用定向耦合器和RF對數放大器檢測和保護VSWR

　　VSWR保護

　　防止出現破壞性的高VSWR保護放大器的方法有很多種。在輸出功率較高的情況下，高VSWR通常會造成嚴重的影響，因此保護電路的目的是降低輸出功率，使放大器工作于安全模式。這里所提出的VSWR檢測方法與放大器的架構無關，主要取決于放大器的功率控制機制。

　　許多其它的放大器使用外部電壓控制功率(如數字控制功率)。對于由外部電壓控制的情況，當VSWR大于預定的參考指標時，可以調節引腳上的電壓。所提出的保護方案應能靈活的設置參考值，這在選擇放大器時更為方便。

　　實驗室中搭建的原型電路

　　這一VSWR保護機制用于在嚴重失配的條件下保護GSM的功放。定向耦合器和雙通道檢波器用于檢測反射系數。當VSWR大于安全極限時，保護電路觸發，通過改變其功率控制引腳上的電壓來調節放大器的輸出功率。

　　如圖6所示，VSWR檢測電路由一個定向耦合器、一個雙通道對數檢波器和一個箝位電路構成。HPA和負載之間的定向耦合器將入射波和反射波的采樣結果耦合到耦合端口和反射端口，然后將其饋送到雙通道對數檢波器，如ADL5519或AD8302。在900 MHz頻段具有30 dB耦合因子和大于15 dB方向性的定向耦合器使耦合信號和反射信號處于檢波器的檢測范圍內。

圖6 VSWR檢測和保護電路裝置使用定向耦合器和雙通道對數檢波器(如ADL5519或AD8302)

　　定向耦合器反射端口的功率(PD)與VSWR成正比，被饋送到檢波器的一個輸入通道。而耦合端口的功率(PC)與VSWR無關，被饋送到另一輸入通道。如式3所示，雙通道對數檢波器計算這兩個信號的對數減法結果，獲得差分輸出VDIFF，其與反射系數成正比，而反射系數等于反射信號和耦合信號的比。

　　上式對于具有高方向性(>40 dB)的耦合器是成立的。如果方向性較低，則測得的VDIFF輸出將是VSWR相位的函數。15 dB的方向性已足夠用于區別1.5和3.0的VSWR，而不必擔心VSWR的相位。

　　當對數檢測器的差分輸出(VDIFF)的增加量等于預先設定的電壓(VREF)時，運算放大器的箝位電路觸發，指示高VSWR條件。一旦檢測到高VSWR條件，則通過HPA的功率控制電壓端口(VAPC)，降低HPA功率以使其進入安全工作模式。在確定VREF時，應考慮功率放大器的POUT vs. VAPC特性。在這個電路模型里，VREF被設定在檢測到VSWR大于1.5時觸發箝位電路。

　　如圖7所示，在VSWR>4 ，POUT=34.5 dBm，Freq=900 MHz的條件下，被試驗的GSM功率放大器徹底損壞。而在相似的工作條件下，采用所提出的電路，在VSWR>15的條件下，GSM功率放大器仍然能正常工作，如圖8所示。

圖7 GSM功率放大器@900MHz在VSWR>4的條件下發生故障。

圖8 采用所提出的保護方案，GSM功率放大器@900MHz在VSWR>15的條件下仍然正常工作。

　　結語

　　VSWR是RF電路設計中的一個重要參數，特別是在設計功率放大器和天線之間的接口時。雙通道對數檢波器是用于精確測量VSWR的最佳器件。使用定向耦合器和高性能雙通道RF對數檢波器實現了VSWR的檢測和保護。原型電路的測試結果表明，該電路能夠在嚴重的失配條件下保護功率放大器。