一种新的可取代环行器的射频电路.pdfVIP

一种新的可取代环行器的射频电路1 章秀银、田学军、胡斌杰 华南理工大学电信学院(510641) binjie.hu@univ-nantes.fr 摘 要：环行器广泛用于功率放大器等高频和微波电路中。然而在一些特殊情况下，环行器 在体积、额定功率、插损、成本等方面还存在一定的不足之处。为了避免这些不足，本文提 出了一种取代环行器的方案，并设计了实际电路进行验证，结果表明该电路能够取代环行器 起到保护功放的作用，它减小了射频单位的体积、降低了成本、提高了功放的效率。 关键词：环行器；功率放大器；微波电路；保护电路 1. 引 言 环行器广泛用于高频及微波电路中，一种典型的应用如图 1所示。环行器用在功率放大 器之后，主要作用是防止输出失配的高功率信号反射回来损坏功放，同时还能改善输出驻波。 但是在一些情况下，环行器的性能达往往不到要求或者成本太高。例如，在较低频段，分布 参数的环行器尺寸会很大，不适合用于集成电路中；另外在功放输出功率很高的情况下，环 行器必须能够承受很高的功率，并且要求环行器具有很低的插入损耗；还有在一些频段，并 没有现成的环行器可供使用，定制或者进行研发需要很高的成本和较长的时间；此外一些环 境对环行器的要求并不高，而商用的环行器价格都比较高，在此情况下使用环行器会增加成 本。基于以上这些考虑，我们在分析图 1 环行器的作用和整个电路的工作原理上，提出了一 种替代方案，它与使用环行器类似，可以实现了同样的功能。 1 原理分析 首先我们来分析图 1 所示电路的工作原理。输入信号经过功率放大器放大到一定的功 率，经耦合器送到环行器输出。其中耦合器耦合出一部分信号送入正向检波电路以判断功放 1 本项目得到高校博士点科学专项科研基金（20020561024 ）和广州市科技计划项目(051J208001)资助。 - 1 - 输出功率，作为自动电平控制（ALC）或者其他控制的依据。在环行器的 3 端口接了一个吸 收负载，在输出端失配时吸收发射回来的信号，避免负载反射回来的信号进入功放输出端， 从而起保护功放的作用。同时，还把 3 端口的信号送入到反向检波电路进行检波，如果这个 端口的信号功率较高则说明输出端口失配，从而可以以此为依据采取相应的保护措施。例如， 中止对功放电路的馈电，增加电调衰减器的衰减量等，从而起到保护功放电路的作用。另一 个方面，功放的输出匹配一般都是按照功率进行匹配，驻波往往不好，环行器还能起到改善 驻波的作用。 从上面的分析可见，环行器主要是起保护功放和改善驻波的作用。在一些情况下，功放 输出端的驻波很好，例如采用 3dB 电桥等方式进行功率合成的情况就属于这类情况；另外一 种情况是对驻波没有严格的要求，这种情况下环行器的作用主要是保护功放。对功放的保护 常常是通过两个方面来实现，一是通过停止对功放馈电或者是增大功放中衰减器的衰减量来 进行；二是环行器反向隔离，阻止反射信号进入功放。实际上，这两个方面是一致的。由此 我们得到启示，只要能检测出功放输出端失配，就可以通过控制电压对功放进行保护。而通 过正向和反向检波的比较，我们可以判断出输出端是否失配，从而可以保护功放。由此，我 们对图 1 的电路进行了改进，改进后的电路如图 2 所示。 下面我们从定向耦合器入手来阐述它的工作原理。一种典型的情况是带状线定向耦合， 由于奇模和偶模的作用，从耦合器 3 端口输出的是正向信号的耦合，4 端口输出的是从输出 端反射回来的信号的耦合。对此，我们在 ADS 里面对 30dB 的带状线定向耦合器进行了仿真， 结果如图 3所示。 3 端口的信号经过电阻型固定衰减器后送入检波电路，输出电压即为正向检波电压，送 到运算放大器的反相端。4 端口的信号直接送到检波电路进行检波，输出电压为反向检波电 压，送到运算放