二运算放大器N2C和第三运算放大器N2A为一片四路运算放大器集成电路LM124上的运算放大器，因此，图4中只画出给第三运算放大器N2A接通电源的示例；实际应用中，第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器可以为三片单路运算放大器集成电路；或，采用两片双路运算放大器集成电路实现。数控模拟开关集成电路为一片差分四通道模拟开关集成电路CD4052。

综上所述，本发明的实施例提供的技术方案中，对输入宽带功率放大器的输入功率进行控制，进而控制其输出信号的输出功率，主要是：当宽带功率放大器输出信号较小时，其相关电压信号较小，若没有超过预设电压阈值，则说明输出信号幅度没有出现过冲现象，一旦宽带功率放大器输出信号较大，对应的相关电压信号超过预设电压阈值，则启动第一运算放大器电路，输出稳幅用电压信号。

进一步，本发明的实施例中，预先将原始射频信号的频率波段分成多个不同频率波段，对每个频率波段，预设不同的分段预置电压信号，当波段选择电路接收到预设波段选择控制信号，就选择与所述输出信号所在频率波段对应的分段预置电压信号并输出；第二运算放大器电路接入分段预置电压信号与稳幅用电压信号，分段预置电压信号对应的电压值固定，而稳幅用电压信号会随着相关电压信号或者说输出信号对应的电压值的变化而变化，且变化方向一致，则第二运算放大器电路输出的衰减值控制电压信号的变化方向与稳幅用电压信号变化方向相反，而基于电调衰减器自身特性，其衰减值变化方向与衰减值控制电压信号的变化方向相反，因此，所得衰减值变化方向与稳幅用电压信号或者相关电压信号变化方向一致，即随着输出信号电压幅度增大，电调衰减器的衰减值也增大，相应地，宽带功率放大器输入信号的电压幅度减小，进而有效控制宽带功率放大器输出信号的电压幅度不会过大。

并且，在具体实现中，由于分段预置电压信号是针对输出信号的不同频率波段设置的，因此，不只采用同一个衰减值做衰减，而是对于较高频段信号，由于对应增益较低，因此采用相对较小的衰减值做衰减；对于较低频段信号，由于对应增益较高，因此采用相对较大的衰减值做衰减，从而有效控制宽带功率放大器输入信号的幅度变化不至过大，并基本稳定在其正常输出功率附近。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。