一种应用在320MHz~420MHz的双向功率放大器的制作方法

本发明属于无线通信
技术领域：
，具体涉及一种应用在320mhz～420mhz的双向功率放大器。
背景技术：
：无线通信技术在现代的生活和军事上得到了非常充分的运用，并且也在飞速的发展着。而对于无线通信设备而言，它的体积和功能也从最初的庞大和单一发展到现在的小巧和多样。并且设备与设备之间的传输速率也变得越来越快，传输质量不断提高。当遇到某种特殊的情况下，有线通信无法得到运用，此时无线通信便成了为数不多的有效的通信方式和指挥途径，比如岸舰之间的通信，地震灾区的通信，地对空通信等。但无论在任何场景下，无线通信系统的前端都无法脱离放大器这一个关键的部分，射频放大器在无线通信系统中具有非常重要的作用，对于发射端射频信号的功率进行放大或者对于接收端微弱信号进行放大是它最主要的工作内容，射频放大器性能的好坏将会直接影响到无线通信系统的性能，因此提供一适合无线通信系统的射频放大器成为了亟待解决的问题。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应用在320mhz～420mhz的双向功率放大器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种应用在320mhz～420mhz的双向功率放大器，包括：包括第一射频开关、第二射频开关、低噪声放大器模块、功率放大器模块和收发控制模块，其中，所述第一射频开关分别连接所述低噪声放大器模块的输入端、所述功率放大器模块的输出端和所述收发控制模块，所述第二射频开关分别连接所述低噪声放大器模块的输出端、所述功率放大器模块的输入端和所述收发控制模块，其中，低噪声放大器模块，用于将从天线接收的信号进行放大得到最终放大后的信号；功率放大器模块，用于将通信系统的射频信号进行功率放大得到最终放大后的射频信号；收发控制模块，用于根据耦合功率导通所述低噪声放大器模块对应的接收链路以使所述最终放大后的信号被接收或者导通所述功率放大器模块对应的发射链路以使所述最终放大后的射频信号被发射。在本发明的一个实施例中，所述低噪声放大器模块包括输入匹配电路、低噪声放大器芯片、输出匹配电路、电容c6和电阻r1，所述输入匹配电路的输入端连接所述第一射频开关，所述输入匹配电路的输出端连接所述低噪声放大器芯片的输入端和所述电容c6的第一端，所述电容c6的第二端连接所述电阻r1的第一端，所述低噪声放大器芯片的输出端和所述电阻r1的第二端连接所述输出匹配电路的输入端，所述输出匹配电路的输出端连接所述第二射频开关，其中，所述输入匹配电路，用于对从所述天线接收的信号的阻抗与所述低噪声放大器芯片的阻抗进行匹配得到第一次匹配后的信号；所述低噪声放大器芯片，用于对所述第一次匹配后的信号进行放大得到放大后的信号；所述输出匹配电路，用于对所述放大后的信号与所述通信系统的阻抗进行匹配得到最终放大后的射频信号。在本发明的一个实施例中，所述输入匹配电路包括电容c1、电容c2、电容c3、电感l1和电感l2，其中，所述电容c1的第一端和所述电感l1的第一端连接所述第一射频开关，所述电容c1的第二端连接接地端，所述电感l1的第二端连接所述电容c2的第一端和所述电感l2的第一端，所述电容c2的第二端连接接地端，所述电感l2的第二端连接所述电容c3的第一端，所述电容c3的第二端连接所述低噪声放大器芯片的输入端和所述电容c6的第一端。在本发明的一个实施例中，所述输出匹配电路包括电容c4、电容c5和电感l3，其中，所述电容c6的第二端连接所述电阻r1的第一端，所述电阻r1的第二端连接所述低噪声放大器芯片的输出端和所述电容c4的第一端，所述电容c4的第二端连接所述电感l3的第一端，所述电感l3的第二端连接所述电容c5的第一端和所述第二射频开关，所述电容c5的第二端连接接地端。在本发明的一个实施例中，所述功率放大器模块包括推动级放大器电路和后级放大器电路，其中，所述推动级放大器电路的输入端连接所述第二射频开关，所述推动级放大器电路的输出端连接所述后级放大器电路的输入端，所述后级放大器电路的输出端连接所述第一射频开关，其中，所述推动级放大器电路，用于对所述射频信号进行第一次功率放大，得到第一次功率放大后的射频信号；所述后级放大器电路，用于对所述第一次功率放大后的射频信号行第二次功率放大，得到最终放大后的射频信号。在本发明的一个实施例中，所述推动级放大器电路包括电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电感l4、电感l5、电感l6、电感l7、电感l8和推动级放大器芯片，其中，所述电容c7的第一端连接所述第二射频开关，所述电容c7的第二端连接所述电容c8的第一端和所述电感l4的第一端，所述电容c8的第二端连接接地端，所述电感l4的第二端连接所述推动级放大器芯片的输入端，所述推动级放大器芯片的输出端连接所述电感l5的第一端，所述电感l5的第二端连接所述电容c9的第一端和所述电感l6的第一端，所述电容c9的第二端连接接地端，所述电感l6的第二端连接所述电容c10的第一端和所述电感l7的第一端，所述电容c10的第二端连接接地端，所述电感l7的第二端连接所述电容c11的第一端和所述电感l8的第一端，所述电容c11的第二端连接接地端，所述电感l8的第二端连接所述电容c12的第一端和所述电容c13的第一端，所述电容c13的第二端连接所述后级放大器电路。在本发明的一个实施例中，所述后级放大器电路包括电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、电感l9、电感l10、电感l11、电感l12、电感l13、电感l14、电感l15、电阻r2和后级放大器芯片，其中，所述电容c14的第一端连接所述电容c13的第二端，所述电容c14的第二端连接所述电容c15的第一端和所述电感l9的第一端，所述电容c15的第二端连接接地端，所述电感l9的第二端连接所述电容c16的第一端和所述电感l10的第一端，所述电容c16的第二端连接接地端，所述电感l10的第二端连接所述电容c17的第一端和所述电感l11的第一端，所述电容c17的第二端连接接地端，所述电感l11的第二端连接所述电容c18的第一端和所述电感l12的第一端，所述电容c18的第二端连接接地端，所述电感l12的第二端连接所述电容c19的第一端和所述电阻r2的第一端，所述电容c19的第二端和所述电阻r2的第二端连接所述后级放大器芯片的输入端，所述后级放大器芯片的输出端连接所述电感l13的第一端，所述电感l13的第二端连接所述电容c20的第一端和所述电感l14的第一端，所述电容c20的第二端连接接地端，所述电感l14的第二端连接所述电容c21的第一端和所述电感l15的第一端，所述电容c21的第二端连接接地端，所述电感l15的第二端连接所述电容c22的第一端和所述电感l23的第一端，所述电容c22的第二端连接接地端，所述电感l23的第二端连接所述第一射频开关。在本发明的一个实施例中，所述收发控制模块包括耦合器模块、功率检波芯片、比较器模块和双门反相器芯片，其中，所述耦合器模块连接所述功率检波芯片，所述功率检波芯片连接所述比较器模块，所述比较器模块连接所述双门反相器芯片的引脚in1，所述双门反相器芯片的引脚in2连接所述双门反相器芯片的引脚out1、所述第一射频开关的引脚vctl和所述第二射频开关的引脚b，所述双门反相器芯片的引脚out2连接所述第二射频开关的引脚a。在本发明的一个实施例中，所述耦合器模块包括耦合芯片、电容c24和电容c25，其中，所述耦合芯片的引脚cpl连接所述电容c24的第一端，所述电容c24的第二端连接所述电容c25的第一端，所述电容c25的第二端连接所述功率检波芯片的引脚inhi。在本发明的一个实施例中，所述比较器模块包括电压比较芯片、电压跟随芯片、电阻r3、电阻r4和电阻r5，其中，所述功率检波芯片的引脚vout和引脚vset连接所述电阻r3的第一端，所述电阻r3的第二端连接所述电压比较芯片的引脚in-，所述电压比较芯片的引脚in+连接所述电阻r4的第一端和所述电压跟随芯片的引脚in-，所述电阻r4的第二端连接所述电压跟随芯片的引脚out，所述电压跟随芯片的in+连接所述电阻r5的第一端，所述电阻r5的第二端连接所述电源端。本发明的有益效果：本发明的双向功率放大器通过收发控制模块控制接收链路和发射链路的导通，当接收链路导通时，则可以使双向功率放大器对天线接收的信号进行放大，当发射链路导通时，则可以使通信系统的信号处理端的射频信号进行功率放大，达到所需功率的射频信号，因此本发明的双向功率放大器实现了双向功放的设计。以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。附图说明图1是本发明实施例提供的一种应用在320mhz～420mhz的双向功率放大器的电路结构示意图；图2是本发明实施例提供的一种低噪声放大器模块的电路结构示意图；图3是本发明实施例提供的一种推动级放大器电路的电路结构示意图；图4是本发明实施例提供的一种后级放大器电路的电路结构示意图；图5是本发明实施例提供的一种收发控制模块的电路结构示意图；图6是本发明实施例提供的一种低噪声放大器模块的增益性能仿真示意图；图7是本发明实施例提供的一种后级放大器电路的增益性能仿真示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种应用在320mhz～420mhz的双向功率放大器的电路结构示意图。本实施例提供一种应用在320mhz～420mhz的双向功率放大器，该双向功率放大器包括：第一射频开关、第二射频开关、低噪声放大器模块、功率放大器模块和收发控制模块，其中，第一射频开关分别连接低噪声放大器模块的输入端、功率放大器模块的输出端和收发控制模块，第二射频开关分别连接低噪声放大器模块的输出端、功率放大器模块的输入端和收发控制模块，其中，低噪声放大器模块，用于将从天线接收的信号进行放大得到最终放大后的信号；功率放大器模块，用于将信号处理端的射频信号进行功率放大得到最终放大后的射频信号；收发控制模块，用于根据耦合功率导通低噪声放大器模块对应的接收链路以使最终放大后的信号被接收或者导通功率放大器模块对应的发射链路以使最终放大后的射频信号被发射。本实施例的收发控制模块通过对通信系统的射频信号进行耦合，根据耦合得到的耦合功率对应的输出电压与参考电压进行比较，若输出电压比参考电压小，则收发控制模块控制导通低噪声放大器模块对应的接收链路，低噪声放大器则对从天线接收的信号进行放大得到最终放大后的信号，以传输至通信系统，若输出电压比参考电压大，则收发控制模块控制导通功率放大器模块对应的发射链路，功率放大器模块则将通信系统的信号处理端的射频信号进行功率放大得到最终放大后的射频信号以便输出。请参见图2，在一个实施例中，低噪声放大器模块包括输入匹配电路、低噪声放大器芯片、输出匹配电路、电容c6和电阻r1，输入匹配电路的输入端连接第一射频开关，输入匹配电路的输出端连接低噪声放大器芯片的输入端和电容c6的第一端，电容c6的第二端连接电阻r1的第一端，低噪声放大器芯片的输出端和电阻r1的第二端连接输出匹配电路的输入端，输出匹配电路的输出端连接第二射频开关，其中，输入匹配电路，用于对从天线接收的信号的阻抗与低噪声放大器芯片的阻抗进行匹配得到第一次匹配后的信号；低噪声放大器芯片，用于对第一次匹配后的信号进行放大得到放大后的信号；输出匹配电路，用于对放大后的信号与通信系统的阻抗进行匹配得到最终放大后的射频信号。在本实施例中，输入匹配电路和输出匹配电路均是使得源端阻抗和负载端阻抗相一致，从而使得信号不被电路反射，即输入匹配电路用于使得天线端的阻抗与低噪声放大器芯片端的阻抗相一致，输出匹配电路用于使得低噪声放大器芯片端的阻抗与通信系统的阻抗相一致，从而使得信号不被电路反射。输入匹配电路对信号的作用是保证天线接收到的信号能够尽可能不被反射的进入低噪声放大器芯片，低噪声放大芯器片对信号的作用是对其进行放大。输出匹配电路对信号的作用是保证低噪声放大器芯片输出的信号能够不被反射的输入到负载点。优选地，低噪声放大器芯片的型号例如为pha-13ln+。请再次参见图2，具体地，所述输入匹配电路包括电容c1、电容c2、电容c3、电感l1和电感l2，输出匹配电路包括电容c4、电容c5和电感l3，其中，电容c1的第一端和电感l1的第一端连接第一射频开关，电容c1的第二端连接接地端，电感l1的第二端连接电容c2的第一端和电感l2的第一端，电容c2的第二端连接接地端，电感l2的第二端连接电容c3的第一端，电容c3的第二端连接低噪声放大器芯片的输入端和电容c6的第一端，电容c6的第二端连接电阻r1的第一端，电阻r1的第二端连接低噪声放大器芯片的输出端和电容c4的第一端，电容c4的第二端连接电感l3的第一端，电感l3的第二端连接电容c5的第一端和第二射频开关，电容c5的第二端连接接地端。请参见表1，表1是本实施例中低噪声放大器电模块所举例的各个电容电感的参数。表1.低噪声放大器电路的电容电感参数。参数c1c2c3c4c5值6.8pf1.5pf2.2uf2.2uf5.4pf参数c6l1l2l3r1值0.1uf6.8nh5.1nh11.3nh1.5k欧请参见图1，在一个实施例中，功率放大器模块包括推动级放大器电路(即图1中的pa1)和后级放大器电路(即图1中的pa2)，其中，推动级放大器电路的输入端连接第二射频开关，推动级放大器电路的输出端连接后级放大器电路的输入端，后级放大器电路的输出端连接第一射频开关，其中，推动级放大器电路，用于对射频信号进行第一次功率放大，得到第一次功率放大后的射频信号；后级放大器电路，用于对第一次功率放大后的射频信号行第二次功率放大，得到最终放大后的射频信号。在本实施例中，因为通信系统的射频信号的功率较小，因此本实施例通过推动级放大器电路和后级放大器电路进行了两级放大之后，使得通信系统的射频信号得到了充分的放大，以便于其输出。请参见图3，具体地，推动级放大器电路包括电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电感l4、电感l5、电感l6、电感l7、电感l8和推动级放大器芯片，其中，电容c7的第一端连接第二射频开关，电容c7的第二端连接电容c8的第一端和电感l4的第一端，电容c8的第二端连接接地端，电感l4的第二端连接推动级放大器芯片的输入端，推动级放大器芯片的输出端连接电感l5的第一端，电感l5的第二端连接电容c9的第一端和电感l6的第一端，电容c9的第二端连接接地端，电感l6的第二端连接电容c10的第一端和电感l7的第一端，电容c10的第二端连接接地端，电感l7的第二端连接电容c11的第一端和电感l8的第一端，电容c11的第二端连接接地端，电感l8的第二端连接电容c12的第一端和电容c13的第一端，电容c13的第二端连接后级放大器电路。请参见表2，表2是本实施例中推动级放大器电路所举例的各个的电容电感参数。表2.推动级放大器电路电容电感参数。优选地，推动级放大器芯片用于对射频信号进行第一次功率放大，推动级放大器芯片的型号例如为mmz09332b。请参见图4，具体地，后级放大器电路包括电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20、电容c21、电容c22、电容c23、电感l9、电感l10、电感l11、电感l12、电感l13、电感l14、电感l15、电阻r2和后级放大器芯片，其中，电容c14的第一端连接电容c13的第二端，电容c14的第二端连接电容c15的第一端和电感l9的第一端，电容c15的第二端连接接地端，电感l9的第二端连接电容c16的第一端和电感l10的第一端，电容c16的第二端连接接地端，电感l10的第二端连接电容c17的第一端和电感l11的第一端，电容c17的第二端连接接地端，电感l11的第二端连接电容c18的第一端和电感l12的第一端，电容c18的第二端连接接地端，电感l12的第二端连接电容c19的第一端和电阻r2的第一端，电容c19的第二端和电阻r2的第二端连接后级放大器芯片的输入端，后级放大器芯片的输出端连接电感l13的第一端，电感l13的第二端连接电容c20的第一端和所述电感l14的第一端，电容c20的第二端连接接地端，电感l14的第二端连接电容c21的第一端和电感l15的第一端，电容c21的第二端连接接地端，电感l15的第二端连接电容c22的第一端和电感l23的第一端，电容c22的第二端连接接地端，电感l23的第二端连接第一射频开关。请参见表3，表3是本实施例中后级放大器电路所举例的各个的电容电感参数。表3.后级放大器电路电容电感参数。参数c14c15c16c17c18值20pf8pf8.4pf17.9pf30.5pf参数c19c20c21c22c23值50.5pf18.2pf9pf6.3pf80.7pf参数l9l10l11l12l13值8.4nh5.5nh3.1nh13.5nh20nh参数l14l15值8.9nh12.7nh优选地，后级放大器芯片用于对射频信号进行第二次功率放大，后级放大器芯片的型号例如为mrfe6vs25n。请参见图5，在一个实施例中，收发控制模块包括耦合器模块、功率检波芯片、比较器模块和双门反相器芯片，其中，耦合器模块连接功率检波芯片，功率检波芯片连接比较器模块，比较器模块连接双门反相器芯片的引脚in1，双门反相器芯片的引脚in2连接双门反相器芯片的引脚out1、第一射频开关的引脚vctl和第二射频开关的引脚b，双门反相器芯片的引脚out2连接第二射频开关的引脚a，第一射频开关的引脚tx连接低噪声放大器模块，第一射频开关的引脚rx连接功率放大器模块，第二射频开关的引脚rf1连接低噪声放大器模块，第二射频开关的引脚rf2连接功率放大器模块。进一步地，耦合器模块包括耦合芯片、电容c24和电容c25，其中，耦合芯片的引脚cpl连接电容c24的第一端，电容c24的第二端连接电容c25的第一端，电容c25的第二端连接功率检波芯片的引脚inhi。进一步地，比较器模块包括电压比较芯片、电压跟随芯片、电阻r3、电阻r4和电阻r5，其中，功率检波芯片的引脚vout和引脚vset连接电阻r3的第一端，电阻r3的第二端连接电压比较芯片的引脚in-，电压比较芯片的引脚in+连接电阻r4的第一端和电压跟随芯片的引脚in-，电阻r4的第二端连接电压跟随芯片的引脚out，电压跟随芯片的in+连接电阻r5的第一端，电阻r5的第二端连接电源端。在本实施例中，当耦合器模块通过通信系统的射频信号所耦合出来的耦合功率使得功率检波芯片的输出端的输出电压要比电压跟随芯片输出的参考电压小，此时电压比较芯片输出端为高电平，此高电平输入到双门反相器芯片中，使得双门反相器芯片可以输出一高一低两个相反的电平。通过这两个电平控制第一射频开关使得第一射频开关中的引脚rfc与引脚rx导通，与此同时控制第二射频开关使得第二射频开关中引脚rfc与引脚rf2导通，此时接收链路接通；当耦合器模块耦合出的耦合功率使得功率检波芯片的输出端的输出电压大于电压跟随模块输出的参考电压，此时电压比较芯片输出低电平，此低电平输入到双门反相器芯片中，使得双门反相器芯片输出一低一高两个相反的电平。通过双门反相器芯片的输出电平控制第一射频开关使得第一射频开关内的引脚rfc与引脚tx导通，与此同时控制第二射频开关使得第二射频开关内部的引脚rfc与引脚rf1导通，此时信号发射链路接通完成。其中，电压比较芯片用于比较功率检波芯片的输出端的电压与电压跟随芯片输出的参考电压进行比较。优选地，耦合芯片的型号例如为adcb-20-82+。优选地，功率检波芯片的型号例如为ad8362。优选地，电压比较芯片的型号例如为lmv7219。优选地，电压跟随芯片的型号例如为lmv321。优选地，双门反相器芯片的型号例如为nl27wz04。优选地，第一射频开关的型号例如为hmc546ms8。优选地，第二射频开关的型号例如为hmc154s8。此外，为了验证本实施例的双向功率放大器的性能，以下对该双向功率放大器进行了多项仿真分析。请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种低噪声放大器模块的增益性能仿真示意图。通过ads软件对双向功率放大器进行仿真分析，从图5中可以看出，本实施例中低噪声放大器模块可以达到20db以上的增益，并且在320mhz～420mhz带宽内，增益平坦度可以达到1db以下。请参见图7，图7是本发明实施例提供的一种后级放大器电路的增益性能仿真示意图。从图7中可以看出，本实施例中后级放大器电路可以达到20db以上的增益，并且在320mhz～420mhz带宽内，增益平坦度可以达到1db以下。本发明涉及一种应用在320mhz～420mhz的双向功率放大器，其中，在低噪声放大器模块的设计中，选用了低噪声放大器芯片作为主要的放大芯片，并通过负反馈电路设计使其工作在稳定的状态下，然后经过阻抗匹配的设计最终实现了增益及增益平坦度、稳定性、噪声系数和频率带宽均符合要求的低噪声放大器。在功率放大器模块的设计中，选用了推动级放大器芯片作为驱动级放大芯片，并通过设计使其在带宽内实现35db的增益。然后再选用后级放大器芯片作为后级的功率放大芯片，经过电路设计后使其达到10w的功率输出，最后本发明通过收发控制模块的设计，并与低噪声放大器模块和功率放大器模块进行结合实现了双向功放的设计。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。当前第1页12