一种功放模块的制作方法

1.本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种功放模块。


背景技术：

2.随着通信技术的发展，在各种通信产品的发射电路中，均需要使用功放器件，功放器件对前级输出的射频信号进行功率放大，之后再馈送到天线发射出去。针对不同的应用场景以及差异化的应用频段，对功放器件的不同功率等级需求也越来越多。同时通信产品的更新换代速度很快，研发的工程需求也较多，对差异化的功放模块的需求也较大。但是市场上功放器件或模块的功率输出以及频率范围跟我们实际的工程需求往往不能很好的匹配，导致在外购功放器件或模块时工程师需要对市面上的型号的适用频段和功率输出等进行逐一的核对并选型。同时开关模块作为功放器件或模块的后一级电路，一般需要独立购买或安装，工程师需要对市面上的开关器件的适用频段进行核对并逐一选型，与功放模块和工程需求进行匹配，由此延长了工程研发周期。并且随着通信技术的发展，通信传输使用的频段覆盖范围越来越广，因此工程研发时要求功放器件或开关器件能支持更宽的频段才能符合工程需求。同时在实际的通信系统的开发中，不同研发项目之间需要尽可能的做到器件的共用以达到节省工期和节省成本的目的。当不同的发射机研发项目具有不同的发射频带要求时，在不改变外部器件的情形下设计出一种支持带宽更宽，可以做到对多种频带需求的兼容并将后一级独立的开关器件进行一体化集成的功放模块很有必要。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种功放模块，解决的技术问题为：包含的频率变换单元实现输出频率相对输入频率的转换，由此实现对多种频带需求的兼容；包含的开关单元结合了宽带二极管，实现了模块输出口隔离度的提升。
4.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
5.一种功放模块，包含有：功率变换单元，用于对射频输入信号进行功率变换，且所述功率变换单元输出的功率值动态可调；其特征在于：还包含有频率变换单元，用于对射频输入信号进行频率变换；以及开关单元；其中：
6.所述开关单元位于频率变换单元和功率变换单元的后端，将经频率变换单元和功率变换单元处理后的信号进行分路输出；所述开关单元包含有至少两条并列输出链路，所述输出链路的末端均连接有宽带限幅器，所述宽带限幅器的输入端与输出链路的末端连接，所述宽带限幅器的输出端均连接有模块输出口；所述输出链路经宽带二极管接地，宽带二极管的正极端连接至输出链路，负极端接地；所述宽带二极管的负极端连接有直流偏置电源；在输出链路导通时，所述输出链路上的宽带二极管处于截止状态，在输出链路断开时，所述输出链路上的宽带二极管处于导通状态。
7.进一步改进的，所述频率变换单元包含有第一链路，前级电路输出的射频信号经所述第一链路的输入端接入，所述第一链路的输出端与所述功率变换单元连接；所述功率
变换单元包含有第二链路，所述第二链路的输入端与所述第一链路的输出端连接，所述第二链路的输出端与开关单元的输入端连接。
8.进一步改进的，所述第一链路包含有第一射频开关、第二射频开关；其中：
9.前级电路输出的射频信号与所述第一射频开关的静触点连接；
10.第一射频开关的第一动触点依序串接有隔直电容和第一初级放大器；
11.第一射频开关的第二动触点与第二初级放大器的输入端连接，所述第二初级放大器的输出端连接至倍频器，所述倍频器的输出端连接至子分段滤波单元，子分段滤波单元用于滤除倍频器输出信号中的带外干扰信号；所述子分段滤波单元的输出端与第三初级放大器的输入端连接；
12.第二射频开关的第一动触点与第三初级放大器的输出端连接；
13.第二射频开关的第二动触点与第一初级放大器的输出端连接；
14.第二射频开关的静触点连接至第二链路的输入端；
15.当模块输出口预输出信号频率在前级电路输出的射频信号频带内时，第一射频开关的静触点与第一动触点连接，第二射频开关的静触点与第二动触点连接；当模块输出口预输出信号频率超出前级电路输出的最大射频信号频率时，第一射频开关的静触点与第二动触点连接，第二射频开关的静触点与第一动触点连接。
16.进一步改进的，所述第二链路包含有衰减值动态可调的衰减器；所述衰减器的输入端与第二射频开关的静触点连接，可调衰减器的输出端依序串接有第一中间级放大器、π型rc高通滤波电路、第二中间级放大器以及末级功率放大器；所述末级功率放大器的输出端连接至开关单元的输入端。
17.进一步改进的，所述衰减器的输出端与第一中间级放大器之间连接有隔直电容；所述末级功率放大器的输出端连接有隔直电容。
18.进一步改进的，所述子分段滤波单元将信号分成三路进行滤波，包含有第三射频开关和第四射频开关；所述第三射频开关和第四射频开关均为pin开关，第三射频开关的输入端与倍频器的输出端连接，第三射频开关的第一输出端与第一滤波器的输入端连接，第三射频开关的第二输出端与第二滤波器的输入端连接，所述第三射频开关的第三输出端与第三滤波器的输入端连接；所述第四射频开关的第一输入端与第一滤波器的输出端连接，所述第四射频开关的第二输入端与第二滤波器的输出端连接，第四射频开关的第三输入端与第三滤波器的输出端连接，第四射频开关的输出端与第三初级放大器的输入端连接。
19.进一步改进的，所述第三初级放大器与第二射频开关的第一动触点之间连接有隔直电容。
20.进一步改进的，所述第三射频开关的第二输出端与第二滤波器的输入端之间连接有隔直电容；所述第二滤波器的输出端与第四射频开关的第二输入端之间连接有隔直电容。
21.进一步改进的，所述开关单元包含有第五射频开关、第六射频开关以及第七射频开关，均为一分二开关；所述开关单元的输入端连接有四条并列输出链路，对应四个模块输出口；由第五射频开关一分二，第六射频开关的输入端与第五射频开关的第一输出端连接，第七射频开关的输入端与第五射频开关的第二输出端连接，然后由第六射频开关进行一分二，第七射频开关进行一分二；所述宽带限幅器的输入端经末端隔离开关与输出链路连接；
所述末端隔离开关的静触点连接于宽带限幅器的输入端，末端隔离开关的第一动触点与输出链路末端连接，末端隔离开关的第二动触点经滤波电感接地。
22.进一步改进的，所述宽带二极管的负极端经滤波电容接地；所述宽带限幅器与模块输出口之间连接有滤波电容。
23.本实用新型的有益效果是：
24.1）开关单元电路在选用高隔离度一分二射频开关时，考虑到插入损耗因数，任意模块输出口至多采用三级射频开关分配，这样能够尽量减小由于射频开关本身带来的插入损耗，但由于射频开关级数变少，同时频率变换单元将频率进行了倍频增大，此时的隔离度并不能够完全由射频开关本身提供，通过开关单元引入多个接地的宽带二极管，通过改变宽带二极管负极端的直流偏置电压，改变宽带二极管的状态为截止状态或导通状态，使得模块输出口为导通口时，宽带二极管为截止状态，不影响射频传输插入损耗，模块输出口为隔离口时，宽带二极管为导通状态，泄漏到主路上的信号经由宽带二极管导通到地，实现模块输出口之间隔离度的提高。
25.2）采用扫频源时钟原理，利用时钟唯一性控制各个部分电路通断。其中：通过频率变换单元，将前级输入信号通过第一射频开关分成两个支路，其中第一支路为原频率的直接输出，第二支路接有倍频器；当模块输出口预输出的信号频率在前级输入信号的频带范围内时，通过第一支路直接输出，当功放模块输出口预输出的信号频率超过前级输入信号的最大频率时，通过第二支路进行倍频后输出，由此实现频率的变换；然后通过第二射频开关将第一支路和第二支路的输出进行结合，输出至功率变换单元，使得本技术方案得到的功放模块的频带范围展宽，相比传统的功放模块而言实现了超宽带。
26.3）通过在频率变换单元与功率变换单元中采用多级放大器将输入信号先放大然后结合可调衰减范围的模拟衰减器，实现输出功率值动态可调。
27.4）本技术方案将在发射机中分立的位于前一级的功放模块与位于后一级的开关模块集成在一个模块内，实现高度集成，相比较于单独购买分立器件的成本和工期来说，都有明显的减少。
附图说明
28.图1为功放模块单元连接图；
29.图2为功率变换单元和频率变换单元的原理图；
30.图3为开关单元的电路原理图。
具体实施方式
31.下面将结合实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.本实用新型提供一种功放模块，如图1所示，包含有频率变换单元，将前级射频输出信号通过频率变换单元进行频率转换，经频率变换之后输出至功率变换单元，由功率变换单元进行功率转换，经功率变换单元之后输出至开关单元，开关单元连接有四个并列的
模块输出口（port1 out ，port2 out，port3 out，port4 out）。
33.如图2所示，频率变换单元的实现电路为第一链路，前级射频信号从左上角的rf in经电阻1gt1
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4055输入第一链路，本实施例中前级输入的射频信号频带范围为300khz
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10.5ghz。第一链路从与rf in连接的第一射频开关tc752开始至右下角的第二射频开关tc728止。第一链路的电路结构组成如下：第一射频开关tc752将信号分为两个支路选择输出，这里各种射频开关的通断应用扫频源时钟原理，利用时钟唯一性进行控制。其中第一个支路依序串接有隔直电容和第一初级放大器hgc360h，当模块输出口预输出信号在300khz
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10.5ghz频段内时，第一射频开关连接至第一支路，由此支路直接输出；当模块输出口预输出信号超出10.5ghz时，通过扫频选择5.25ghz
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10ghz 频段，从第二支路输出，第二支路从第二初级放大器tc905开始，tc905将频段5.25ghz
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10ghz的信号进行放大，第二初级放大器tc905输出端连接至倍频器mmd
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1030h进行二倍频，将频率转换为10.5ghz
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20ghz，倍频器mmd
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1030h的输出端连接至子分段滤波单元，子分段滤波单元用于滤除倍频器输出信号中的带外干扰信号。分段滤波单元将信号由第三射频开关ma4sw310分成三个支路进行滤波。第三射频开关ma4sw310的右侧第一输出端连接有第一滤波器，第三射频开关的右侧第二输出端经隔直电容连接有第二滤波器，第三射频开关ma4sw310的右侧第三输出端连接有第三滤波器，其中:先通过扫频选择对频率进行分段，经第一滤波器滤波后输出信号频段12.5ghz
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16.7ghz，经第二滤波器滤波后输出信号频段10.5ghz
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16.7ghz，经第三滤波器滤波后输出信号频段16.7ghz
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20ghz。经三个滤波器滤波后的信号，根据模块输出口预输出的信号频率通过第四射频开关从三个支路中选择输出，第四射频开关采用跟第三射频开关相同的型号ma4sw310，均为pin开关，控制电平为
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12v。第四射频开关的输出端与第三初级放大器tc700e的输入端连接，进行初级的信号放大。第三初级放大器tc700e的输出端经隔直电容连接至第二射频开关tc728。第二射频开关tc728的第一动触点与第三初级放大器的输出端连接，第二动触点与第一初级放大器hgc360h的输出端连接，其静触点连接至功率变换单元的输入端，根据模块输出口预输出的信号频率通过第二射频开关从两个支路（一个支路输出频段300khz
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10.5ghz，另一个支路输出频段10.5ghz
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20ghz）中选择输出。
34.如图2所示，功率变换单元的实现电路为第二链路，第二链路从第一个衰减器tc709开始至左下角的rf out为止。第一个衰减器tc709的输入端与第二射频开关的静触点连接，再接一个同型号的衰减器，其中tc709的衰减范围为30db动态可调，由此实现60db的动态可调。第二个衰减器后依序串接有隔直电容、第一中间级放大器（同第三初级放大器采用相同的型号）、π型rc高通滤波电路、第二中间级放大器（同第三初级放大器采用相同的型号）以及末级功率放大器tc724e。由末级功率放大器进行功率放大后经一个隔直电容输出至rf out端。本实施例中rf in输入的功率为 5db，通过多级放大器将信号先放大到 23dbm后利用两个衰减器（30dbm动态）配合可调衰减范围，实现功率变换动态
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30dbm~ 23dbm之间。
35.如图3所示，开关单元的rf in端与功率变换单元输出端rf out直连。开关单元的实现电路包含有四条并列的输出链路，输出链路连接至四个模块输出口，包含有：最左端的第五射频开关，第五射频开关分出两个支路，两个支路分别连接有上端的第六射频开关和下端的第七射频开关，三个开关均为一分二开关，型号均为tc752，控制电平为 10v/
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10v，然后由第六射频开关进行一分二，第七射频开关进行一分二。四条输出链路上均连接有八
个宽带二极管，每个宽带二极管的正极连接在输出链路上，负极经100nf的滤波电容接地，负极端还连接有直流偏置电源
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5v/ 10v。四条输出链路的末端均连接有末端隔离开关，末端隔离开关的型号仍采用tc752，末端隔离开关的静触点连接有宽带限幅器tc626，宽带限幅器的加入能够在端口功率较大时保护电路，避免烧毁其他器件。输出链路的末端连接的是末端隔离开关的第一动触点，末端隔离开关的第二动触点经滤波电感到地。当port1 out作为输出口时，其对应的输出链路导通，其中：通过改变第五射频开关的控制电平，第五射频开关的第2触点连接到第3触点，通过改变第六射频开关的控制电平，第六射频开关的第2触点连接至第3触点，宽带二极管的直流偏置电源供电 10v，末级隔离开关第1触点连接至第2触点，宽带二极管均处于截止状态。同时其他三个输出口为隔离口，其对应的输出链路为断开状态，末端隔离开关的第3触点与第2触点连接，对应的宽带二极管的直流偏置电压供电
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5v，使宽带二极管均处于导通状态，将泄漏到对应输出链路上的反射信号经由宽带二极管导通到地，同时通过第3触点连接的滤波电感将到达末端隔离开关的反射信号导通到地。本开关单元通过结合宽带二极管的方式，在保证插入损耗指标的同时提升了输出口间隔离度指标。本实施例针对频率为20ghz的电路性能做了验证，实现插入损耗指标≤7db，输出口间隔离度指标≥110db。
36.本实用新型的工作原理为：通过以上电路将功率变换、频率变换和开关功能集成在一个模块内，应用扫频源时钟原理，利用时钟唯一性控制各个单元电路通断，达到周期时间内将300khz~10.5ghz信号转为300khz~20ghz射频信号，使得整个功放模块实现超宽带；在开关单元内应用多个宽带二极管对反射信号进行吸收滤波，实现输出口隔离度的提升。
37.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。