一种射频信号的功率检测系统
阅读说明：本技术 一种射频信号的功率检测系统 (Power detection system of radio frequency signal ) 是由 张海涛 张泽洲 许育森 谢善谊 刘雨非 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种射频信号的功率检测系统,涉及射频/毫米波功率放大器电路技术领域。本发明使检测电压值与输入/输出功率形成线性化关系,便于整体系统更加容易的实现校准。本发明通过当射频功率上升时,第三模块的整流特性,使得第四模块a的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势,通过第四模块a的集电极电流与基极电压的指数转换特性,使得第四模块a集电极电压与射频功率呈现线性关系,第四模块b起到了射随器的功能,功率检测电压与第四模块a集电极电压只是相差第四模块b的基极到发射极的开启电压值；本发明通过在传统功率检测电路基础上,通过拓扑结构的改变,对射频信号的检测电压整形,实现与输入/输出功率的线性关系。(The invention discloses a power detection system of radio frequency signals, and relates to the technical field of radio frequency/millimeter wave power amplifier circuits. The invention makes the detection voltage value and the input/output power form a linear relation, and is convenient for the whole system to realize calibration more easily. According to the invention, when the radio frequency power rises, the base voltage of the fourth module a shows an exponential rising trend along with the rise of the radio frequency power through the rectification characteristic of the third module, the collector voltage of the fourth module a and the radio frequency power show a linear relation through the exponential conversion characteristic of the collector current and the base voltage of the fourth module a, the fourth module b has the function of an emitter follower, and the power detection voltage and the collector voltage of the fourth module a only have a difference of a starting voltage value from the base of the fourth module b to the emitter; the invention realizes the linear relation with the input/output power by shaping the detection voltage of the radio frequency signal through the change of the topological structure on the basis of the traditional power detection circuit.)
技术领域
本发明属于射频/毫米波功率放大器电路技术领域，特别是涉及一种射频信号的功率检测系统。
背景技术
现代通信系统不断升级，从2G到3G，3G到4G，4G到5G，以及WiFi等无线通讯系统对功率检测要求越来越高。功率放大器是信号功率发送的关键器件，检测电路对通讯系统的校准更是起着至关重要的作用。
如中国专利CN100589320公开了一种前馈线性功率放大电路，误差抵消环路信号输出经过耦合器C4，前馈线性功率放大电路的最终输出端还有耦合器C5，通过不断调整载波抵消环路的幅度调节器和相位调节器，使耦合器C4负载端的功率电平最低，不断的调整误差抵消环路的幅度调节器和相位调节器使C5的失真信号功率电平最低，提高了前馈线性功率放大器效率和线性，使系统硬件构成简化。又如中国专利CN204925049U、CN206114765U、CN110736872A、CN102707137A等等诸如此类，均公开一种功率检测电路。
又如图2中所示，传统的功率检测电路，电阻Rsense一端接功率检测点Vsense，另一端接Csense；二极管Diode1的阳极与Csense相连，阴极与功率检测输出电压Vdet相连；Rdet与Cdet并联接地，另一端与功率检测输出电压Vdet相连；功率检测电路的偏置电路(Biasing Circuits)为Diode1提供偏置电压Vbias，传统的功率检测电路是通过Diode1的整流性能，输出的Vdet随着功率的上升呈现出指数上升的趋势，在功率偏低的区域，Vdet的变化幅度较小，造成整体系统校准的误差较大。
因此，提供一种射频信号的功率检测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种射频信号的功率检测系统，通过使检测电压值与输入/输出功率形成线性化关系，便于整体系统更加容易的实现校准，解决了背景技术中提出的传统的功率检测电路是通过二极管Diode1的整流性能，输出的电压Vdet随着功率的上升呈现出指数上升的趋势，在功率偏低的区域，输出的电压Vdet的变化幅度较小，造成整体系统校准的误差较大的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种射频信号的功率检测系统，包括：第三模块：其第一端接地；第一模块a、第二模块a：二者串联后一端与功率检测点连接、另一端与第三模块并联；第一模块b、第一模块c：二者并联后一端接电源；第一模块d：其一端接接地；第四模块a：所述第三模块的第二端接入第四模块a的第一端，第四模块a的第二端与第一模块b连接，第四模块a的第三端与第一模块d连接；第四模块b：其第一端接第四模块a的第二端、其第二端接第一模块c；第一模块e、第二模块b：二者并联后一端接地、另一端与第四模块b连接到功率检测电压，与传统功率检测电路相比，检测电压值与输入/输出功率形成线性化关系，便于整体系统更加容易的实现校准。
进一步地，所述第一模块a采用电阻模块或有源器件、第一模块b采用电阻模块或有源器件、第一模块c采用电阻模块或有源器件、第一模块d采用电阻模块或有源器件、第一模块e采用电阻模块或有源器件，即第一模块a、第一模块b、第一模块c、第一模块d、第一模块e均采用电阻模块或均采用有源器件或者有的采用电阻模块、有的采用有源器件，。
进一步地，所述电阻模块为单个电阻或多个串联的电阻或多个并联的电阻，可根据具体检测需求更换电阻模块的选用，适用范围更广。
进一步地，所述有源器件为二极管或三极管或MOS管，可根据具体检测需求更换有源器件的选用，适用范围更广。
进一步地，所述第二模块a、第二模块b为电容模块，所述电容模块为单个电容或多个串接电容或多个并接电容。
进一步地，所述第三模块为二极管或三极管，当射频功率上升时，第三模块的整流特性，使得第四模块a的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势。
进一步地，所述第四模块a为三极管或MOS管、第四模块b为三极管或MOS管；所述功率检测电压的值取决于功率检测系统能够提供的电压，要求在相应的三极管或MOS管工艺的阈值电压以上，当射频功率上升时，第三模块的整流特性，使得第四模块a的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势，通过第四模块a的集电极电流与基极电压的指数转换特性，使得第四模块a集电极电压与射频功率呈现线性关系。
进一步地，所述第四模块a、第四模块b均采用三极管时：
第四模块a的第一端为基极、与第三模块连接；第四模块a的第二端为集电极、与第一模块b相连；第四模块a的第三端为发射极、与第一模块d相连；第四模块b的第一端为基极、与第四模块a的集电极连接；第四模块a的第二端为集电极、与第一模块c相连；第四模块a的第三端为发射极、与第一模块e、第二模块b连接到功率检测电压，当射频功率上升时，第三模块的整流特性，使得第四模块a的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势，通过第四模块a的集电极电流与基极电压的指数转换特性，使得第四模块a集电极电压与射频功率呈现线性关系，第四模块b起到了射随器的功能，功率检测输出电压Vdet与第四模块a集电极电压只是相差第四模块b的基极到发射极的开启电压值，通过在传统功率检测电路基础上，通过拓扑结构的改变，对射频信号的检测电压整形，实现与输入/输出功率的线性关系。
进一步地，所述第三模块为二极管时，二极管的阳极与第一模块a相连、二极管的阴极接地，所述二极管的阳极与第四模块a连接，当射频功率上升时，二极管的整流特性，使得第四模块a的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势。
进一步地，所述第一模块a、第一模块b、第一模块c、第一模块d、第一模块e采用的电阻模块的材料相同或不同。
本发明具有以下有益效果：
本发明中：当射频功率上升时，第三模块的整流特性，使得第四模块a的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势，通过第四模块a的集电极电流与基极电压的指数转换特性，使得第四模块a集电极电压与射频功率呈现线性关系，第四模块b起到了射随器的功能，功率检测电压与第四模块a集电极电压只是相差第四模块b的基极到发射极的开启电压值；本发明通过在传统功率检测电路基础上，通过拓扑结构的改变，对射频信号的检测电压整形，实现与输入/输出功率的线性关系。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明射频信号的功率检测系统的结构示意图；
图2为传统的功率检测电路的结构示意图；
图3为本发明射频信号的功率检测系统实施例的结构示意图；
图4为本发明射频信号的功率检测系统实施例的结构示意图；
图5为本发明射频信号的功率检测系统实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”、“侧”、“端”、“底”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一：
如图1所示，一种射频信号的功率检测系统，第一模块a采用单个电阻、第一模块b采用单个电阻、第一模块c采用单个电阻、第一模块d采用单个电阻、第一模块e采用单个电阻、第二模块a、第二模块b为单个电容、第三模块为二极管、四模块a为三极管、第四模块b为三极管。
作为本发明提供的一个实施例，具体的：第一模块a Rsense1一端接功率检测点Vsense，另一端接第二模块a Csense1；第三模块Diode2的阳极与第二模块a Csense1相连，第三模块Diode2的阴极接地；第四模块a BJT1的基极与第三模块Diode2的阳极相连，第四模块a BJT1的发射极与第一模块d R22相连，第一模块d R22另一端接地；第四模块a BJT1的集电极与第一模块b R37相连，第一模块b R37另一端接电源Vbat；第四模块b BJT2的基极与第四模块a BJT1集电极相连；第四模块b BJT2的集电极与第一模块c R38相连，第一模块c R38另一端接电源Vbat；第四模块b三极管BJT2的发射极与第一模块e Rdet1/第二模块b电容Cdet1相连到功率检测电压Vdet，第一模块e Rdet1/第二模块b电容Cdet1另一端接地。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，与传统功率检测电路相比，将图2中串联的二极管Diode1变为并联到地的第三模块Diode2，第四模块aBJT1的基极与第三模块Diode2阳极相连；第四模块a BJT1的发射极与第一模块dR22相连，第一模块dR22另一端接地；第四模块aBJT1的集电极与第一模块bR37相连，第一模块bR37另一端接电源Vbat；第四模块bBJT2的基极与第四模块aBJT1集电极相连；第四模块b BJT2的集电极与第一模块cR38相连，第一模块cR38另一端接电源Vbat；第四模块bBJT2的发射极与第一模块e Rdet1/第二模块bCdet1相连到功率检测电压Vdet，第一模块e Rdet1/第二模块b Cdet1另一端接地；Vbat的值取决于系统能够提供的电压，要求在相应的BJT工艺的阈值电压以上。
实施例二：
如图3所示，一种射频信号的功率检测系统，第一模块a采用单个电阻、第一模块b采用两个电阻并联(即R37、R39并联)、第一模块c采用单个电阻、第一模块d两个电阻串联(即R22、R21串联)、第一模块e采用单个电阻、第二模块a、第二模块b为单个电容、第三模块为二极管、四模块a为三极管、第四模块b为三极管。
作为本发明提供的一个实施例，具体的：第一模块a Rsense1一端接功率检测点Vsense，另一端接第二模块a Csense1；第三模块Diode2的阳极与第二模块a Csense1相连，第三模块Diode2的阴极接地；第四模块a BJT1的基极与第三模块Diode2的阳极相连，第四模块a BJT1的发射极与第一模块d R22、R21串联相连，第一模块d R22、R21串联另一端接地；第四模块a BJT1的集电极与第一模块b R37、R39并联相连，第一模块b R37、R39并联另一端接电源Vbat；第四模块b BJT2的基极与第四模块a BJT1集电极相连；第四模块b BJT2的集电极与第一模块c R38相连，第一模块c R38另一端接电源Vbat；第四模块b三极管BJT2的发射极与第一模块e Rdet1/第二模块b电容Cdet1相连到功率检测电压Vdet，第一模块eRdet1/第二模块b电容Cdet1另一端接地。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，基于二极管的电压/电流转换关系，传统的功率检测电路中的检测电压Vdet与输入/输出功率的呈现指数化关系。图3所示的本发明，当射频功率上升时，第三模块DIODE2的整流特性，使得第四模块aBJT1的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势，通过第四模块aBJT1的集电极电流与基极电压的指数转换特性，使得第四模块aBJT1集电极电压与射频功率呈现线性关系，第四模块b BJT2起到了射随器的功能，功率检测电压Vdet与第四模块aBJT1集电极电压只是相差第四模块bBJT2的基极到发射极的开启电压值；本发明通过在传统功率检测电路基础上，通过拓扑结构的改变，对射频信号的检测电压整形，实现与输入/输出功率的线性关系。
实施例三：
如图4所示，一种射频信号的功率检测系统，第一模块a采用单个电阻、第一模块b采用二极管、第一模块c采用两个电阻串联(即R39、R38串联)、第一模块d采用单个电阻、第一模块e采用单个电阻、第二模块a为两个电容并联(即Csense1、Csense2并联)、第二模块b为两个电容串联(即Cdet1、Cdet2串联)、第三模块为二极管、四模块a为三极管、第四模块b为三极管，与传统功率检测电路相比，将图2中串联的二极管Diode1变为并联到地的第三模块Diode2，第四模块aBJT1的基极与第三模块Diode2阳极相连；第四模块a BJT1的发射极与第一模块dR22相连，第一模块dR22另一端接地；第四模块aBJT1的集电极与第一模块b D37相连，第一模块b D37另一端接电源Vbat；第四模块b BJT2的基极与第四模块aBJT1集电极相连；第四模块bBJT2的集电极与第一模块c(即R39、R38串联)相连，第一模块c(即R39、R38串联)另一端接电源Vbat；第四模块bBJT2的发射极与第一模块e Rdet1/第二模块b(即Cdet1、Cdet2串联)相连到功率检测电压Vdet，第一模块e Rdet1/第二模块b(即Cdet1、Cdet2串联)另一端接地；Vbat的值取决于系统能够提供的电压，要求在相应的BJT工艺的阈值电压以上。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，基于二极管的电压/电流转换关系，传统的功率检测电路中的检测电压Vdet与输入/输出功率的呈现指数化关系。图4所示的本发明，当射频功率上升时，第三模块DIODE2的整流特性，使得第四模块aBJT1的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势，通过第四模块aBJT1的集电极电流与基极电压的指数转换特性，使得第四模块aBJT1集电极电压与射频功率呈现线性关系，第四模块b BJT2起到了射随器的功能，功率检测电压Vdet与第四模块aBJT1集电极电压只是相差第四模块bBJT2的基极到发射极的开启电压值；本发明通过在传统功率检测电路基础上，通过拓扑结构的改变，对射频信号的检测电压整形，实现与输入/输出功率的线性关系。
实施例四：
如图5所示，一种射频信号的功率检测系统，第一模块a采用单个二极管Dsense1、第一模块b采用二极管D37、第一模块c采用两个电阻串联(即R39、R38串联)、第一模块d采用二极管D22、第一模块e采用两个电阻并联(即Rdet1、Rdet2并联)、第二模块a为两个电容并联(即Csense1、Csense2并联)、第二模块b为两个电容串联(即Cdet1、Cdet2串联)、第三模块为二极管、四模块a为三极管、第四模块b为三极管。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，与传统功率检测电路相比，将图2中串联的二极管Diode1变为并联到地的第三模块Diode2，第四模块aBJT1的基极与第三模块Diode2阳极相连；第四模块a BJT1的发射极与第一模块d D22相连，第一模块d D22另一端接地；第四模块aBJT1的集电极与第一模块b D37相连，第一模块b D37另一端接电源Vbat；第四模块b BJT2的基极与第四模块aBJT1集电极相连；第四模块bBJT2的集电极与第一模块c(即R39、R38串联)相连，第一模块c(即R39、R38串联)另一端接电源Vbat；第四模块bBJT2的发射极与第一模块e(即Rdet1、Rdet2并联)/第二模块b(即Cdet1、Cdet2串联)相连到功率检测电压Vdet，第一模块e(即Rdet1、Rdet2并联)/第二模块b(即Cdet1、Cdet2串联)另一端接地；Vbat的值取决于系统能够提供的电压，要求在相应的BJT工艺的阈值电压以上。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，基于二极管的电压/电流转换关系，传统的功率检测电路中的检测电压Vdet与输入/输出功率的呈现指数化关系。图5所示的本发明，当射频功率上升时，第三模块DIODE2的整流特性，使得第四模块aBJT1的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势，通过第四模块aBJT1的集电极电流与基极电压的指数转换特性，使得第四模块aBJT1集电极电压与射频功率呈现线性关系，第四模块b BJT2起到了射随器的功能，功率检测电压Vdet与第四模块aBJT1集电极电压只是相差第四模块bBJT2的基极到发射极的开启电压值；本发明通过在传统功率检测电路基础上，通过拓扑结构的改变，对射频信号的检测电压整形，实现与输入/输出功率的线性关系，能够使功率检测电压Vdet与输入/输出功率形成线性关系，便于实现整体系统的校准。
对比例：
如图2中所示的功率检测电路，电阻Rsense一端接功率检测点Vsense，另一端接电容Csense，电容Csense的另一端接二极管Diode1的阳极，即二极管Diode1的阳极与电容Csense相连，阴极与功率检测输出电压Vdet相连；电阻Rdet与电容Cdet并联后一端接地，另一端与功率检测输出电压Vdet相连，具体的，电阻Rdet与电容Cdet并联后与电容Csense的阴极接入功率检测输出电压Vdet；功率检测电路的偏置电路Biasing Circuits为二极管Diode1提供偏置电压Vbias，通过二极管Diode1的整流性能，功率检测输出的电压Vdet随着功率的上升呈现出指数上升的趋势。
综合上述，实施例一至四、对比例，可显而易见的得知，对比例中的功率检测电路是通过二极管Diode1的整流性能，功率检测输出的电压Vdet随着功率的上升呈现出指数上升的趋势，在功率偏低的区域，功率检测输出的电压Vdet的变化幅度较小，造成整体系统校准的误差较大。
而实施例一至四提供的一种射频信号的功率检测系统，当射频功率上升时，第三模块的整流特性，使得第四模块a的基极电压随着射频功率的上升呈现指数上升的趋势，通过第四模块a的集电极电流与基极电压的指数转换特性，使得第四模块a集电极电压与射频功率呈现线性关系，第四模块b起到了射随器的功能，功率检测电压与第四模块a集电极电压只是相差第四模块b的基极到发射极的开启电压值；本发明通过在传统功率检测电路基础上，通过拓扑结构的改变，对射频信号的检测电压整形，实现与输入/输出功率的线性关系，与对比例中的检测电路相比，检测电压值与输入/输出功率形成线性化关系，便于整体系统更加容易的实现校准。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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一定指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。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
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