專利名稱：壓控衰減器、壓控衰減器的實現(xiàn)方法與應(yīng)用電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域射頻技術(shù)，尤其是涉及一種寬帶高線性壓控衰減器及其實現(xiàn)方法，以及一種應(yīng)用該壓控衰減器實現(xiàn)的自動電平控制電路。
背景技術(shù)：
隨著第三代移動通信系統(tǒng)調(diào)制技術(shù)的不斷發(fā)展，移動通信對于射頻系統(tǒng)中的自動電平控制電路(Automatic Level Control，ALC)在深度控制的情況下的線性都有了越來越高的指標(biāo)要求。在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，無線環(huán)境隨著可利用頻譜資源的減少變得非常的惡劣，不同系統(tǒng)之間、相同系統(tǒng)的干擾情況變得越來越多，強的干擾信號會導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作，嚴(yán)重的會導(dǎo)致通信設(shè)備的硬件電路損壞等惡劣的后果，所以現(xiàn)代通信系統(tǒng)中廣泛采用自動電平控制電路來提高通信系統(tǒng)的可靠性。
請參見圖1所示，為業(yè)界所廣泛使用的一種自動電平控制電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。自動電平控制電路在通信設(shè)備的輸出端耦合部分信號，由功率放大器120作功率放大處理后輸出；同時，經(jīng)通過檢測電路130的檢測所述功率放大器120輸出端的射頻功率，并由控制電路140將檢測的射頻功率與設(shè)定的功率門限值相比較，若在大于門限值的情況下，則控制硬件射頻通路中壓控衰減器110不斷衰減，使輸入功率在不斷增加10dB的情況下，保持輸出功率不變。
上述電路的控制方式完全通過硬件電路實現(xiàn)，具有響應(yīng)速度快、衰減(控制)變化連續(xù)、可靠性好等特點，廣泛的應(yīng)用在通信系統(tǒng)硬件設(shè)計中。
在傳統(tǒng)的設(shè)計方案中，大多選用集成可變增益放大管用作自動電平控制電路中的衰減器。但是，在研發(fā)及生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有器件具有以下缺點1、在大功率輸出以及深度衰減條件下，現(xiàn)有器件消耗的線性會導(dǎo)致自動電平控制電路的線性度很差；2、現(xiàn)有的集成可變增益放大管大多為集成電路(IC)器件，線性及基本應(yīng)用參數(shù)性能都能達(dá)到要求，但存在成本較高的缺點，且由于制造工藝復(fù)雜，當(dāng)被損壞后更換器件也相對困難，給開發(fā)和生產(chǎn)帶來不便；
3、集成電路器件還存在承受功率有限的缺陷，無法滿足一些大功率條件下的應(yīng)用，同時大功率條件下也面臨著線性度惡化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種壓控衰減器及其實現(xiàn)方法，以及使用該壓控衰減器實現(xiàn)的自動電位控制電路，以解決目前由集成可變增益放大管用作通信射頻模塊中的壓控衰減器時存在的線性度較差、無法應(yīng)用于大功率的情形等缺陷的技術(shù)問題。
為解決上述問題，本發(fā)明公開一種壓控衰減器，包括傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)，其具有射頻信號輸入端、射頻信號輸出端以及耦合輸出端與直通輸出端；第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)，其射頻信號輸入端分別與所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端連接，且該第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端均分別連接電阻值可隨偏置電壓大小而變化的負(fù)載，通過改變所述負(fù)載的偏置電壓，使傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸衰減特性隨負(fù)載的電阻值的變化而可控變化。
其中，所述負(fù)載為兩個串接的PIN型二極管，其中之一的陽極與所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端或直通輸出端連接，另一二極管的陰極接地。
其中，所述負(fù)載為PIN型二極管，其陽極與所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端或直通輸出端連接，陰極接地。
其中，所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)以及所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)均為3dB正交電橋。
相應(yīng)的，本發(fā)明公開一種壓控衰減器的實現(xiàn)方法，包括通過傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)將輸入的射頻信號分路輸出正交射頻信號，分別輸入連接在該傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端的第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)；改變連接在第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端上負(fù)載的偏置電壓來改變負(fù)載的電阻值，使傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸衰減特性隨負(fù)載的電阻值的變化而可控變化。
其中，所述負(fù)載為兩個串接的PIN型二極管，其中之一的陽極與所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端或直通輸出端連接，另一二極管的陰極接地。
其中，所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)以及所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)均為3dB正交電橋。
相應(yīng)的，本發(fā)明還公開一種自動電平控制電路，包括壓控衰減器；與之連接的功率放大器；連接于功率放大器的輸出端，用于檢測輸出功率的檢測電路；連接在檢測電路與壓控衰減器的輸入端之間的控制電路，用于將檢測功率與預(yù)設(shè)功率門限值作對比，根據(jù)對比結(jié)果，控制改變壓控衰減器的傳輸衰減特性；其中，所述壓控衰減器包括傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)，其具有射頻信號輸入端、射頻信號輸出端以及耦合輸出端與直通輸出端；第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)，其射頻信號輸入端分別與所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端連接，且該第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端均分別連接電阻值可隨偏置電壓大小而變化的負(fù)載，所述控制電路與所述負(fù)載連接，通過所述控制電路控制改變所述負(fù)載的偏置電壓，使傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸衰減特性隨負(fù)載的電阻值的變化而可控變化。
其中，所述負(fù)載為兩個串接的PIN型二極管，其中之一的陽極與所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端或直通輸出端連接，另一二極管的陰極接地。
其中，所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)以及所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)均為3dB正交電橋。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明的壓控衰減器是通過控制電壓來改變衰減網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗，從而改變傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性，其在很寬頻帶上均可達(dá)到＞20dB的衰減量并具有良好的線性；且本發(fā)明應(yīng)用于很廣的頻率范圍，通過改變匹配網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)，實現(xiàn)在寬頻帶上的良好的應(yīng)用，以及具有高功率容量下很好的OIP3特性；2、本發(fā)明和放大管一起使用可替代現(xiàn)有射頻模塊中用作衰減器的可變增益放大器，且本發(fā)明可用于電路的自動電平控制(ALC)；3、本發(fā)明的壓控衰減器結(jié)構(gòu)簡單，且方便器件更換及調(diào)試，具有成本較低，通用性好的優(yōu)點。


圖1是現(xiàn)有的一種自動電平控制電路的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明壓控衰減器一種較佳具體實現(xiàn)例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明自動電平控制電路一種較佳具體實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
請參見圖2所示，是本發(fā)明的壓控衰減器一種較佳具體實現(xiàn)例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明提出的是一種基于四端口網(wǎng)絡(luò)的壓控衰減器，通過電壓大小來改變網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的阻抗，相應(yīng)的實現(xiàn)改變衰減器衰減量的大小。
本發(fā)明的壓控衰減器具體包括傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)210，具有射頻信號輸入端(port1)、射頻信號輸出端(port2)以及耦合輸出端(port3)與直通輸出端(port4)，其耦合輸出端與直通輸出端分別與第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)220和230的射頻信號輸入端連接，且所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)220和230的耦合輸出端與直通輸出端，均分別連接兩個串接PIN型二極管240后接地。
其中，傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)210以及第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)220和230均為一3dB正交電橋。
在詳細(xì)介紹本發(fā)明壓控衰減器的工作原理之前，先對3dB正交電橋以及PIN型二極管的特性作簡單的介紹3dB正交電橋又稱為3dB正交耦合器，是以3dB定向耦合器為基礎(chǔ)，其耦合輸出端輸出的信號和直通輸出端輸出的信號幅度相等，為射頻信號輸入端輸入信號的幅度值的一半，即3dB，且兩輸出端輸出信號其相位差為90°，因此其稱為3dB正交耦合器。
PIN型二極管是在P區(qū)和N區(qū)之間夾一層本征半導(dǎo)體(或低濃度雜質(zhì)的半導(dǎo)體)構(gòu)造的晶體二極管。PIN中的“I”是“本征”意義的英文略語。當(dāng)其工作頻率超過100MHz時，由于少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)和“本征”層中的渡越時間效應(yīng)，其二極管失去整流作用而變成阻抗元件，并且，其阻抗值隨偏置電壓而改變。在零偏置或直流反向偏置時，“本征”區(qū)的阻抗很高；在直流正向偏置時，由于載流子注入“本征”區(qū)，而使“本征”區(qū)呈現(xiàn)出低阻抗?fàn)顟B(tài)。因此，可以把PIN二極管作為可變阻抗元件使用。它常被應(yīng)用于高頻開關(guān)(即微波開關(guān))、移相、調(diào)制、限幅等電路中。
基于上述，本發(fā)明壓控衰減器的工作原理詳細(xì)闡述如下對于所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)210，射頻信號由射頻信號輸入端(port1)輸入后，經(jīng)分路至耦合輸出端(port3)和直通輸出端(port4)；假設(shè)為全反射，則反射回到射頻信號輸入端(port1)和射頻信號輸出端(port2)，那么，在射頻信號輸入端(port1)將得到輸入視頻信號0度和180度的發(fā)射信號，經(jīng)疊加后相互抵消，而在射頻信號輸出端(port2)得到2個90度疊加的射頻信號。
同時，當(dāng)耦合輸出端和直通輸出端分別連接50Ω負(fù)載時，射頻信號在這兩個端口將被完全吸收，則到達(dá)射頻信號輸出端的能量最小，此時信號通過該網(wǎng)絡(luò)的衰減量達(dá)到最大。
由于PIN型二極管240的等效電阻可變的特性，通過將兩個串接的PIN型二極管用作耦合輸出端和直通輸出端的可變的負(fù)載。根據(jù)PIN二極管的輸出特性曲線，當(dāng)PIN二極管導(dǎo)通后，其在射頻下的電阻，可由改變偏置電流來加以改變。因此，通過改變PIN型二極管240輸入電壓，即可改變所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)210的耦合輸出端和直通輸出端的負(fù)載電阻。
當(dāng)輸入至所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)210的射頻輸入端的射頻信號的功率增加時，分路至耦合輸出端和直通輸出端的信號電壓幅度發(fā)生改變，成而改變了其負(fù)載電阻，通過負(fù)載電阻的變化，實現(xiàn)壓控衰減器的衰減網(wǎng)絡(luò)的可變衰減。
另外，請參見圖3所示，為將本發(fā)明的壓控衰減器應(yīng)用在自動電平控制電路一種較佳具體實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
該自動電平控制電路(ALC)包括壓控衰減器310、功率放大器320、檢測電路330和控制電路340，輸入的射頻信號經(jīng)過所述壓控衰減器310后，由所述功率放大器320作功率放大處理，而所述檢測電路330檢測所述功率放大器320輸出端輸出信號的功率，并由控制電路340將檢測的射頻功率與設(shè)定的功率門限值相比較，若在大于門限值的情況下，則控制硬件射頻通路中壓控衰減器310不斷衰減，使輸入功率在不斷增加10dB的情況下，保持輸出功率不變。
其中，所述壓控衰減器310具體包括傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)311，具有射頻信號輸入端(port1)、射頻信號輸出端(port2)以及耦合輸出端(port3)與直通輸出端(port4)，其耦合輸出端與直通輸出端分別與第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)312和313的射頻信號輸入端連接，且所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)312和313的耦合輸出端與直通輸出端，均分別連接兩個串接PIN型二極管314后接地。所述控制電路340同時連接第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)312和313的耦合輸出端與耦合輸出端。
其中，傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)311以及第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)312和313均為一3dB正交電橋。
所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)311的射頻信號輸入端與通信線路中放大管(圖中未示)連接，，所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)311耦合放大管輸出的部分射頻信號至壓控衰減器310，以控制壓控衰減器310其中的PIN型二極管314的輸入電壓，進(jìn)而控制衰減量來達(dá)到自動電平控制的目的。
綜上，本發(fā)明是通過控制信號來改變衰減網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的PIN型二極管的阻抗特性，從而達(dá)到改變整個網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)的目的，使得S21在相應(yīng)的頻段內(nèi)單調(diào)、線性的變化，同時盡量保證S11和S22端口參數(shù)滿足系統(tǒng)需要，減少對整個系統(tǒng)的不良影響。
另外，本發(fā)明采用2個PIN型二極管串聯(lián)的方式不但改善了壓控衰減器的功率容量，而且通過降低單管導(dǎo)通電阻增加控制電流，使得其工作在一個線性的區(qū)域，從而來改善網(wǎng)絡(luò)的輸出端三階交調(diào)截至點(Output 3rdOrder InterceptPoint，OIP3)。在實際測試時，壓控衰減器達(dá)到在衰減10dB的情況下具有46dBmOIP3超高的線性性能。因此，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以獲得一個具有良好端口參數(shù)，20dB以上動態(tài)范圍的廣泛通用的小型化低成本壓控衰減器，可以很好的應(yīng)用在現(xiàn)有的電路設(shè)計之中，以獲得良好的經(jīng)濟效益。
權(quán)利要求
1.一種壓控衰減器，其特征在于，包括傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)，其具有射頻信號輸入端、射頻信號輸出端以及耦合輸出端與直通輸出端；第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)，其射頻信號輸入端分別與所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端連接，且該第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端均分別連接電阻值可隨偏置電壓大小而變化的負(fù)載，通過改變所述負(fù)載的偏置電壓，使傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸衰減特性隨負(fù)載的電阻值的變化而可控變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓控衰減器，其特征在于，所述負(fù)載為兩個串接的PIN型二極管，其中之一的陽極與所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端或直通輸出端連接，另一二極管的陰極接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓控衰減器，其特征在于，所述負(fù)載為PIN型二極管，其陽極與所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端或直通輸出端連接，陰極接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的壓控衰減器，其特征在于，所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)以及所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)均為3dB正交電橋。
5.一種壓控衰減器的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括通過傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)將輸入的射頻信號分路輸出正交射頻信號，分別輸入連接在該傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端的第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)；改變連接在第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端上負(fù)載的偏置電壓來改變負(fù)載的電阻值，使傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸衰減特性隨負(fù)載的電阻值的變化而可控變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓控衰減器的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述負(fù)載為兩個串接的PIN型二極管，其中之一的陽極與所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端或直通輸出端連接，另一二極管的陰極接地。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的壓控衰減器的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)以及所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)均為3dB正交電橋。
8.一種自動電平控制電路，包括壓控衰減器；與之連接的功率放大器；連接于功率放大器的輸出端，用于檢測輸出功率的檢測電路；連接在檢測電路與壓控衰減器的輸入端之間的控制電路，用于將檢測功率與預(yù)設(shè)功率門限值作對比，根據(jù)對比結(jié)果，控制改變壓控衰減器的傳輸衰減特性；其特征在于，所述壓控衰減器包括傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)，其具有射頻信號輸入端、射頻信號輸出端以及耦合輸出端與直通輸出端；第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)，其射頻信號輸入端分別與所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端連接，且該第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端均分別連接電阻值可隨偏置電壓大小而變化的負(fù)載，所述控制電路與所述負(fù)載連接，通過所述控制電路控制改變所述負(fù)載的偏置電壓，使傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸衰減特性隨負(fù)載的電阻值的變化而可控變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動電平控制電路，其特征在于，所述負(fù)載為兩個串接的PIN型二極管，其中之一的陽極與所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端或直通輸出端連接，另一二極管的陰極接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的自動電平控制電路，其特征在于，所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)以及所述第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)均為3dB正交電橋。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種壓控衰減器及其實現(xiàn)方法，以及一種應(yīng)用壓控衰減器實現(xiàn)的自動電平控制電路，其中，本發(fā)明的壓控衰減器包括傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)，其具有射頻信號輸入端、射頻信號輸出端以及耦合輸出端與直通輸出端；第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)，其射頻信號輸入端分別與所述傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端連接，且該第一、第二衰減匹配網(wǎng)絡(luò)的耦合輸出端和直通輸出端均分別連接電阻值可隨偏置電壓大小而變化的負(fù)載，通過改變所述負(fù)載的偏置電壓，使傳輸匹配網(wǎng)絡(luò)的傳輸衰減特性隨負(fù)載的電阻值的變化而可控變化。本發(fā)明的壓控衰減器具有良好的線性指標(biāo)性能，且結(jié)構(gòu)簡單，便于生產(chǎn)制造于元件更換，具有通用性好的優(yōu)點。
文檔編號H03H7/00GK101051856SQ20071007314
公開日2007年10月10日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者楊磊 申請人:深圳國人通信有限公司