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基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

电子设计 2019-04-08 08:26 次阅读

除了信号失真,低效率和驻波之外,由传输线与其负载之间的阻抗失配反射的RF能量也会损坏信号源,例如功率放大器(PA)。然而,基于对数放大器和定向耦合器的电路可以检测所产生的驻波的电压驻波比(VSWR),以触发保护PA免受过大的VSWR值的影响。

VSWR是电路中阻抗不匹配的量度。大的VSWR会在RF电路中引起许多问题。最坏情况影响包括对RF /微波高功率放大器(HPA)的永久性损坏,通常称为VSWR故障。保护HPA免受此类灾难至关重要。本文演示了一种使用定向耦合器和高性能RF对数放大器检测VSWR条件并保护HPA免受此类故障影响的方案。设计并测试了VSWR检测和保护方案的原型。 VSWR》 4:1时受损的特定HPA设计即使在配备了所提出的保护方案时受到》15:1的VSWR后也能正常工作。

沿传输线的电压和电流是通过称为特征阻抗(Z O )的特定比率相关联。当沿着传输线行进的传导RF能量遇到等于特征阻抗的负载时,所有可用功率都被传递到负载。沿着传输线的任何不连续(不匹配)改变负载阻抗会引起沿线的反射电流和电压,从而产生驻波。入射和反射波相干和相消干涉导致最大值(V max )和最小值(V min ),如图1所示。电压驻波比(VSWR),a测量这种不匹配,定义为V max / V min 的比率。

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

完全匹配的阻抗(VSWR = 1: 1)导致理想的动力传递,而严重不匹配的阻抗(高VSWR)导致减少到负载的功率传输。高VSWR会导致系统中的任何地方出现问题,但天线前面的PA对这些事件最敏感。过大的VSWR会降低无线电的工作范围,导致发射信号使接收部分饱和或导致无线电升温。更严重的影响会损坏发射机并通过某些灾难性故障机制(例如燃烧)来破坏传输线电介质。高VSWR也可能导致电视广播系统中的阴影,因为从天线反射的信号再次从功率放大器反射,然后重新广播,导致多路径现象。

幸运28VSWR检测

等式1和图1显示,如果已知反射系数,则可以计算VS幸运28WR。

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

其中,

V i =入射波; V r =反射波; Z 0 =特征阻抗; Z L = load

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

图2显示了位于源和负载之间的定向耦合器,用于隔离和采样来自负载的入射波和反射波。具有高方向性,入射波与反射波的比率等于反射系数,如公式2所示。因此,借助定向耦合器和探测器,可以检测反射波和入射波并进行后处理(进行反射和入射波的分离)以测量反射系数。

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

其中,

C =耦合系数; D =方向性

θ和Φ=通过耦合器的未知幸运28相位延迟

V C =耦合器耦合端口(端口C)上的电压,入射波的样本》 V D =耦合器反射端口(端口D)上的电压,反射波的样本

一旦入射和反射信号被采样和隔离,需要检测这些信号的大小,这需要双检测器。最佳检测方法是通过考虑测量精度和温度检测范围来确定的。

检测方法的准确性将决定VSWR测量的准确性。用于检测入射波和反射波的输出的精度由于两个通道之间的耦合而降低,特别是当两个通道以不同的功率水平操作时。这意味着隔离是探测器选择的主要标准之一。这种隔离标准有两个:两个RF通道输入之间的隔离,以及从一个RF通道输入到另一个RF通道输出的隔离。使用网络分析仪可以轻松测量两个输入之间的隔离,但输入到输出隔离更为重要。输入到输出隔离是通过增加一个通道上的功率电平来测量的,直到它开始影响另一个通道的功率检测精度(在其动态范围内低得多的功率水平)1 dB。两个功率电平之间的差异是输入到输出的隔离。可以使用不同值的耦合器和衰减器来定位功率电平,以便在输入处产生最小的差异,以便减少耦合。 PC板上的耦合也会影响隔离。在布局中应注意将RF输入彼此隔离。

入射信号的检测范围等于发射器的输出功率范围,但是从接口反射的反向传播信号的检测需要更大。反射功率电平范围可以从非常小的信号电平(当PA和天线之间存在良好的阻抗匹配时)到与事件信号的最大电平幸运28一样大的信号电平(当开路或短路时)在传输线上)需要具有高动态范围的探测器。

对数减法相当于除法的事实使得很容易执行复杂的信号分割数学,这是选择VSWR检测的对数放大器的一个重要原因。对于使用对数放大器的VSWR测量,两个探测器应位于同一芯片上,以提供温度和工艺变化的良好匹配。对数放大器还具有比其他探测器类型更大的动态范围。所有这些都表明,用于VSWR应用的最佳检测方法是双对数放大器,具有高动态范围和良好的温度精度。

除差分输出外,最好能够访问单个对数放大器输出,因为大多数RF设计人员使用此信息来同时确定Tx部分的输出功率。 ADL5519是双对数检测器的一个很好的例子,它具有单独的通道输出以及两个通道之间的差异。如图3所示,ADL5519提供54 dB动态范围,从低频到8 GHz,温度漂移小于±0.5 dB,是检测入射和反射波并同时控制输出功率的理想解决方案。 ADL5519具有出色的输入至输入和输入至输出通道隔离规格(》 30 dB),如图4和图5所示,使该器件适用于双射频通道系统。 AD8302可用于不需要单独日志输出的地方。

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

有许多方法可以保护放大器免受潜在的破坏性高VSWR。高VSWR条件在高输出功率下通常是灾难性的,因此保护电路的目标应该是降低输出功率,从而将放大器置于安全工作模式。 VSWR检测方法独立于放大器的架构,但该架构的功率控制方案确实影响放大器保护机制的选择。

对于放大器电源由外部引脚控制的情况,当VSWR事件超过预定参考电平时,可以轻松降低输出功率。所提出的保护方案能够改变该参考电平,将VSWR保护扩展到几种不同的PA架构。

VSWR保护原型结果

这种VSWR保护机制用于保护GSM PA严重不匹配。定向耦合器和双检测器用于检测反射系数。当VSWR超过安全限值时,保护电路会通过调节其电源控制引脚上的电压来降低放大器的输出功率。

VSWR检测电路如图6所示,由定向耦合器,双对数检测器和钳位电路组成。 HPA和负载之间的定向耦合器将入射和反射波的样本耦合到耦合和反射端口,然后将其馈送到双对数检测器,例如ADL5519或AD8302。定向耦合器具有30 dB耦合系数和900 MHz时大于15 dB的方向性,用于将耦合和反射信号定位在探测器的探测范围内。

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

来自定向耦合器的反射端口(P D )的功率(与VSWR成比例)被馈送到一个探测器的输入通道。来自耦合端口(P C )的功率(与VSWR无关)被馈送到另一个输入通道。如等式3所示,双对数检测器计算这两个信号的对数减法,导致差值输出V DIFF 与反射和耦合信号的比率成比例,其等于反射系数。该方程适用于具有高方向性(》 40 dB)的耦合器。在较低的方向性下,测量的V DIFF 输出将是VSWR的相位的函数。发现15 dB的方向性足以区分1.5和3.0的VSWR,而不必担心VSWR的相位。

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

其中,

V DIFF幸运28 是双对数放大器检测器的差分输出(V)

V SLP 是斜率(mV)对数放大器检测器的/ dB)

P INT 是V OUT 与P IN 的X轴截距(dBm) 》曲线(见图4)

V LVL 是恒定的共模电压电平(V)

Z IN 是探测器的输入阻抗《 / p》

当对数检波器的差分输出(V DIFF )增加预定电压电平(V REF 时,基于运算放大器的钳位电路触发),表示高VSWR条件。一旦检测到高VSWR条件,HPA将使用其电源控制电压端口(V APC )关闭到安全工作模式。在决定V REF 水平时,应考虑P OUT 与PA的V APC 特性。在此工作模型中,V REF 电平设置为触发钳位电路,VSWR》 1.5:1。

当在900 MHz时P OUT = 34.5 dBm的VSWR》 4:1时,图7所示的GSM PA受到不可逆转的损坏。在使用这些条件进行的探测器电路的实验测试中,类似的GSM PA即使在经受VSWR》 15:1之后仍然起作用,如图8所示。这些结果表明该装置能够在严重下保护功率放大器。错配条件。

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

基于对数放大器和定向耦合器进行VSWR检测

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罗姆(ROHM)株式会社是全球最知名的半导体厂商之一,创立于1958年,总部位于日本京都市。历经半个多世纪的发展,罗姆的生产、...
发表于 04-18 06:20 53次 阅读
低噪声运算放大器LM4559xxx的特点

电路图中的振荡和调制电路详细资料讲解

不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。....
发表于 04-16 08:00 79次 阅读
电路图中的振荡和调制电路详细资料讲解

基本放大电路的介绍及分析资料说明

本文档的主要内容详细介绍的是基本放大电路的介绍及分析资料说明主要包括了:1.放大器基本概念 2.MO....
发表于 04-16 08:00 112次 阅读
基本放大电路的介绍及分析资料说明

VCA幸运28820增益放大器的数据手册免费下载

该VCA820是一个直流耦合,宽带,线性分贝,连续可变,电压控制增益放大器。它为单端转换提供一个差分....
发表于 04-16 08:00 40次 阅读
VCA820增益放大器的数据手册免费下载

2SA1301 PNP平面硅晶体管的数据手册免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是2SA1301 PNP平面硅晶体管的数据手册免费下载主要应用于:音频功率....
发表于 04-16 08:00 58次 阅读
2SA1301 PNP平面硅晶体管的数据手册免费下载

单电源二阶低通滤幸运28波放大器超过0.25就没有放大效果了

截止频率是32Hz,放大1.25倍,目的是放大15倍的,可是修改R6,超过0.25就没有放大效果了,大家看看问题在哪里,学习啦 ...
发表于 04-16 04:00 26次 阅读
单电源二阶低通滤波放大器超过0.25就没有放大效果了

电子技术学习方法和分幸运28析思路轻松入门

《电子技术学习方法和分析思路轻松入门》分成七大板块,理论联系识图,通过对数十种实用电路的分析,全方位....
发表于 04-15 08:00 130次 阅读
电子技术学习方法和分析思路轻松入门

以电机的最高转速为目的电子齿轮比设置

如上图:从上位机发出的指令脉冲串。经过电子齿轮比转换为一定比例的输入脉冲信号,与编码器反馈的脉冲信号....
的头像 电子工程技术 发表于 04-12 13:46 329次 阅读
以电机的最高转速为目的电子齿轮比设置

QPD2731多尔蒂功率放大器的数据手册免费下载

QPD2731是一种由预先匹配的分立氮化镓在SiC Hemts上组成的不对称多尔蒂功率器件。该设备的....
发表于 04-12 08:00 46次 阅读
QPD2731多尔蒂功率放大器的数据手册免费下载

移动通信中运用的高功率Doherty放大器的ADS仿真过程详细资料说明

该论文介绍了一个移动通信中运用的高功率 Doherty 放大器的 ADS 仿真过程,同时通过加入对消....
发表于 04-12 08:00 56次 阅读
移动通信中运用的高功率Doherty放大器的ADS仿真过程详细资料说明

软件定义无线电兴起 RF设计也有了巨大的进步

软件定义无线电(SDR)代表了一种对传统射频(RF)设计技术的突破。原有的传统系统只能提供固定的功能....
发表于 04-10 15:03 233次 幸运28 阅读
软件定义无线电兴起 RF设计也有了巨大的进步

放大器输出幅度提高0.1dB是否会有很大差别

模数转换器(ADC)明显是混合信号器件,但有时候,主要从 事模拟电路工作的工程师似乎会忘记它们的数字....
的头像 电子设计 发表于 04-10 14:25 2013次 阅读
放大器输出幅度提高0.1dB是否会有很大差别

如何选择合适的放大器去测量电流

电流测量在很多应用中都是必要的,包括执行器控制、测试与测量、传感器信号调理以及电能计量(仅举数例)。....
的头像 电子设计 发表于 04-10 14:11 215次 阅读
如何选择合适的放大器去测量电流

如何采用SAR转换器实现125dB的动态范围

图1中的电路显示了一个具有2.5 MSPS和上游可编程的16位SAR转换器仪表放大器,将增益设置为1....
的头像 电子设计 发表于 04-10 13:52 254次 阅读
如何采用SAR转换器实现125dB的动态范围

KA3525A SMPS控制器的数据手册资料免费下载

KA3525A是一种单片集成电路,包括脉冲宽度调制调节器所需的所有控制电路。芯片中有电压基准、误差放....
发表于 04-10 08:00 46次 阅读
KA3525A SMPS控制器的数据手册资料免费下载

负压压力幸运28表和光纤放大器的使用方法详细资料说明

本文档的主要内容详细介绍的是负压压力表和光纤放大器的使用方法详细资料说明。
发表于 04-10 08:00 42次 阅读
负压压力表和光纤放大器的使用方法详细资料说明

应用于工业测量系统的高性能模拟前端分析

数据采集系统和可编程逻辑控制器(PLC)需要多功能的高性能模拟前端,以便与各种传感器进行接口,来精确....
的头像 电子设计 发表于 04-09 08:07 303次 阅读
应用于工业测量系统的高性能模拟前端分析

集成式RF采样收发器支持快速跳频、多频带和多模式操作

最新的直接无线射频(RF) - 采样收发器 – 包括德州仪器的AFE7444和AFE7422设备,分....
发表于 04-08 13:59 106次 阅读
集成式RF采样收发器支持快速跳频、多频带和多模式操作

通过利用差动放大器与电流检测放大器执行高边电幸运28流检测功能

在许多应用中都需要精确的高端电流检测,包括电机控制,电磁阀控制和电源管理(例如,DC-DC转换器和电....
的头像 幸运28 电子设计 发表于 04-08 08:05 487次 阅读
通过利用差动放大器与电流检测放大器执行高边电流检测功能

ICL7650和ICL7653斩波稳定放大器的数据手册免费下载

Maxim的ICL7650/ICL7653是斩波稳定放大器,是低电平信号处理应用的理想选择。这些器件....
发表于 04-08 08:00 56次 阅读
ICL7650和ICL7653斩波稳定放大器的数据手册免费下载

CMOS交换机技术的优势及应用介绍

高性能RF开关是关键构建模块之一在现代无线通信系统中需要。对于高频应用,例如移相器,可切换滤波器,雷....
的头像 电子设计 发表于 04-06 09:59 296次 阅读
CMOS交换机技术的优势及应用介绍

下一代微波点对点接收器的简化设计

微波点对点链路是无线移动网络的一个组成部分,它提供了基站(BTS/Nodes)与无线控制器(BSC/....
的头像 电子设计 发表于 04-06 09:53 458次 阅读
下一代微波点对点接收器的简化设计

提供1.5W功率的扬声器放大器介绍

ADI音频放大器组的SSM2211扬声器放大器是一款可操作的功率放大器,设计用于通过+ 5V单电源供....
的头像 幸运28 电子设计 发表于 04-06 09:40 444次 阅读
提供1.5W功率的扬声器放大器介绍

LT6658的应用解决方案及性能与特点介绍

LT6658不是普通的基准电压源或稳压器,因为它能同样出色地执行这两种功能。此外,由于架构布局独特,....
的头像 电子设计 发表于 04-04 08:59 344次 阅读
LT6658的应用解决方案及性能与特点介绍

通过信号相位行为提高频谱和功率效率

锁相环(PLL)使用相位检测器将反馈信号与参考信号进行比较,将两个信号的相位锁定在一起。虽然此属性仍....
的头像 电子设计 发表于 04-04 08:18 327次 幸运28 阅读
通过信号相位行为提高频谱和功率效率

超声成像中的模拟和混合信号组件的研究

现代技术正在推动医疗超声波机器达到新的性能高度,从而使图像具有更高的清晰度和分辨率。超声用于心脏,产幸运28....
的头像 电子设计 发表于 04-04 08:07 633次 阅读
超声成像中的模拟和混合信号组件的研究

ADI放大器的技术指南合集资料免费下载

BAINTER陷波滤波器简介 Bainter电路是一种简单的陷波滤波器(见参考文献部分),它由简单的....
发表于 04-04 08:00 100次 阅读
ADI放大器的技术指南合集资料免费下载

一套针对全细胞生物传感器的优化方案

全细胞生物传感器由传感模块(sensing module)、信号处理模块(computing mod....
的头像 MEMS 发表于 04-03 16:08 647次 阅读
一套针对全细胞生物传感器的优化方案

基于近零中频的改善直接变换接收器设计浅析

无论是用于传输语音还是数据,RF通信链路都是现代生活的基本组成部分。发射器将信息调制到射频,无线电接....
发表于 04-03 10:51 182次 阅读
基于近零中频的改善直接变换接收器设计浅析

佳能正在研发RF14-21mm f/1.4 L USM镜头 有望于2020年正式发布

据最新爆料消息,佳能正在研发RF14-21mm f/1.4 L USM镜头,已经进入测试阶段,有望于....
发表于 04-03 09:19 225次 阅读
佳能正在研发RF14-21mm f/1.4 L USM镜头 有望于2020年正式发布

Qorvo已提供了超过1亿件5G无线基础设施元器件

2019年4月2日,移动应用、基础设施与国防应用中核心技术与 RF 解决方案的领先供应商 Qorvo....
发表于 04-03 09:13 283次 阅读
Qorvo已提供了超过1亿件5G无线基础设施元器件

应用ADC的变压器耦合前端的设计

随着高频IF采样的推进,A / D转换器的模拟输入和整体前端设计已成为接收器设计的关键要素。许多应用....
的头像 电子设计 发表于 04-03 08:50 373次 阅读
应用ADC的变压器耦合前端的设计

自动调零放大器的工作原理及特点介绍

每当自动归零或斩波稳定放大器的问题出现时,不可避免的第一个问题是“它们如何真正起作用?”除了对设备内....
的头像 电子设计 发表于 04-03 08:15 380次 阅读
自动调零放大器的工作原理及特点介绍

适合自动调零放大器的应用范围介绍

应用自动调零放大器与应用任何运算放大器并没有太大区别。大多数新设计具有与任何其他放大器相同的引脚输出....
的头像 电子设计 发表于 04-03 08:13 464次 阅读
适合自动调零放大器的应用范围介绍

基于智能系统监控设备的风扇速度控制技术

ADI公司提供一整套用于台式机和笔记本电脑以及服务器的硬件监控产品。智能系统监控设备可实现复杂的风扇....
的头像 电子设计 发表于 04-03 08:06 427次 阅读
基于智能系统监控设备的风扇速度控制技术

高速DAC控制功率放大器的临界斜坡时序管理

随着移动电话架构的发展,其功耗和成本降低,同时其效率和性能也有所提高。同时,为这些手机提供服务的无线....
的头像 电子设计 发表于 04-03 08:02 555次 阅读
高速DAC控制功率放大器的临界斜坡时序管理

VCA821电压控制增益放大器的数据手册免费下载

该VCA821是一个直流耦合,宽带,线性分贝,连续可变,电压控制增益放大器。它为单端转换提供了一个差....
发表于 04幸运28-03 08:00 120次 阅读
VCA821电压控制增益放大器的数据手册免费下载

凌力尔特宽带全差分幸运28放大器 能在较低频率下保持动态范围性能

ADI 旗下凌力尔特公司推出一款具有 15dB 增益的宽带全差分放大器 LTC6432-15,该器件....
发表于 04-02 15:38 193次 阅读
凌力尔特宽带全差分放大器 能在较低频率下保持动态范围性能

CC6901单芯片霍尔效应电流传感器的数据手册免费下载

CC6901 是一款高性能全差分输出的线性电流传感器,可以更为有效的为交流(AC)或者直流(DC)电....
发表于 04-02 08:00 103次 阅读
CC6901单芯片霍尔效应电流传感器的数据手册免费下载

ATmega328P系统可编程闪存32K字节的8位微控制器的用户手册免费下载

端口B是一个8位双向I/O端口,带有内部上拉电阻(为每个位选择)。端口B输出缓冲区具有对称的驱动器特....
发表于 04-02 08:00 96次 阅读
ATmega328P系统可编程闪存32K字节的8位微控制器的用户手册免费下载
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