本申請涉及一種射頻功率檢測電路，特別是涉及一種可在射頻功率放大器的輸出功率超出正常范圍內(nèi)限制其輸出功率的射頻功率檢測電路。

背景技術(shù)：

在射頻發(fā)射機中，射頻功率放大器用于將已調(diào)制信號進(jìn)行功率放大，已得到滿足天線發(fā)射的信號大小，并送給天線進(jìn)行發(fā)射。在射頻接收機中，射頻功率放大器用于將已接收信號進(jìn)行功率放大，以得到滿足后續(xù)電路要求的信號大小，并送給后續(xù)電路進(jìn)行處理。通常需要專門的功率檢測電路對射頻功率放大器輸出的射頻信號大小進(jìn)行檢測。

現(xiàn)有的射頻功率放大器大多采用半導(dǎo)體芯片，芯片內(nèi)部很多采用異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(Heterojunction Bipolar Transistor，HBT)作為功率晶體管實現(xiàn)放大功能，同時在芯片內(nèi)部集成有射頻功率檢測電路。

請參閱圖1，這是一種現(xiàn)有的射頻功率檢測電路。射頻輸入信號RFin通過電容一C1連接檢波二極管D1的陽極，電容一C1用于隔直和檢測電路的射頻信號輸入，檢波二極管D1作為檢測元件對射頻信號大小進(jìn)行檢測，實際上是對射頻信號進(jìn)行整流。檢波二極管D1的陰極輸出檢測電壓Vout，檢測電壓Vout的大小對應(yīng)輸入的射頻信號RFin的功率大小。參考電壓Vreg通過電阻一R1連接檢波二極管D1的陽極，為檢波二極管D1提供正向偏置(forward bias)。檢波二極管D1的陰極還通過并聯(lián)的電阻二R2和電容二C2接地，電阻二R2和電容二C2組成了一個低通濾波電路，對整流后的信號進(jìn)行濾波。

圖1所示的射頻功率檢測電路簡單易用，但主要存在以下幾個問題。

其一，射頻功率檢測電路的輸出電壓隨著輸入信號的功率變化而變化，輸入信號功率的變化范圍決定了其輸出電壓的變化范圍。只有當(dāng)輸入信號的功率的變化范圍足夠大時，射頻功率檢測電路才能輸出符合系統(tǒng)要求的輸出電壓變化范圍。

其二，射頻收發(fā)系統(tǒng)往往對射頻功率檢測電路的輸出電壓的范圍有限制，要求輸出范圍具有較大的變化范圍。為了滿足系統(tǒng)要求，往往將射頻功率檢測電路放在射頻功率放大器的輸出端，這樣會造成射頻功率放大器的一定的功率損耗。

其三，在某些非理想例如誤操作的情況下，射頻功率放大器的輸出端有可能偏離了50歐姆的阻抗，即出現(xiàn)輸出阻抗失配，這會導(dǎo)致射頻功率放大器因電流過大而燒壞。此時射頻功率檢測電路的輸出電壓比正常值大，但卻無法限制射頻功率放大器中的功率晶體管的過大電流，即無法在檢測到異常時對射頻功率放大器提供保護(hù)。若要進(jìn)行限流保護(hù)，往往還需要配合其他比較復(fù)雜的保護(hù)電路。

現(xiàn)有文獻(xiàn)也公開了一些射頻功率放大器。

申請公布號為CN102624344A、申請公布日為2012年8月1日的中國發(fā)明專利申請《一種功率放大裝置》中，記載了一種功率檢測模塊和功率控制模塊。這種功率檢測模塊采用兩個二極管構(gòu)成的整流電路對放大器的輸出功率進(jìn)行檢測。這種功率控制模塊采用三極管在放大器的輸出功率過大時導(dǎo)通，從而限制放大器的輸出功率。由于二極管需要一定開啟電壓，因而在放大器的輸出功率較小時二極管不會開啟，功率檢測模塊無法正常工作。而且該功率檢測模塊放在放大器的輸出端，會對放大器造成較大的功率損耗。

申請公布號為CN104849543A、申請公布日為2015年8月19日的中國發(fā)明專利申請《一種射頻功率檢測電路》中，所記載的射頻功率檢測電路先將射頻信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號，再對直流電壓信號進(jìn)行放大，從而在射頻信號的輸入功率較小時也能得到較大的直流電壓。并且這種射頻功率檢測電路可以改為在射頻功率放大器的中間增益級進(jìn)行檢測，從而避免了射頻功率放大器的輸出阻抗失配對檢測電壓的影響，避免了射頻功率檢測電路放在射頻功率放大器的輸出端對其造成的功率損耗。然而在不同溫度下，射頻功率放大器的最后一級的增益往往不一樣，這使得在射頻功率放大器的輸出功率不變時中間增益級輸出的功率也會跟隨溫度而發(fā)生變化。這種射頻功率檢測電路在中間增益級進(jìn)行檢測，在不同溫度下檢測的電壓與射頻功率放大器的實際輸出電壓的差別較大。同時這種功率檢測電路在檢測到射頻功率放大器的輸出功率出現(xiàn)異常時，無法對射頻功率放大器提供限制其輸出功率的保護(hù)措施。

申請公布號為CN105717354A、申請公布日為2016年6月29日的中國發(fā)明專利申請《一種功率檢測電路及檢測方法》中，所記載的功率檢測電路先對射頻功率放大器輸入的射頻信號進(jìn)行放大，再對放大后的射頻信號進(jìn)行檢測，從而克服了采用二極管作為檢測元件時對較小的輸入功率無法檢測的缺陷，取得了較寬的功率檢測范圍。然而，這種功率檢測電路中的跟隨放大單元采用的是共集電極(common collector)的晶體管放大結(jié)構(gòu)，輸出電壓擺幅受到一定限制。同時在檢測到射頻功率放大器的輸出功率出現(xiàn)異常時，無法對射頻功率放大器提供限制其輸出功率的保護(hù)措施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請所要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻功率檢測電路，可對射頻功率放大器的輸出功率進(jìn)行限制性保護(hù)。

為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路包括第一級電路、第二級電路和保護(hù)電路。

所述第一級電路包括放大晶體管，用來跟隨射頻功率放大器中的功率晶體管的輸出成比例地同步變化。

所述第二級電路包括二極管一和二極管二，用來對第一級電路輸出的射頻信號進(jìn)行功率檢測；其中二極管一用來為二極管二設(shè)置具有溫度補償特性的偏置點。

所述保護(hù)電路包括保護(hù)晶體管，用來在射頻功率放大器的輸出功率超出正常范圍時開啟保護(hù)晶體管從而限制射頻功率放大器的輸出功率。

本申請取得的技術(shù)效果如下。

首先，本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路可對射頻功率放大器進(jìn)行限制性保護(hù)，即當(dāng)射頻功率放大器的輸出功率超出正常范圍時，限制射頻功率放大器的輸出功率防止射頻功率放大器燒壞。

其次，本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路在輸入信號的功率較小時就能使輸出電壓的變化范圍較大，這是由于第一級電路提供了對射頻輸入信號的放大，同時由于采用共射極(common emitter)晶體管放大結(jié)構(gòu)，輸出電壓擺幅較大。

再次，本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路可以檢測射頻功率放大器的輸入信號或其中任意一級放大單元的輸入信號。這樣既避免了射頻功率放大器的輸出阻抗失配對射頻功率檢測電路的檢測電壓的影響，也避免了射頻功率檢測電路放在射頻功率放大器的輸出端對其造成的功率損耗。

最后，本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路對溫度變化不敏感。由于第一級電路中的放大晶體管和射頻功率放大器中的功率晶體管的偏置點一樣，在不同溫度情況下都能夠按照一定比例大小同步變化地輸出信號。并且第二級電路中的二極管一為二極管二提供了溫度補償功能，從而使得二極管二輸出的檢測電壓并不會由于溫度變化而發(fā)生較大偏差。

附圖說明

圖1是一種現(xiàn)有的射頻功率檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路的檢測電壓的曲線示意圖。

圖中附圖標(biāo)記說明：RFin為射頻輸入信號；Vout、Vdet為檢測電壓；Vreg為參考電壓；Vsup為電源電壓；Vb為偏置電壓；D為二極管；Q為晶體管；C為電容；R為電阻。

具體實施方式

請參閱圖2，這是本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路。為了便于描述，圖2中還包含了偏置電路和射頻功率放大器。偏置電路為射頻功率放大器中的功率晶體管Q1和第一級電路中的放大晶體管Q2提供偏置電壓Vb。射頻功率放大器主要包括功率晶體管Q1實現(xiàn)放大功能。偏置電壓Vb通過電阻一R1連接功率晶體管Q1的基極，為其提供偏置電壓。射頻輸入信號RFin通過電容一C1連接功率晶體管Q1的基極，電容一C1用于隔直和檢測電路的射頻信號輸入。電源電壓Vsup通過電感一L1連接功率晶體管Q1的集電極，電感一L1用來防止功率晶體管Q1輸出的射頻信號泄露到電源電壓Vsup造成功率損失。功率晶體管Q1的發(fā)射極接地。

圖2中僅示意性地表示出一個功率晶體管Q1，在實際的射頻功率放大器中通常是由多個功率晶體管Q1并聯(lián)以實現(xiàn)較大的增益值。

圖2中除了射頻功率放大器和偏置電路以外的部分，都是本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路。所述射頻功率檢測電路主要包括第一級電路、第二級電路和保護(hù)電路。

射頻功率檢測電路中的第一級電路包括電容二C2、電阻二R2、放大晶體管Q2和電感二L2，主要用來對耦合到電容二C2的射頻輸入信號RFin進(jìn)行放大，這樣可以在較小的輸入功率變化范圍實現(xiàn)輸出較大的檢測電壓，達(dá)到系統(tǒng)指標(biāo)要求。放大晶體管Q2具體實現(xiàn)放大功能，優(yōu)選與功率晶體管Q1采用相同類型的器件。偏置電壓Vb通過電阻二R2連接放大晶體管Q2的基極，為其提供偏置電壓。射頻輸入信號RFin通過電容二C2連接放大晶體管Q2的基極，電容二C2用于隔直和檢測電路的射頻信號輸入。電源電壓Vsup通過電感二L2連接放大晶體管Q2的集電極，放大晶體管Q2的集電極也作為第一級電路的輸出端，電感二L2用來防止放大晶體管Q2輸出的射頻信號泄露到電源電壓Vsup造成功率損失。放大晶體管Q2的發(fā)射極接地。

上述第一級電路用來跟隨射頻功率放大器的輸出功率。通常，第一級電路中的放大晶體管Q2與射頻功率放大器中的單個功率晶體管Q1的管子類型相同，面積也成一定比例，功率晶體管Q1通常為多個并聯(lián)。假設(shè)功率晶體管Q1、放大晶體管Q2的面積分別為A1、A2，那么電阻一R1和電阻二R2的取值滿足R2/R1＝A1/A2。放大晶體管Q2與功率晶體管Q1共用偏置電壓Vb，因此可以保證兩個晶體管具有相同的偏置狀態(tài)，這樣放大晶體管Q2的輸出功率就會跟隨功率晶體管Q1的輸出功率按一定比例縮小地同步變化，即實現(xiàn)準(zhǔn)確跟隨。

射頻功率檢測電路中的第二級電路包括電阻三R3至電阻六R6、二極管一D1、二極管二D2和電容四C4，主要用來對第一級電路輸出的射頻信號進(jìn)行功率檢測。電容三C3是第一級電路與第二級電路之間的耦合電容。第一級電路中的放大晶體管Q2的輸出端通過電容三C3連接二極管二D2的陽極。參考電壓Vreg通過串聯(lián)的電阻三R3和電阻四R4連接二極管一D1的陽極，為其提供正向偏置。二極管一D1的陰極接地。參考電壓Vreg還通過電阻三R3連接二極管二D2的陽極，為其提供正向偏置。二極管二D2的陰極作為第二級電路的輸出端，也是整個射頻功率檢測電路的輸出端對外輸出檢測電壓Vdet。通常，二極管一D1與二極管二D2具有相同的面積和環(huán)境，二極管一D1用來為二極管二D2設(shè)置具有溫度補償特性的偏置點。具體而言，隨著溫度變化例如升高，兩個二極管D1、D2的開啟電壓都會變小。由電阻三R3、電阻四R4和二極管一D1組成的分壓支路中，由于二極管一D1的開啟電壓變小，使得二極管二D2的陽極的分壓值變小。這恰好抵消了二極管二D2的開啟電壓變小對輸出的檢測電壓Vdet的不利影響，使得檢測電壓Vdet在不同溫度下大致保持穩(wěn)定。二極管二D2的陰極還通過兩條并聯(lián)支路接地，其中一條支路由串聯(lián)的電阻五R5和電阻六R6組成，另一條支路為電容四C4。電阻五R5、電阻六R6和電容四C4構(gòu)成了一個低通濾波電路，對二極管二D2輸出的整流后的直流電壓進(jìn)行濾波。

可選地，二極管一D1也可采用雙極型晶體管(BJT)實現(xiàn)，具體來說是將雙極型晶體管的基極和集電極短接在一起。該雙極型晶體管的集電極、發(fā)射極分別相當(dāng)于二極管一D1的陽極、陰極。

上述第二級電路實際上檢測的是第一級電路輸出的射頻信號的功率。由于第一級電路的輸出功率與射頻功率放大器的輸出功率是按照一定比例同步變化的，因此間接地實現(xiàn)了檢測射頻功率放大器的輸出功率。

射頻功率放大器中的保護(hù)電路包括保護(hù)晶體管Q3、電阻七R7和電阻八R8。電阻七R7的一端連接電阻五R5和電阻六R6之間的節(jié)點V0，另一端連接保護(hù)晶體管Q3的基極，由節(jié)點V0的電壓來決定保護(hù)晶體管Q3的開啟狀態(tài)。電阻八R8的一端連接工作電壓Vb，另一端連接保護(hù)晶體管Q3的集電極。保護(hù)晶體管Q3的發(fā)射極接地。

圖2所示的射頻功率檢測電路中，如果射頻功率放大器僅為一級放大單元，那么射頻輸入信號RFin可以是射頻功率放大器的輸入端的射頻輸入信號。如果射頻功率放大器包括多級放大單元，此時射頻輸入信號RFin可以是射頻功率放大器的任意一級放大單元的輸入端信號。此時射頻功率檢測電路中的第一級電路就改為跟隨射頻功率放大器中具有相同輸入端信號的那一級放大單元的輸出成比例地同步變化。換而言之，本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路可以放置在射頻功率放大器的輸入端，也可放到射頻功率放大器的任意一級放大單元的輸入端。

圖2中，所有晶體管都可以是異質(zhì)結(jié)雙極晶體管、MOS管(MOSFET)等。如改為MOS管，則異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的基極、發(fā)射極、集電極分別改為MOS管的柵極、源極、漏極。

請參閱圖3，這是本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路輸出的檢測電壓。其中橫坐標(biāo)表示射頻功率放大器的輸出功率，縱坐標(biāo)表示射頻功率檢測電路輸出的檢測電壓。假設(shè)Pmax是射頻功率放大器的最大安全輸出功率，也就是一旦輸出功率大于Pmax則射頻功率放大器就可能因過流而燒壞。假設(shè)射頻功率放大器的輸出功率為Pmax時，射頻功率檢測電路輸出的檢測電壓Vet為Vmax。當(dāng)射頻功率放大器的輸出功率超出Pmax后如果繼續(xù)增大，那么射頻功率檢測電路的檢測電壓Vdet也會在Vmax的基礎(chǔ)上隨之增大，串聯(lián)的電阻五R5和電阻六R6組成了一條分壓支路，因而節(jié)點V0的電壓值也就隨之增大。通過選擇合適的電阻五R5和電阻六R6的電阻值，使得當(dāng)射頻功率檢測電路輸出的檢測電壓Vdet超出Vmax后，節(jié)點V0的電壓值恰好可以開啟保護(hù)晶體管Q3。保護(hù)晶體管Q3開啟后集電極與發(fā)射極連通，工作電壓Vb通過電阻八R8接地，因而促使工作電壓Vb下降。這便限制了射頻功率放大器的電流，從而限制了射頻功率放大器的輸出功率，實現(xiàn)了對射頻功率放大器的保護(hù)。

與現(xiàn)有的射頻功率檢測電路相比，本申請主要具有以下一些優(yōu)點。

其一，在特殊情況例如射頻功率放大器的輸出阻抗失配時，一旦射頻功率放大器的輸出功率超出正常范圍，射頻功率檢測電路就會對射頻功率放大器的輸出功率進(jìn)行限定，使其回到正常范圍以內(nèi)，避免射頻功率放大器因過流而燒壞。

其二，射頻功率檢測電路中的第一級電路先對射頻信號進(jìn)行放大，第二級電路再對放大后的射頻信號進(jìn)行功率檢測。這樣射頻功率檢測電路就可以在較小的輸入信號的功率變化范圍內(nèi)實現(xiàn)輸出較大范圍的檢測電壓。并且第一級電路中的放大晶體管采用共射極連接方式，輸出電壓擺幅較大。

其三，射頻功率檢測電路可以放在射頻功率放大器的輸入端或任意一級放大單元的輸入端，即對射頻功率放大器的輸入信號或任意一級放大單元的輸入信號進(jìn)行功率檢測。這樣既避免了射頻功率放大器的輸出阻抗失配對射頻功率檢測電路的檢測電壓的影響，也避免了射頻功率檢測電路放在射頻功率放大器的輸出端對其造成的功率損耗。

其四，本申請?zhí)峁┑纳漕l功率檢測電路對溫度變化不敏感。由于第一級電路中的放大晶體管和射頻功率放大器中的功率晶體管的偏置點一樣，在不同溫度情況下都能夠按照一定比例大小同步變化地輸出信號。并且第二級電路中的二極管一為二極管二提供了溫度補償功能，從而使得二極管二輸出的檢測電壓并不會由于溫度變化而發(fā)生較大偏差。

以上僅為本申請的優(yōu)選實施例，并不用于限定本申請。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。