一种实现开环功控射频系统宽范围输出功率的系统及方法与流程

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及射频信号技术领域，尤其涉及一种实现开环功控射频系统宽范围输出功率的系统及方法。背景技术：2.在射频发射机系统中，发射功率是最为重要的参数之一，因为其直接影响无线通信系统的链路预算，继而决定通信距离。然而，在满足通信距离需求的情况下，对发射功率的要求是越小越好，原因是：一、减少本设备对环境中其他设备的干扰，二、降低发射机的电流消耗，三、满足一些国家或地区对于无线电设备的规范要求。这样一来，射频系统的发射功率在设计之初只能按照一定的范围来规划，以满足最终应用场景下对发射功率大小的各种需求。3.有资料显示，目前，针对发射机宽范围发射功率的需求，主要有两种实现方案：一、采用射频闭环控制系统，即在发射机pa的输出端设计有功率耦合器，耦合器与功率检测器连接，产生与输出功率相关的电压，这个电压输入至误差放大器与基带产生的vramp电压进行比较，继而通过调整pa的电源电压或偏置电压实现调整pa的输出功率，这样便实现了对发射机发射功率的闭环控制，这种方案在手机射频系统中应用较为普遍；二、发射机的输出端采用开环方式，针对宽范围的发射功率，分别使用两路功率放大链路，一路是小功率级别pa、另一路是大增益高输出功率的pa。4.以上提到的两种现有技术方案，虽说在效果上都能实现对宽范围输出功率的控制并能准确的控制功率误差范围，但都有其固有的劣势。方案一架构较为复杂，设计难度及开发成本较大，对于在成本及开发周期方面都提出较高要求的物联网无线通信领域，该方案几乎无被采用的可能；方案二由于采用了两路不增益的功率放大，成本无疑也被提升了上去，实现方式也稍有复杂。5.中国专利文献cn103346675a公开了一种“大功率电压宽范围连续可调的级联电磁发射机系统”。包括n个发电机组、n个三相不控制整流桥逆变器、n个高频逆变桥、n个高频升压变压器、n个单相整流桥、1个发射h桥、1个弱电控制系统；该系统的特点是由n个发电机组发出的三相电分别输入到n个发射机模块，在n个发射机模块输出端口进行串联或者并联的功率合成，并且通过弱电控制系统控制逆变电路实现大功率、电压连续可调的恒压或恒流发射。上述技术方案在其工作温度范围内特别是低温下，会出现增益不稳定的现象，此时想要实现宽范围的发射功率便较为困难。技术实现要素：6.本发明主要解决原有的技术方案不同温度时增益不稳定的技术问题，提供一种实现开环功控射频系统宽范围输出功率的系统及方法，通过在两个射频开关之间构建两条射频链路，分别由微带线和电阻衰减器构成，利用低成本的电阻衰减器巧妙的解决了集成pa在低温、小信号时的增益恶化问题，使得发射机在-40—85℃温度范围内均能工作稳定，有效实现开环射频功控系统中宽范围发射功率的目标，而且相比闭环功控系统在成本、设计复杂度等方面具有明显优势。7.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括：发射机，用于发射射频信号，与pa输入端相连；发射机包括了射频基带和部分射频前端，而且有些芯片厂商也将发射机和接收机各部件集成在一颗ic内部，集成度相当高，例如用于短距离无线通信技术(sdr，可以是zigbee、bluetooth、sub1g无线通信技术等)的一些rfic，而且这里指的发射机多是发射功率在20dbm以内。8.pa，用于提高射频信号发射功率，与发射机输出端相连；在不同国家和地区对无线设备的发射功率阈值要求不同，在满足使用地法规前提下，通过在发射机输出端连接pa以使得提高发射功率，但在有些应用场景下，为了权衡通信距离、产品电流消耗、满足法规标准限制，往往需要使天线端口输出的功率满足一定的范围，而并不是发射功率越大越好。9.功率选择模块，用于实现开环射频系统中宽范围功率输出的具体功率选择，与pa相连；10.低通滤波器，用于滤除高阶谐波功率，与功率选择模块相连；11.ant，用于实现无线信号发射，与低通滤波器输出端相连。12.作为优选，所述的功率选择模块包括与pa输出端相连的第一射频开关，所述第一射频开关分别经过微带线、电阻衰减器与第二射频开关相连，所述第二射频开关输出端与低通滤波器输入端相连。在两个射频开关之间有两条射频链路，一条是由微带线实现的射频传输线。13.作为优选，所述的功率选择模块电路包括单刀双掷射频开关u10，所述单刀双掷射频开关u10的引脚1经过电阻衰减器电路与单刀双掷射频开关u13的引脚1相连，所述u10的引脚2接地，u10的引脚3经过微带线与u13的引脚3相连，u10的引脚4与电源端相连的同时经过电容c57接地，u10的引脚5与射频信号输入端相连，u10的引脚6经过电容c58接地的同时经过电阻r18与电源输入端相连，并且u10的引脚6经过电阻r17与计数器相连，u13的引脚2接地，u13的引脚4与电源端相连的同时经过电容c65接地，u13的引脚5与射频信号输出端相连，u13的引脚6经过电容c66接地的同时经过电阻r29与电源输入端相连，并且u13的引脚6经过电阻r28与计数器相连。电路中u10、u13是单刀双掷射频开关，由一个io引脚实现导通通路的选择，其4脚为电源端口，工作电压范围是2.4—3.3v、6脚即是控制io输入端口。14.作为优选，所述的电阻衰减器电路包括并联在u10的引脚1与接地端之间的电阻r22与电阻r23，还包括并联在u13的引脚1与接地端之间的电阻r26与电阻r27，所述u10的引脚1与u13的引脚1之间设有并联的电阻r24和电阻r25。在两个射频开关之间有两条射频链路，一条是由微带线实现的射频传输线，pcb设计时按照特征阻抗50ω即可、另一条由一个π型电阻衰减器构成(电阻r22、r23、r24、r25、r26、r27)，考虑到衰减器输入功率可能达到30dbm以上，每个支臂上使用两个电阻并联来提升衰减器的耐受功率。15.一种实现开环功控射频系统宽范围输出功率的系统的工作方法，包括以下步骤：16.s1在射频信号发射电路中构建功率选择模块；17.s2将功率输出范围划分为高功率和低功率两个区域；将功率输出范围15—30dbm划分为高功率23—30dbm和低功率15—22dbm两个区域。18.s3 pa根据需求功率进行射频信号输出；19.s4功率选择模块进行导通链路选择；20.s5对功率选择模块输出信号进行处理并输出。21.作为优选，所述的步骤s3当ant需求功率位于高功率范围时，pa输出信号直接走第一射频开关与第二射频开关之间的微带线；当ant需求功率位于低功率范围时，pa仍以大功率输出，此时第一射频开关与第二射频开关之间的电阻衰减器链路导通，通过衰减方式实现低功率发射。22.作为优选，所述的步骤s5功率选择模块输出信号经过低通滤波器滤除高阶谐波功率，ant接收低通滤波器输出的射频信号并进行输出。23.本发明的有益效果是：通过在两个射频开关之间构建两条射频链路，分别由微带线和电阻衰减器构成，利用低成本的电阻衰减器巧妙的解决了集成pa在低温、小信号时的增益恶化问题，使得发射机在-40—85℃温度范围内均能工作稳定，有效实现开环射频功控系统中宽范围发射功率的目标，而且相比闭环功控系统在成本、设计复杂度等方面具有明显优势。附图说明24.图1是本发明的一种原理连接结构图。25.图2是本发明的一种功率选择模块电路图。26.图3是本发明的一种流程图。27.图中1发射机，2 pa，3功率选择模块，3.1第一射频模块，3.2微带线，3.3电阻衰减器，3.4第二射频模块，4低通滤波器，5 ant。具体实施方式28.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。29.实施例：本实施例的一种实现开环功控射频系统宽范围输出功率的系统及方法，如图1所示，包括依次相连的发射机1、pa 2、功率选择模块3、低通滤波器4和ant5。发射机1用于发射射频信号。pa 2用于提高射频信号发射功率。在不同国家和地区对无线设备的发射功率阈值要求不同，在满足使用地法规前提下，通过在发射机输出端连接pa以使得提高发射功率，但在有些应用场景下，为了权衡通信距离、产品电流消耗、满足法规标准限制，往往需要使天线端口输出的功率满足一定的范围，而并不是发射功率越大越好。发射机包括了射频基带和部分射频前端，而且有些单刀双掷射频开关厂商也将发射机和接收机各部件集成在一颗ic内部，集成度相当高，例如用于短距离无线通信技术(sdr，可以是zigbee、bluetooth、sub1g无线通信技术等)的一些rfic，而且这里指的发射机多是发射功率在20dbm以内。功率选择模块3用于实现开环射频系统中宽范围功率输出的具体功率选择。低通滤波器4用于滤除高阶谐波功率。ant5用于实现无线信号发射。30.功率选择模块3包括与pa2输出端相连的第一射频开关3.1，所述第一射频开关3.1分别经过微带线3.2、电阻衰减器3.3与第二射频开关3.4相连，所述第二射频开关3.4输出端与低通滤波器4输入端相连。在两个射频开关之间有两条射频链路，一条是由微带线实现的射频传输线，pcb设计时按照特征阻抗50ω即可、另一条由一个π型电阻衰减器构成(电阻r22、r23、r24、r25、r26、r27)，考虑到衰减器输入功率可能达到30dbm以上，每个支臂上使用两个电阻并联来提升衰减器的耐受功率。31.如图2所示，功率选择模块3电路包括单刀双掷射频开关u10，所述单刀双掷射频开关u10的引脚1经过电阻衰减器3.3电路与单刀双掷射频开关u13的引脚1相连，电阻衰减器3.3电路包括并联在u10的引脚1与接地端之间的电阻r22与电阻r23，还包括并联在u13的引脚1与接地端之间的电阻r26与电阻r27，所述u10的引脚1与u13的引脚1之间设有并联的电阻r24和电阻r25。所述u10的引脚2接地，u10的引脚3经过微带线3.2与u13的引脚3相连，u10的引脚4与电源端相连的同时经过电容c57接地，u10的引脚5与射频信号输入端相连，u10的引脚6经过电容c58接地的同时经过电阻r18与电源输入端相连，并且u10的引脚6经过电阻r17与计数器相连，u13的引脚2接地，u13的引脚4与电源端相连的同时经过电容c65接地，u13的引脚5与射频信号输出端相连，u13的引脚6经过电容c66接地的同时经过电阻r29与电源输入端相连，并且u13的引脚6经过电阻r28与计数器相连。32.电路中u10、u13是单刀双掷射频开关，由一个io引脚实现导通通路的选择，其控制真值表如下。其4脚为电源端口，工作电压范围是2.4—3.3v、6脚即是控制io输入端口。33.状态激活通道v1电平0ant-rf1低电平1ant-rf2高电平34.表1真值表35.在两个射频开关之间有两条射频链路，一条是由微带线实现的射频传输线，pcb设计时按照特征阻抗50ω即可、另一条由一个π型电阻衰减器构成电阻r22、r23、r24、r25、r26、r27，考虑到衰减器输入功率可能达到30dbm以上，每个支臂上使用两个电阻并联来提升衰减器的耐受功率，具体各电阻取值根据所需要的衰减值用表2查表来确定。[0036][0037]表2 π型衰减器电阻取值表[0038]如图3所示，一种实现开环功控射频系统宽范围输出功率的系统的工作方法，包括以下步骤：[0039]s1在射频信号发射电路中构建功率选择模块3。[0040]s2将功率输出范围划分为高功率和低功率两个区域。将功率输出范围15—30dbm划分为高功率23—30dbm和低功率15—22dbm两个区域。[0041]s3 pa2根据需求功率进行射频信号输出。当ant5需求功率位于高功率范围时，pa2输出信号直接走第一射频开关3.1与第二射频开关3.4之间的微带线3.2；当ant5需求功率位于低功率范围时，pa2仍以大功率输出，此时第一射频开关3.1与第二射频开关3.4之间的电阻衰减器3.3链路导通，通过衰减方式实现低功率发射。[0042]s4功率选择模块3进行导通链路选择。[0043]s5对功率选择模块3输出信号进行处理并输出。功率选择模块3输出信号经过低通滤波器4滤除高阶谐波功率，ant5接收低通滤波器4输出的射频信号并进行输出。[0044]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。[0045]尽管本文较多地使用了功率选择模块、电阻衰减器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。









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