功放保护电路.DOC

目 次 200W功率放大器/收发开关组件 2 1 引言 2 2 设计方案 2 3 电路设计 3 3.1 放大链设计 3 3.2 功率监测与反射监测电路设计 4 3.3 谐波滤波器 5 3.4 高功率TR开关 5 3.5 功放保护电路 7 4 电磁兼容设计和热设计 9 4.1 电磁兼容设计 9 4.2 热设计 10 5 电路性能测试 10 6 结论 11 7 感谢 11 8 参考文献 12 200W功率放大器/收发开关组件 200W Power Amplifier/TR Switch module 侯世淳schou18@163.com、韩冰id22soso@163.com 广东深圳 摘要：本文叙述一只P波段200W线性功率放大器/TR开关组件的设计制作。其中包括功放射频电路、控制和保护电路的设计，高功率TR开关和控制电路设计，以及电路的热设计和电磁兼容设计。电路的相对工作带宽约20%，线性功率输出优于200W，谐波输出低于-60dBc,在额定输出功率的总效率优于46%，收发隔离优于70dB,插入损耗典型值约0.4dB。 引言 通信技术的发展和数字调制方式的日新月异，给线性功率放大器提出了越来越高的要求。数字调制方式给功放引入了峰均比指标。比如OFDM要求10dB的峰均比，就是说，功放输出平均功率10W时，其峰值线性输出功率高达100W,这需要高功率放大器来实现。 高功率放大器需要做的工作是： 提高效率，降低功耗； 设置完备的保护电路，防止内外因造成的异常状态，烧毁放大管； 认真做好热设计， 提高放大管的可靠性； 为降低连接损耗，将收发开关和功放做在一起。 提高效率，除了在电路设计中合理设计匹配电路外，需要使用高效率高增益的放大器件，用较少的放大器级数达到要求指标。 设置保护电路的关键，是采用反应速度快的传感器和控制电路，及时采样、判别和动作，保护放大管。 良好的热设计是确保功放可靠性的关键，必须尽量减少和降低热路的热阻。 高功率收发开关必须使用合适的功率PIN管、良好的散热和开关驱动电路。 本文通过200W功率放大器/收发开关组件的设计和制作，叙述了解决这些问题的考虑，最终给出电路测试性能。 设计方案 图1是200W功率放大器/收发开关组件的设计方案。输入端设置线性模拟衰减器，衰减范围40dB,可用 图1 200W功率放大器/收发开关组件框图 0-5V直流电压连续控制放大器的增益（即输出功率）在40dB范围内变化。放大链路由三级放大器构成。总放大量约50dB,输出线性功率大于200W。输出定向耦合器监测输出功率，RF监控输出端输出比主通道低50dB的射频信号，另外功率检测器输出对应射频输出功率的检波电压。谐波滤波器抑制输出谐波信号，确保谐波输出低于-60dBc。收发开关及驱动电路高速切换收发通道，并确保发射通道与接收通道的隔离，防止发射功率烧毁接收机。 保护电路包括：过温保护、过流保护和过载保护。过温电路监测电路的温度，当温度达到设定温度时，切断功放电源；过流保护监测末级放大器的漏极电源电流，当电流到达设定值时，切断功放电源；过载保护电路监测放大器输出端的电压反射系数，当放大器负载的反射系数（不是反射电压）达到设定值后，切断电源，防止放大管被烧毁。同时，控制电路中还设置了发射机连锁保护，即功率放大器必须同时得到收发开关的“开”和功放开关的“开”指令后，才能加电工作；但只要收发开关“关闭”或功放开关“关闭”指令中，有任何一个出现，就会关闭放大器。 电路设计 放大链设计 根据输出功率和增益指标要求，选用高增益放大器件，构成放大链，图2是放大链路的功率预算方案【1】。 图 2 . 功率放大器的功率预算 采用三级放大器构成放大链路。第一级增益级采用InGaP HBT通用放大器；第二级推动级使用常规MOSFET管放大器；第三级末级功率放大级选用高增益推挽LDMOS FET管放大器。 图 3 . 放大链电原理图 第一级是MMIC放大器芯片，无需设计匹配电路。第二级和第三级选择非匹配FET管，需要设计输入输出和级间匹配电路，以达到功率预算设置的技术指标。 使用设计软件，对放大器电路进行仿真优化，以及改进调整，再仿真优化，最终得到电路拓扑，见图3。 功率监测与反射监测电路设计 电路配置见图4。在功率放大器输出端接耦合度为-30dB的定向耦合器，耦合端4提取一部分功放输出功率Pin，耦合端3提取来自输出端的反射功率Pr。提取的功率经衰减后进入双通道功率检测器。 图 4 . 功率监测与反射监测电路框图 4端的信号经幅度调整后一部分以低于主通道信号50dBc的幅度，从射频监测端输出；另一部分进入双通道检测器（图5）A通道，在这里，一部分信号经RMS检测