引言
驻波比(VSWR)是用来测量射频电路中阻抗失配度的指标。驻波比过大会将会影响通信距离,降低信息传输的质量,并且会导致射频电路出现一系列问题。位于天线前端的功率放大器是对驻波恶化最为敏感的部件,反射功率返回到功率放大器中,情况严重时可导致高功率放大器造成永久性损坏,我们通常称之为驻波失效。在这种情况出现时,对高功率放大器进行有效的保护是十分重要的。
沿着传输线传输的电压和电流是通过某特定比值联系起来的,这个特定比值称之为特性阻抗Z0。当功率放大器输出端接有与传输线特性阻抗相等的负载时,射频能量将全部传送到负载上,而阻抗失配将导致驻波的产生。当阻抗失配时,入射波电压与反射波电压相叠加,在传输路径上将产生电压的最大值Vmax和最小值Vmin,定义Vmax/Vmin为电压驻波比VSWR。
我们知道:
如果反射系数已知,就可以计算出驻波比:
这里Vi是入射波电压,Vr为反射波电压,Z0为特性阻抗,Z1为负载阻抗。反射系数
由此看来,功率放大器驻波比的测量与保护的问题最终可以归结为功率放大器输出端正、反向功率检测,以及使用合适的电路方案实现对功放部件实施保护的问题。
射频功率检测
传统的检波电路是利用二极管半波整流特性实现的,其输出检波电压正比于输入电压,与输入功率成指数关系。带有温度补偿的二极管检波器在较大的检波输入功率条件下(+10~+15dBm)可以具备很好的性能,而当输入功率降低时,其性能会急剧恶化。因此,在发送信号的峰值-平均功率比不固定的时候,便难以做到对功率的精确测量。此外,二极管检波电路工作频带相对较窄,在宽带场合应用时会造成检波平坦度的恶化,导致全频带范围内检波值的一致性无法满足要求。
相比较而言,真有效值对数检波器的动态范围更宽,最高的可以达到100dB。并且其线性特性和温度稳定性也能够在整个动态范围内保持恒定,最重要的一点是,真有效值对数检波器的输出检波电压与输入信号电平成正比,也就是通常我们所说的具有对数响应特性。对数检波器的对数响应特性使其在驻波比检测和增益测量方面得到了广泛的应用。本文所提出的驻波保护电路方案中使用的是ADI公司的一款真有效值功率检测器AD8362,它适用于测量无线通信设备所通用的复合调制波形,包括峰值因数(峰值-平均功率比)不断变化的复杂调制信号。在整个动态范围和-45℃~+85℃的温度范围内保证有优良的精度和温度稳定性。 AD8362提供以分贝(dB)为单位、经过精确标定的50mV/dB线性输出电压,动态范围超过60dB。另外,AD8362的工作频率上限可高达2.7GHz,非常适合宽频带应用。