專利名稱：直放站及其功放裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直放站的放大技術(shù)，尤其涉及中國移動多媒體廣播(China MobileMultimedia Broadcasting, CMMB)直放站及其功放裝置。
背景技術(shù)：
中國移動多媒體廣播(ChinaMobile Multimedia Broadcasting,CMMB)是我國自主研發(fā)的第一套面向手機、PDA、MP3、MP4、數(shù)碼相機、筆記本電腦多種移動終端的系統(tǒng)。在CMMB的系統(tǒng)構(gòu)成中，CMMB信號主要由S波段衛(wèi)星覆蓋網(wǎng)絡(luò)和U波段地面覆蓋網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信號覆蓋。CMMB主要包括兩個頻段，即U波段，470MHz 798MHz ；S波段，2635MHz 2660MHz。為實現(xiàn)城市人口密集區(qū)域移動多媒體廣播電視信號的有效覆蓋，采用U波段地面無線發(fā)射構(gòu)建城市U波段地面覆蓋網(wǎng)絡(luò)。CMMB標準頒布后，全國開始進行CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)，特別是構(gòu)建城市U波段地面覆蓋網(wǎng)絡(luò)。其中，CMMB直放站是在移動多媒體廣播過程中起到信號增強的一種無線廣播中繼設(shè)備。直放站放大器是在現(xiàn)有的覆蓋區(qū)域中拾取信號，通過帶通濾波器對帶外信號進行隔離，將濾波的信號經(jīng)功放放大后再次發(fā)射到待覆蓋區(qū)域。CMMB直放站可以消除CMMB網(wǎng)絡(luò)中的盲區(qū)，并進行優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，從而改善用戶的實際使用效果。其中CMMB功放裝置是CMMB直放站的重要組成部分，CMMB功放裝置的技術(shù)指標直接決定了 CMMB直放站系統(tǒng)性能。開發(fā)CMMB功率線性放大裝置具有一定的必要性。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種效果良好的適用于直放站的功放裝置。該功放裝置包括射頻放大電路，所述射頻放大電路包括順次連接的數(shù)控衰減模塊、第一壓控衰減模塊、第一放大模塊、第二壓控衰減模塊、第二放大模塊、第三放大模塊、第四放大模塊以及環(huán)形器。作為一種優(yōu)選方案，所述功放裝置還包括輔助控制電路，所述輔助控制電路包括增益溫度補償模塊，所述增益溫度補償模塊與第一壓控衰減模塊連接。作為一種優(yōu)選方案，所述輔助控制電路還包括自動電平控制模塊，所述自動電平控制模塊連接第四放大模塊的輸出端和第一壓控衰減模塊。作為一種優(yōu)選方案,所述輔助控制電路還包括輸入功率檢測模塊、輸出功率檢測模塊和反向功率檢測模塊，所述輸入功率檢測模塊用于檢測輸入到數(shù)控衰減的射頻信號的功率，所述輸出功率檢測模塊用于第四放大模塊輸出的射頻信號的功率，所述反向功率檢測模塊與所述環(huán)形器連接。作為一種優(yōu)選方案，所述輔助控制電路還包括溫度檢測模塊，用于檢測所述第四放大模塊的溫度。作為一種優(yōu)選方案，所述輔助控制電 路還包括自激保護模塊和限幅保護模塊，所述自激保護模塊用于根據(jù)所述輸出功率檢測模塊的檢測結(jié)果進行自激保護，所述限幅保護模塊用于限制輸入到數(shù)控衰減模塊的射頻信號的幅度。作為一種優(yōu)選方案，所述輔助控制電路還包括連接到第四放大模塊的輸入端的柵壓溫度補償模塊。作為一種優(yōu)選方案，所述輔助控制電路還包括連接到所述第四放大模塊的電流檢測模塊。本發(fā)明的另一個目的是提供性能良好的直放站，該直放站包括本發(fā)明上述的功放裝置。作為一種優(yōu)選方案，所述直放站適用于中國移動多媒體廣播系統(tǒng)，所述功放裝置為線性放大裝置。本發(fā)明優(yōu)選實例提供的功放裝置具有較低的成本，較好的性能。

圖1為本發(fā)明提供的功放裝置的原理框圖。
具體實施方式圖1是本發(fā)明一實例提供的一種功放裝置的原理框圖，該功放裝置適用于CMMB直放站，功率是30W。該功放裝置包括射頻放大電路和輔助控制電路。射頻放大電路包括順次連接的數(shù)控衰減模塊1、第一壓控衰減模塊2、第一放大模塊3、第二壓控衰減模塊4、第二放大模塊5、第三放大模塊6、第四放大模塊7和環(huán)形器8。射頻信號從數(shù)控衰減模塊I輸入，經(jīng)過放大后從環(huán)形器8輸出。輔助控制電路包括輸入功率檢測模塊9、輸出功率檢測模塊10、反向功率檢測模塊11、自動電平控制(ALC)模塊12、溫度檢測模塊13、自激保護模塊14、限幅保護模塊15、增益溫度補償模塊16、柵壓溫度補償模塊17、電流檢測模塊18等。下面，就各個部分作進一步說明。`(I)、數(shù)控衰減模塊I為了配合產(chǎn)品增益要求，用HMC472做數(shù)控衰減模塊，步進0.5dB,衰減范圍31.5dB, +5V供電。數(shù)控衰減模塊I目的是配合實現(xiàn)CMMB直放站的增益可調(diào)節(jié)要求，以便在工程應(yīng)用時，根據(jù)實際需要增益來調(diào)節(jié)。(2)、第一壓控衰減模塊2為了控制產(chǎn)品最大功率輸出，采用兩個HSMP-3814構(gòu)造第一壓控衰減模塊2。本實例中，第一壓控衰減模塊2還作為ALC控制模塊的一部分。第一壓控衰減模塊2采用兩個HSMP-3814，可以保證CMMB直放站自動電平控制的范圍。單片機可根據(jù)設(shè)定的數(shù)值輸出一個比較電平到差分運算放大器，功放模塊輸出信號耦合下來的電平也輸?shù)讲罘诌\算放大器，兩者比較后輸出電平到第一壓控衰減I，來調(diào)節(jié)衰減量，以控制CMMB直放站功放模塊的輸出功率。自動電平控制起控后輸入信號電平增大15dB，輸出信號電平增加在IdB之內(nèi)。(3)、第一放大模塊3采用SXA-389做第一放大，PldB壓縮點為25dBm，增益為19dB。(4)、第二壓控模塊4為了保證產(chǎn)品在高低溫情況下增益穩(wěn)定，采用一個HSMP-3814構(gòu)造第二壓控模塊
4。第二壓控模塊4作為增益溫度補償模塊16的一部分，通過軟件檢測當前的溫度，根據(jù)不同溫度段輸出不同電壓值，來調(diào)節(jié)衰減量。配合調(diào)節(jié)CMMB直放站在高低溫環(huán)境下，增益變化滿足要求。(5)、第二放大模塊5采用RF3809做第二放大，PldB壓縮點為33dBm，增益為13dB。(6)、第三放大模塊6采用雙管MW6S010做推動級，功放管MW6S010的峰值功率為10W，增益為18dB。(7)、第四放大模塊7采用功放管MRF6VP3450做第四放大，功放管MRF6VP3450在頻率范圍是470 860MHz,峰值功率為450W，增益為22dB。功放管MRF6VP3450在700MHz以下穩(wěn)定因子大于1，功放匹配有較大調(diào)整，在調(diào)試過程中需要綜合考慮電路的穩(wěn)定性和功率線性。本實例中，采用多級放大的目的是:滿足增益的要求；滿足線性(頻譜特性)的要求；滿足輸出最大功率的要求；滿足噪聲的要求。(8)、環(huán)形器 8環(huán)形器常溫情況下，插入損耗彡0.30dB，隔離度彡23dB，駐波比彡1.15。(9)、輸入功率檢測模塊9、輸出功率檢測模塊10和反向功率檢測模塊11用HMC1010來檢測輸出功率，滿足均值功率檢測和穩(wěn)定的功率控制要求，檢測范圍要求大于30dB，檢測精度± IdB以內(nèi)。反向功率檢測采用AD8314，檢測范圍要求大于29dB，檢測精度±2dB以內(nèi)。輸入功率檢測采用AD8314，滿足功率檢測范圍和檢測精度。

(10)、自動電平控制模塊12自動電平控制是當放大器輸出信號電平到達ALC設(shè)定值時，增加輸入信號電平，放大器對輸出信號電平的控制能力。ALC起控后輸入功率增大15dB，輸出功率保持在IdB之內(nèi)。(11)、溫度檢測模塊13溫度檢測用于實時檢測功率放大器的工作溫度。模擬溫度傳感器TMP36，檢測溫度范圍是_40°C 125°C，輸入電壓值范圍400mV 1.8V，檢測精度±2°C，檢測比例因子10mV/°C。其在PCB擺放位置盡量靠近末級功率放大器，以檢測較為準確的溫度值。模擬溫度傳感器TMP36檢測出的電壓值經(jīng)過運算放大器LM2904放大，輸入到單片機。(12)、增益溫度補償模塊16和柵壓溫度補償模塊17由于功放器件在不同溫度時，它的靜態(tài)工作點會發(fā)生漂移，使得功放線性發(fā)生變化，從而影響射頻指標。對于功放柵壓，不同的柵極電壓可以得到不同的靜態(tài)工作電流。通過調(diào)節(jié)功放柵極電壓，可以使功放的靜態(tài)工作電流在整個溫度范圍保持一致，從而保證的功率放大器在不同溫度下工作的性能參數(shù)。因此在該裝置中對于柵壓，采用了硬件溫補和軟件溫補相結(jié)合的方案。硬件溫補是通過二極管BAS16來進行補償。功放管在溫度降低時，靜態(tài)電流變小，需要增加?xùn)艍褐?，使得靜態(tài)電流變大。二極管在溫度降低時，正向壓降升高，剛好補償了柵壓值。功放管在溫度升高時，靜態(tài)電流變大，需要減小柵壓值，使得靜態(tài)電流減小。二極管在溫度升高時，正向壓降降低，剛好補償了柵壓值。軟件溫補是實時檢測功放溫度，根據(jù)不同溫度段輸出不同電壓值到功放管的柵極?？梢员ＷC不同溫度下的功放穩(wěn)定偏置電流，從而提高功放的射頻性能指標。由于放大管在高低溫情況下存在一定的增益變化，因此在該裝置中采用了壓控衰減器HSMP-3814的方案，實時檢測溫度，根據(jù)不同溫度段輸出不同電壓值到壓控衰減器HSMP-3814,來調(diào)節(jié)衰減量。常溫時輸出固定電壓值，衰減為一固定值，高溫時增加電壓值衰減變小，低溫時降低電壓值衰減變大，從而彌補放大管的增益溫度變化曲線。(13)、電流檢測模塊18電流檢測用于實時檢測功率放大器的漏極電流。電流并聯(lián)監(jiān)視器INA138，輸入電壓范圍2.7V 36V。電流并聯(lián)監(jiān)視器INA138檢測出的電壓值經(jīng)過運算放大器LM2904放大，輸入到單片機。CMMB線性功放30W模塊具有功放開關(guān)、功放過功和功放器件壞告警等功能。功放開關(guān)通過控制功放管柵極電壓，來保證信號電平的輸出。功放過功是通過檢測實際輸出功率，與門限值比較，大于門限值時關(guān)功放，顯示過功告警。功放器件壞告警是通過檢測功放柵壓是否為零，當檢測功放柵壓值為零，則顯示功放壞告警。本發(fā)明提出的一種CMMB直放站功放模塊30W實現(xiàn)方法，包括如下步驟。射頻放大電路實現(xiàn)的步驟包括:步驟一，輸入信號經(jīng)過數(shù)控衰減器及自動電平控制器；步驟二，信號進入第一放大管進行信號的放大；步驟三，信號經(jīng)過溫度補償裝置；步驟四，信號進入第二放大管進行信號的放大；步驟五，信號經(jīng)過3dB電橋分成兩路進行信號放大，再經(jīng)過3dB電橋合為一路，即為第三放大；步驟六，信號進入第四放大管進行信號的放大，然后經(jīng)過環(huán)形器輸出。所述的射頻放大電路負責(zé)將所輸入的射頻信號進行線性放大。同時，配合整機增益要求，在功放模塊射頻鏈路上增加數(shù)控衰減器，通過單片機控制數(shù)控衰減器來調(diào)節(jié)功放模塊的增益?？紤]數(shù)控衰減器對模塊噪聲和線形的影響，通過計算和實驗，最終確定數(shù)控衰減器擺放位置。所述的各放大管工作時的輸出功率均遠低于其IdB壓縮點。在選擇推動放大管和末級功放管時，選擇工作電流較小的器件，用以提高效率。根據(jù)本方案的輸出功率要求，系統(tǒng)要求輸出功率為44.8dBm, CMMB信號的PAR約
9.5dB，在基帶沒有削峰情況下，功放管回退至少要達到這個水平，而通常的功放效率只能做到10%左右，我們的設(shè)計思路是優(yōu)先保證技術(shù)指標，在技術(shù)指標滿足的情況下提高效率。此方案選用Freescale公司的功放管MRF6VP3450作為最后一級。此功放管的PldB壓縮點為56.5dBm，而所要求的輸出功率為44.8dBm,回退了 11.7dB，所以指標可以滿足要求。根據(jù)末級功放管的增益確定推動級(第三級)的選型，推動級只需要輸出功率為23dBm的信號就可以了，選擇Freescale公司的功放管MW6S010，采用平衡式放大來做為推動級。此放大管在輸出功率為20dBm時，帶肩比(中心頻率±4.2MHz)的指標在_45dBc以下，有充足的余量，保證了送到末級的信號質(zhì)量。推動級的選擇原則是要求該處的功率回退為16dB以上。正向功率和反向功率檢測實現(xiàn)方法包括:輸出功率檢測是通過微帶線耦合部分輸出信號，通過衰減橋之后進入檢波管HMC1010進行功率檢測，把功率轉(zhuǎn)化成電壓量，進入單片機運算，得出功率值，在監(jiān)控界面上顯示。反向功率檢測是通過環(huán)形器采樣反向信號的能量，通過衰減橋之后進入檢波管AD8314進行功率檢測，把功率轉(zhuǎn)化成電壓量，進入單片機運算，得出功率值，在監(jiān)控界面上顯示。
柵壓和增益溫度補償?shù)膶崿F(xiàn)方法包括:柵壓溫度補償包括硬件溫補和軟件溫補。硬件溫補是將二極管BAS16并聯(lián)在功放柵壓鏈路上，通過二極管BAS16的導(dǎo)通隨溫度變化特性來進行補償。軟件溫補是在軟件中，對應(yīng)不同溫度段，設(shè)置不同電壓值。當功放管處于某個溫度時，通過溫度檢測模塊實時檢測功放溫度，單片機根據(jù)對應(yīng)溫度段輸出對應(yīng)電壓值到功放管的柵極，來保證不同溫度下的功放管的穩(wěn)定靜態(tài)電流。增益溫度補償是將壓控衰減器HSMP-3814串聯(lián)在射頻鏈路上，并在軟件中，對應(yīng)不同溫度段，設(shè)置不同電壓值。當功放處于某個溫度時，通過溫度檢測模塊實時檢測功放溫度，單片機根據(jù)對應(yīng)溫度段輸出對應(yīng)電壓值到壓控衰減器HSMP-3814，來調(diào)節(jié)衰減量，從而保證不同溫度下的射頻鏈路的穩(wěn)定增益。電流檢測實現(xiàn)方法包括:首先用三個阻值為0.05 Ω的電阻并聯(lián)后，串聯(lián)在48V供電電路上，當電流流過電阻時產(chǎn)生壓降，通過電流并聯(lián)監(jiān)視器INA138檢測出電壓壓降值。然后，這個電壓值通過運算放大器LM2904緩沖，進入單片機運算，得出電流值，在監(jiān)控界面上顯示。限幅保護功能實現(xiàn)方法包括:在CMMB線性功放30W模塊的輸入端并聯(lián)二極管限幅器，二極管導(dǎo)通時，大信號的幅度被限制在門限電壓以下，具有一定的保護功能。散熱銅板工藝包括:其尺寸為132.1mmX 68.7mmX 5mm，材料為紫銅，正面鍍鎳。在正面挖槽，是功放管燒結(jié)位置。打6個螺紋孔，作為固定PCB到銅板上。打30個通孔，作為固定銅板到盒體。底部跳線采用燒結(jié)功放管后，穿過銅板焊接。功放管燒結(jié)裝配工藝包括:先用6顆不銹鋼圓頭螺釘M2X4將PCB到固定在銅板上。在銅板上，功放管槽位置涂上厚度為0.15mm錫膏。在PCB板上，功放管管腳位置涂上厚度為0.15mm錫膏。錫膏為Tamura有鉛錫膏RMA-010-FP。然后將功放管放入槽內(nèi)，位置正偏向輸出端。然后用壓板壓在上面，有一個或兩個壓點壓在功放管的上面。同時每個壓柱有1.5kgf.cm扭力的彈簧,保證在燒結(jié)過程中有一個向下的壓力，使功放管和銅板較好地接觸。彈簧的彈力不可過大，防止壓壞功放管。采用電熱板CT-946進行燒結(jié)。將電熱板溫度設(shè)置在260°C，等溫度升到設(shè)定值時，將固定好功放管的銅板放在電熱板上，進行燒結(jié)。此時電熱板溫度會慢慢地下降，下降到220°C后，電熱板又開始升溫，直到260°C。開始計時，大約在3分鐘后，關(guān)掉電熱板，讓其自然冷卻。巴倫制作工藝包括:需要制作手動半剛電纜治具，利用治具加工成U形電纜。治具的材料是鋁合金，在一塊70mmX65mm的鋁合金塊上，鑄有一個馬蹄形的凸起的柱形體，柱形體高度為7_。同時做一個定位端，并用可移動的夾鉗固定這個位置。半剛性同軸電纜的材料包括外導(dǎo)體是鍍錫銅線；絕緣介質(zhì)是聚四氟乙烯；內(nèi)導(dǎo)體是冷軋?zhí)妓劁?。外?dǎo)體直徑是 2.286+0.0508/-0.0254mm ;絕緣介質(zhì)直徑是 1.854mm ;內(nèi)導(dǎo)體直徑是 1.024+/-0.0254mm。半剛電纜阻抗是25+/-1.0ohms0巴倫制作方法是先取一根半剛電纜，將其一端固定在半剛電纜治具的定位端，圍繞馬蹄形柱形體彎折電纜，用斜口鉗按照指定位置將電纜剪切。用斜口鉗和尖嘴鉗剝線，剝?nèi)ネ鈱?dǎo)體2mm，剝?nèi)ソ^緣介質(zhì)1mm。半剛性同軸電纜巴倫也可采用半剛性電纜成型機和半剛性同軸電纜剝線機進行制作。CMMB線性功放30W模塊，設(shè)計了耦合端，采用削峰和數(shù)字預(yù)失真方法，可以將模塊推到80W，指標合格。CMMB線性功放30W模塊產(chǎn)品內(nèi)部采用單片機控制和RS485通信，外部結(jié)構(gòu)和接口等嚴格按統(tǒng)一標準開發(fā)，方便產(chǎn)品的借用復(fù)用和標準化工作。產(chǎn)品選用通用型和低成本器件，具有比較低的成本優(yōu)勢。該產(chǎn)品是一款高線性放大的裝置，具有自動電平控制，輸出電平連續(xù)可調(diào)，自動跟蹤溫度變化進行溫度補償，功率檢測，功放保護等功能。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種直放站的功放裝置，包括射頻放大電路，其特征在于，所述射頻放大電路包括順次連接的數(shù)控衰減模塊(I)、第一壓控衰減模塊(2)、第一放大模塊(3)、第二壓控衰減模塊(4)、第二放大模塊(5)、第三放大模塊￠)、第四放大模塊(7)以及環(huán)形器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功放裝置，其特征在于，所述功放裝置還包括輔助控制電路，所述輔助控制電路包括增益溫度補償模塊(16)，所述增益溫度補償模塊(16)與第一壓控衰減模塊(4)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功放裝置，其特征在于，所述輔助控制電路還包括自動電平控制模塊(12)，所述自動電平控制模塊(12)連接第四放大模塊(7)的輸出端和第一壓控衰減模塊⑵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功放裝置，其特征在于，所述輔助控制電路還包括輸入功率檢測模塊(9)、輸出功率檢測模塊(10)和反向功率檢測模塊(11)，所述輸入功率檢測模塊(9)用于檢測輸入到數(shù)控衰減(I)的射頻信號的功率，所述輸出功率檢測模塊(10)用于第四放大模塊(7)輸出的射頻信號的功率，所述反向功率檢測模塊(11)與所述環(huán)形器(8)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功放裝置，其特征在于，所述輔助控制電路還包括溫度檢測模塊(13)，用于檢測所述第四放大模塊(7)的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功放裝置，其特征在于，所述輔助控制電路還包括自激保護模塊(14)和 限幅保護模塊(15)，所述自激保護模塊(14)用于根據(jù)所述輸出功率檢測模塊(10)的檢測結(jié)果進行自激保護，所述限幅保護模塊(15)用于限制輸入到數(shù)控衰減模塊(I)的射頻信號的幅度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功放裝置，其特征在于，所述輔助控制電路還包括連接到第四放大模塊(7)的輸入端的柵壓溫度補償模塊(17)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功放裝置，其特征在于，所述輔助控制電路還包括連接到所述第四放大模塊(7)的電流檢測模塊(18)。
9.一種直放站，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至8中任意一項所述的功放裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直放站，其特征在于，所述直放站適用于中國移動多媒體廣播系統(tǒng)，所述功放裝置為線性放大裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及直放站及其功放裝置，該功放裝置包括射頻放大電路和輔助控制電路，射頻放大電路包括順次連接的數(shù)控衰減模塊(1)、第一壓控衰減模塊(2)、第一放大模塊(3)、第二壓控衰減模塊(4)、第二放大模塊(5)、第三放大模塊(6)、第四放大模塊(7)以及環(huán)形器(8)。本發(fā)明的功放裝置具有較低的成本和較好的性能，屬于高線性放大的裝置，具有自動電平控制，輸出電平連續(xù)可調(diào)，自動跟蹤溫度變化進行溫度補償，功率檢測，功放保護等功能。
文檔編號H03F3/20GK103209016SQ20121001379
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者廖向前, 朱超 申請人:深圳國人通信有限公司