CN100426660C - 功率放大器的热备份和互助系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率放大器系统，包括：M个主用功率放大器和一个备份功率放大器，其中M为正整数；输入切换模块，分别与所述M个主用功率放大器以及所述备份功率放大器的输入端相连接；输出切换模块，分别与所述M个主用功率放大器以及所述备份功率放大器的输出端相连接，在该系统中，M路信号经过输入切换模块输入到功率放大器处理后，由输出切换模块输出。本发明中的备份功率放大器单独存在，能够在不停机的情况下立即替代出故障的主用功率放大器工作，本发明所提供的系统各路信号间的隔离度与功率放大器的一致性无关，能够从根本上降低对功率放大器的移植性的要求。

Description

功率放大器的热备份和互助系统

技术领域

本发明涉及功率放大器技术领域，特别是功率放大器的热备份和互助系统。

背景技术

随着移动通信的发展，射频功率放大器被广泛地应用于无线接入及微波系统中，进行信号的放大，并成为系统中的一个重要部件。在CDMA无线接入多载波系统中，一个扇区只有一个功率放大器，如果某扇区的功率放大器发生故障，该扇区的移动终端用户就无法接通。所以，CDMA无线接入多载波系统对功率放大器的稳定性和可靠性提出了很高的要求。

由于功率放大器工作在大电流、高电压的状态，并且功率放大器工作的热环境也不好，导致功率放大器很容易发生故障。因此，需要开发功率放大器的热备份技术，以提高其稳定性。所谓热备份是指：系统中有两个相同的功率放大器，在正常状态时，只有其中一个功率放大器处于工作状态，另一个功率放大器处于待机状态，当处于工作状态的功率放大器出现故障时，处于待机状态的功率放大器在不停电的情况下立即自动转换到工作状态，承担故障功率放大器的业务处理。另外，为了提高功率放大器系统的输出功率，还提出了互助技术，即：系统中两个相同的功率放大器并联工作，两者输入信号相同，处理相同的业务，并且输出相同的信号，从而提高了功率放大器的业务处理能力和系统的输出功率。

现有的功率放大器热备份与互助技术方案如图1所示。参照图1，现有技术的系统中包括前混合矩阵、功率放大器矩阵、后混合矩阵、两个匹配电阻R以及天线S1、S2和S3。其中前混合矩阵和后混合矩阵各包括四个3dB电桥，前混合矩阵起分路作用，后混合矩阵起合路作用；功率放大器矩阵包括四个功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4，每一个功率放大器都共同放大三个扇区的输入信号；图1中的传输线A1、A2、A3、A4的长度相等，传输线B1、B2、B3、B4的长度相等，传输线C1、C2、C3、C4的长度相等，传输线D1、D2、D3、D4的长度相等。

输入IN1的信号经过前混合矩阵，被分成四路幅度相等、相位依次相差90度的信号，然后输入四个功率放大器的输入端。四路信号经过功率放大器矩阵放大后，输入到后混合矩阵，被合成为一路信号，到达扇区1的天线端S1。由于各路信号存在相位依次相差90度的关系，在理想情况下，从IN1输入的信号经过分路、放大、合路后，不会在天线S2、S3端口输出，也不会在匹配电阻上有信号。

同样，输入IN2的信号，分别经过前混合矩阵分路、功率放大器矩阵放大和后混合矩阵合路后，在天线S2端输出信号，而不会在S1、S3或匹配电阻R输出信号；输入IN3的信号，分别经过前混合矩阵分路、功率放大器矩阵放大和后混合矩阵合路后，在天线S3端输出信号，而不会在S1、S2或匹配电阻R输出信号。

当图1中任何一个功率放大器发生故障失效后，剩余的三个功率放大器仍正常工作，从IN1、IN2和IN3输入的信号经过该系统放大后，可分别到达天线S1、S2和S3，三个扇区的移动终端用户都能接入系统，不会出现某扇区所有用户无法接入系统的情况。

由于在前混合矩阵分路时，要求各输入信号都分成四路幅度相等、相移依次相差90度的混合信号，混合信号在后混合矩阵合路时，仅依靠每路信号间幅度和相位差的关系来抵消非本扇区的信号，从而该系统对信号幅度和相位的要求非常高，如果幅度和相位不满足上述关系，各路信号就会抵消不彻底，产生串扰现象，导致扇区隔离度下降，这是功率放大器系统非常致命的缺陷。

有以下因素会影响分路、合路时的幅度和相位关系：

1、设计或工艺加工上的原因，导致3dB电桥耦合器的耦合度不是理想的3dB；即使是理想的3dB电桥，一般也只在中心频率点才同时符合相位和耦合度的要求，而对于偏离中心频率的信号，幅度和相位差在理论上就不能同时符合要求；

2、如果前混合矩阵中的四段传输线A1、A2、A3、A4的长度不相等，或者连接前混合矩阵与功率放大器矩阵的传输线B1、B2、B3、B4的长度不相等，或者连接功率放大器矩阵与后混合矩阵的传输线C1、C2、C3、C4的长度不相等，或者后混合矩阵中的传输线D1、D2、D3、D4的不相等，都会导致附加的相位差；

3、功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4之间的以增益和相位差为主的离散特性，需要功率放大器是严格的配对，一般要求增益差在0.5dB以内、相位差在10度以内。

上面所有因素都会导致扇区隔离度的下降，在一般工艺条件下，扇区隔离度很难做到25dB，而25dB这个指标已经满足不了CDMA系统的协议要求，更远远满足不了特殊扇区配置条件下的邻频干扰要求。

上述现有技术的系统在商用过程中，在更换其中一个功率放大器时，需要找到与被更换功率放大器的增益和相位完全一致的功率放大器，这是非常困难的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种可用于热备份的功率放大器和可用于互助的功率放大器系统，其目的在于，降低对功率放大器指标的一致性要求。

根据上述目的，本发明提供了一种功率放大器系统，该系统包括：

M个主用功率放大器和一个备份功率放大器，其中M为正整数；

输入切换模块，包括分别与所述M个主用功率放大器以及所述备份功率放大器的输入端相连接的M个输入开关电路；每个输入开关电路包括第一组传输线和第一组开关器件；所述第一组开关器件用于选择所述第一组传输线中的多条传输线，使得输入信号通过该第一组传输线中的多条传输线输入到一个主用功率放大器和/或备份功率放大器的输入端；

输出切换模块，包括分别与所述M个主用功率放大器以及所述备份功率放大器的输出端相连接的M个输出开关电路；每个输出开关电路包括第二组传输线和第二组开关器件；所述第二组开关器件用于选择所述第二组传输线中的多条传输线，使得从所述主用功率放大器和/或备份功率放大器输出的信号通过该第二组传输线中的多条传输线输出。

在上述方案中，每个输入开关电路N包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、九个第一传输线、两个第二传输线以及第一接地电阻；所述第二传输线的特征阻抗为第一传输线的特征阻抗的

，且第一传输线和第二传输线的电长度为1/4波导波长；所述N的取值为从1到M的正整数；

各开关器件和第一接地电阻的一端接地；第一开关器件的另一端与第一接地电阻的另一端相连接；第一开关器件与第五开关器件之间、第二开关器件与第五开关器件之间、第二开关器件与备份功率放大器之间、第三开关器件与第四开关器件之间、第三开关器件与备份功率放大器之间、第四开关器件与第N主用功率放大器之间、第五开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第六开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第六开关器件与第N主用功率放大器之间分别连接有一个第一传输线；第三开关器件与第五开关器件之间、第四开关器件与第N输入开关电路的输入端之间分别连接有一个第二传输线；

通过闭合第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件及断开第六开关器件将输入该输入开关电路的信号输入到与该输入开关电路相连接的主用功率放大器，以及通过闭合第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件及断开第二开关器件、第五开关器件将输入该输入开关电路的信号输入到所述备份功率放大器。

另外一种情况是，每个输入开关电路N包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、六个第三传输线、五个第四传输线以及第三接地电阻；所述第三传输线的特征阻抗为第四传输线的特征阻抗的

倍，且第三传输线和第四传输线的电长度为1/4波导波长；所述N的取值为从1到M的正整数；

各开关器件和第三接地电阻的一端接地；第六开关器件的另一端与第三接地电阻的另一端相连接；第一开关器件与第二开关器件之间、第一开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第二开关器件与第N主用功率放大器之间、第五开关器件与第六开关器件之间、第五开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第六开关器件与第N主用功率放大器之间分别连接有一个第三传输线；第三开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第四开关器件与第N输入开关电路的输入端、第四开关器件与备份功率放大器、第三开关器件与第N主用功率放大器、第五开关器件与备份功率放大器之间分别连接有一个第四传输线；

通过闭合第一开关器件、第二开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件及断开第三开关器件将输入该输入开关电路的信号输入到与该输入开关电路相连接的主用功率放大器，以及通过闭合第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第五开关器件、第六开关器件及断开第四开关器件将输入该输入开关电路的信号输入到所述备份功率放大器。

每个输出开关电路N包括第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、九个第一传输线、两个第二传输线以及第二接地电阻；所述第二传输线的特征阻抗为第一传输线的特征阻抗的

，且第一传输线和第二传输线的电长度为1/4波导波长；所述N的取值为从1到M的正整数；

各开关器件和第二接地电阻的一端接地；第七开关器件的另一端与第二接地电阻的另一端相连接；第七开关器件与第十一开关器件之间、第八开关器件与第十一开关器件之间、第八开关器件与第N主用功率放大器之间、第九开关器件与第十开关器件之间、第九开关器件与第N主用功率放大器之间、第十开关器件与备份功率放大器之间、第十一开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与备份功率放大器之间分别连接有一个第一传输线；第九开关器件与第十一开关器件之间、第十开关器件与第N输出开关电路的输出端之间分别连接有一个第二传输线；

通过闭合第七开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十二开关器件及断开第八开关器件、第十一开关器件输出经与该输出开关电路相连接的主用功率放大器放大的信号，以及通过闭合第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件及断开第十二开关器件输出经所述备份功率放大器放大的信号。

另外还可以，每个输出开关电路N包括第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、六个第三传输线、五个第四传输线以及第四接地电阻；所述第三传输线的特征阻抗为第四传输线的特征阻抗的

倍，且第三传输线和第四传输线的电长度为1/4波导波长；所述N的取值为从1到M的正整数；

各开关器件和第四接地电阻的一端接地；第十二开关器件的另一端与第四接地电阻的另一端相连接；第七开关器件与第八开关器件之间、第七开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第八开关器件与备份功率放大器之间、第十一开关器件与第十二开关器件之间、第十一开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与备份功率放大器之间分别连接有一个第三传输线；第九开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第十开关器件与第N输出开关电路的输出端、第十开关器件与第N主用功率放大器、第九开关器件与备份功率放大器、第十一开关器件与第N主用功率放大器之间分别连接有一个第四传输线；

通过闭合第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件及断开第十开关器件输出经与该输出开关电路相连接的主用功率放大器放大的信号，以及通过闭合第七开关器件、第八开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件及断开第九开关器件输出经所述备份功率放大器放大的信号。

从上述方案中可以看出，由于本发明在主用功率放大器之外提供了一个单独的备份功率放大器，当其中任何一个主用功率放大器发生故障时，该备份功率放大器能够在不停电停机的情况下立即替代发生故障的主用功率放大器工作；当其中任何一个主用功率放大器需要互助时，该备份功率放大器能够与需要互助的主用功率放大器并联工作，可以增大对应信号的输出功率。不管是主用功率放大器还是备份功率放大器，每个功率放大器只放大一路信号，因此各路信号间的隔离度与功率放大器的一致性无关，所以本发明的方案远远优于现有技术的方案。另外，本发明还可以通过增加备份功率放大器对应的开关器件的级数来增加各路信号间的隔离度，这是现有技术的方案无法做到的。因此，即使本发明中功率放大器的一致性较差，但是不会影响各路信号的隔离度。

附图说明

图1为现有的功率放大器热备份和互助系统的示意图；

图2为本发明第一实施例中功率放大器1+1热备份和互助系统的结构示意图；

图3为本发明第二实施例中功率放大器3+1热备份和互助系统的结构示意图；

图4为本发明第三实施例中功率放大器1+1热备份和互助系统的结构示意图；

图5为根据本发明的功率放大器系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。

首先，参照图5说明本发明的功率放大器系统。如图5所示，该功率放大器系统包括：输入切换模块、输出切换模块、M个主用功率放大器PA1、PA2、...PAM和一个备份功率放大器PA(BACKUP)，其中M为正整数。在该系统中，输入切换模块分别与M个主用功率放大器以及备份功率放大器的输入端相连接；输出切换模块分别与M个主用功率放大器以及备份功率放大器的输出端相连接。M路信号经过输入切换模块输入到对应的功率放大器，经过功率放大器放大处理后，由输出切换模块输出。需要注意的是，进行放大处理的功率放大器可能是M个主用功率放大器，可能是(M-1)个主用功率放大器和一个备份功率放大器，也可能是M个主用功率放大器和一个备份功率放大器，不同的组合分别对应着不同的工作状态。下面通过具体实施例详细描述本发明功率放大器系统的结构以及工作状态。

第一实施例：

第一实施例以1+1热备份和互助技术说明本发明的实施。图2所示的第一实施例中系统的结构，该系统包括一个主用功率放大器PA1、一个备份功率放大器PA和切换模块，其中切换模块包括输入切换模块和输出切换模块，由于只有一个主用功率放大器，因此输入切换模块和输出切换模块分别包括一个输入开关电路和一个输出开关电路。上述输入开关电路具有功率分配和微波单刀双掷开关功能，输出开关电路具有功率合路和微波单刀双掷开关功能。

参照图2，上述输入开关电路包括传输线A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1、I1、J1、K1、开关器件SW1A、SW2A、SW3A、SW4A、SW5A、SW6A以及接地电阻R1。A1的一端与输入端IN、B1、F1的一端相连接，A1的另一端与D1、E1、H1、SW5A的一端相连接；B1的另一端与C1、J1、SW4A的一端相连接；F1的另一端与G1、SW6A的一端相连接；G1的另一端与J1的另一端、PA1的输入端相连接；C1的另一端与D1的另一端、K1、SW3A的一端相连接；E1的另一端与R1、SW1A的一端相连接；H1的另一端与I1、SW2A的一端相连接；I1的另一端与K1的另一端、PA的输入端相连接；SW1A、SW2A、SW3A、SW4A、SW5A、SW6A、R1的另一端分别接地。

上述输出开关电路包括传输线A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2、H2、I2、J2、K2、开关器件SW1B、SW2B、SW3B、SW4B、SW5B、SW6B以及接地电阻R2。A2的一端与输出端OUT、B2、F2的一端相连接，A2的另一端与D2、E2、H2、SW5B的一端相连接；B2的另一端与C2、J2、SW4B的一端相连接；F2的另一端与G2、SW6B的一端相连接；G2的另一端与J2的另一端、PA的输出端相连接；C2的另一端与D2的另一端、K2、SW3B相连接；E2的另一端与R2、SW1B相连接；H2的另一端与I2、SW2B相连接；I2的另一端与K2的另一端、PA1的输出端相连接；SW1B、SW2B、SW3B、SW4B、SW5B、SW6B、R2的另一端分别接地。

其中，上述各传输线的电长度都为1/4波导波长，传输线A1、C1、E1、F1、G1、H1、I1、J1、K1、A2、C2、E2、F2、G2、H2、I2、J2、K2的特征阻抗为Z0，传输线B1、D1、B2、D2的特征阻抗为

，该Z0为50欧姆；电阻R1和R2为50欧姆。

换言之，SW1A与SW5A之间、SW2A与SW5A之间、SW2A与PA之间、SW3A与SW4A之间、SW3A与PA之间、SW4A与PA1之间、SW5A与IN之间、SW6A与IN之间、SW6A与PA1之间以及SW1B与SW5B之间、SW2B与SW5B之间、SW2B与PA1之间、SW3B与SW4B之间、SW3B与PA1之间、SW4B与PA之间、SW5B与OUT之间、SW6B与OUT之间、SW6B与PA之间分别连接有一个特征阻抗为Z0的传输线；SW3A与SW5A之间、SW4A与IN之间以及SW3B与SW5B之间、SW4B与OUT之间分别连接有一个特征阻抗为

的传输线。

根据上面的结构，第一实施例的功率放大器系统可以按照如下方式工作：

闭合SW1A、SW2A、SW3A、SW4A、SW5A和SW1B、SW3B、SW4B、SW6B，断开SW6A和SW2B、SW5B，此时信号从IN进入，经过传输线F1、G1，经功率放大器PA1放大后，再经过传输线I2、H2、A2，然后从OUT输出。此时该系统的工作状态是功率放大器PA1工作，备份功率放大器PA不工作，相当于正常工作状态。与现有技术中各功率放大器都要对输入信号进行放大不同，本实施例中正常工作状态下只有PA1放大输入信号，并且输入信号都只由PA1放大，而不会有PA参与放大，因此降低了对功率放大器的一致性要求。

闭合SW1A、SW3A、SW4A、SW6A和SW1B、SW2B、SW3B、SW4B、SW5B，断开SW2A、SW5A和SW6B，此时信号从IN进入，经过传输线A1、H1、I1，经功率放大器PA放大后，再经过传输线G2、F2，然后从OUT输出。此时该系统的工作状态是备份功率放大器PA工作，功率放大器PA不工作，相当于热备份。

闭合SW2A、SW6A和SW2B、SW6B，断开SW1A、SW3A、SW4A、SW5A和SW1B、SW3B、SW4B、SW5B，此时信号从IN进入，经过输入开关电路被分成两路输入PA1和PA，经功率放大器PA1和PA放大后，再经过输出开关电路合成，然后从OUT输出。此时该系统的工作状态是功率放大器PA1和备份功率放大器PA同时工作，相当于互助。

第二实施例：

第一实施例中给出的是功率放大器的1+1热备份和互助系统，在本发明的第二实施例中将给出功率放大器的3+1热备份和互助系统。

参考图3，第二实施例的功率放大器系统包括三个主用功率放大器PA1、PA2、PA3，一个备份功率放大器PA以及切换模块，其中切换模块包括输入切换模块和输出切换模块，由于有三个主用功率放大器，因此输入切换模块和输出切换模块分别包括对应的三个输入开关电路和三个输出开关电路。上述每个输入开关电路具有功率分配和微波单刀双掷开关功能，每个输出开关电路具有功率合路和微波单刀双掷开关功能。

参照图3，以n代表1、2或3，PAn分别代表PA1、PA2和PA3。由于主用功率放大器PAn和备份功率放大器PA具有对等的地位，因此与第一实施例相比，在第二实施例中对调了主用功率放大器和备份功率放大器的位置。与功率放大器PAn对应的第n输入开关电路包括传输线A1n、B1n、C1n、D1n、E1n、F1n、G1n、H1n、I1n、J1n、K1n、开关器件SW1An、SW2An、SW3An、SW4An、SW5An、SW6An以及接地电阻R1n。与PAn对应的第n输出开关电路包括传输线A2n、B2n、C2n、D2n、E2n、F2n、G2n、H2n、I2n、J2n、K2n、开关器件SW1Bn、SW2Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW5Bn、SW6Bn以及接地电阻R2n。

在第n输入开关电路中，A1n的一端与输入端INn、B1n、F1n的一端相连接，A1n的另一端与D1n、E1n、H1n、SW5An的一端相连接；B1n的另一端与C1n、J1n、SW4An的一端相连接；F1n的另一端与G1n、SW6An的一端相连接；G1n的另一端与J1n的另一端、PA的输入端相连接；C1n的另一端与D1n的另一端、K1n、SW3An的一端相连接；E1n的另一端与R1n、SW1An的一端相连接；H1n的另一端与I1n、SW2An相连接；I1n的另一端与K1n的另一端、PAn的输入端相连接；SW1An、SW2An、SW3An、SW4An、SW5An、SW6An、R1n的另一端分别接地。

在第n输出开关电路中，A2n的一端与输出端OUTn、B2n、F2n的一端相连接，A2n的另一端与D2n、E2n、H2n、SW5Bn的一端相连接；B2n的另一端与C2n、J2n、SW4Bn的一端相连接；F2n的另一端与G2n、SW6Bn的一端相连接；G2n的另一端与J2n的另一端、PAn的输出端相连接；C2n的另一端与D2n的另一端、K2n、SW3Bn的一端相连接；E2n的另一端与R2n、SW1Bn的一端相连接；H2n的另一端与I2n、SW2Bn的一端相连接；I2n的另一端与K2n的另一端、PA的输出端相连接；SW1Bn、SW2Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW5Bn、SW6Bn、R2n的另一端分别接地。

其中，第二实施例中上述各传输线的电长度都为1/4波导波长，传输线A1n、C1n、E1n、F1n、G1n、H1n、I1n、J1n、K1n、A2n、C2n、E2n、F2n、G2n、H2n、I2n、J2n、K2n的特征阻抗为Z0，传输线B1n、D1n、B2n、D2n的特征阻抗为，该Z0为50欧姆；电阻R1n和R2n为50欧姆。

根据上面描述的结构，第二实施例的功率放大器系统可以按照如下方式工作：

闭合SW1An、SW3An、SW4An、SW6An和SW1Bn、SW2Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW5Bn，断开SW2An、SW5An和SW6Bn，此时各信号从INn进入，经过传输线A1n、H1n、I1n，经功率放大器PAn放大后，再经过传输线G2n、F2n，然后从OUTn输出。此时该系统的工作状态是主用功率放大器PAn工作，备份功率放大器PA不工作，相当于正常工作状态。与现有技术中各功率放大器都要对每一路信号进行放大不同，本实施例中各功率放大器只放大一路信号，并且每路信号都只由一个功率放大器放大，因此降低了对功率放大器的一致性要求。

闭合SW1An、SW2An、SW3An、SW4An、SW5An和SW1Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW6Bn，断开SW6An和SW2Bn、SW5Bn，此时信号从INn进入，经过传输线F1n、G1n，经功率放大器PAn放大后，再经过传输线I2n、H2n、A2n，然后从OUTn输出。此时该系统的工作状态是备份功率放大器PA工作，功率放大器PAn不工作，相当于将热备份功率放大器PAn。同样，与现有技术中各功率放大器都要对每一路信号进行放大不同，本实施例中各功率放大器只放大一路信号，并且每路信号都只由一个功率放大器放大，因此降低了对功率放大器的一致性要求。

闭合SW2An、SW6An和SW2Bn、SW6Bn，断开SW1An、SW3An、SW4An、SW5An和SW1Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW5Bn，此时信号从INn进入，经过输入开关电路被分成两路输入PAn和PA，经功率放大器PAn和PA放大后，再经过输出开关电路合成，然后从OUTn输出。此时该系统的工作状态是功率放大器PAn和备份功率放大器PA同时工作，共同放大正常工作状态下由功率放大器PAn放大的信息，相当于PA和PAn互助。与现有技术中各功率放大器都要对每一路信号进行放大不同，本实施例中各功率放大器只放大一路信号，并且只有被PA和PAn放大的信号是由两个功率放大器放大的，其余的各路信号都只由一个功率放大器放大，因此这里只需要满足PA和PAn的一致性即可，而不是像现有技术中需要满足所有功率放大器的一致性，因此降低了对功率放大器的一致性要求。

需要指出的是，与现有技术不同，无论是热备份还是互助，只能针对一个主用功率放大器，其他主用功率放大器都处于正常工作状态。这样能保证扇区间的隔离度与各功率放大器的一致性无关。

例如，热备份功率放大器PA1时，在第一输入开关电路和第一输出开关电路中，闭合SW1A1、SW2A1、SW3A1、SW4A1、SW5A1和SW1B1、SW3B1、SW4B1、SW6B1，断开SW6A1和SW2B1、SW5B1；而在第二输入开关电路、第二输出开关电路、第三输入开关电路和第三输出开关电路中，闭合SW1A2、SW3A2、SW4A2、SW6A2、SW1B2、SW2B2、SW3B2、SW4B2、SW5B2、SW1A3、SW3A3、SW4A3、SW6A3、SW1B3、SW2B3、SW3B3、SW4B3、SW5B3，断开SW2A2、SW5A2、SW6B2、SW2A3、SW5A3和SW6B3。此时，PA1不工作，PA2、PA3和PA工作，并且备份功率放大器PA放大的是正常工作状态下由PA1放大的信号。

再例如，PA和PA1互助时，闭合SW2A1、SW6A1和SW2B1、SW6B1，断开SW1A1、SW3A1、SW4A1、SW5A1和SW1B1、SW3B1、SW4B1、SW5B1；而在第二输入开关电路、第二输出开关电路、第三输入开关电路和第三输出开关电路中，闭合SW1A2、SW3A2、SW4A2、SW6A2、SW1B2、SW2B2、SW3B2、SW4B2、SW5B2、SW1A3、SW3A3、SW4A3、SW6A3、SW1B3、SW2B3、SW3B3、SW4B3、SW5B3，断开SW2A2、SW5A2、SW6B2、SW2A3、SW5A3和SW6B3。此时，PA1、PA2、PA3和PA工作，并且PA1和PA并联放大的正常工作状态下由PA1放大的信号，PA2和PA3处于正常工作状态。

第三实施例：

与第一实施例和第二实施例不同，本发明的第三实施例提供了不同结构的输入开关电路和输出开关电路结构。第三实施例以1+1热备份和互助系统来说明该系统。

参照图4，第三实施例的功率放大器系统包括一个主用功率放大器PA1、一个备份功率放大器PA和切换模块，其中切换模块包括输入切换模块和输出切换模块，由于只有一个主用功率放大器，因此输入切换模块和输出切换模块分别包括一个输入开关电路和一个输出开关电路。上述输入开关电路具有功率分配和微波单刀双掷开关功能，输出开关电路具有功率合路和微波单刀双掷开关功能。

参照图4，第三实施例的输入开关电路包括传输线L1、P1、Q1、S1、T1、U1、V1、W1、X1、Y1、Z1、开关器件SW1C、SW2C、SW3C、SW4C、SW5C、SW6C以及接地电阻R1。L1的一端与输入端IN、X1、T1、V1的一端相连接，L1的另一端与P1、SW1C的一端相连接；P1的另一端与Q1、SW2C的一端相连接；Q1的另一端与S1、W1的一端、PA1的输入端相连接；S1的另一端与U1、SW6C、R1的一端相连接；T1的另一端与U1的另一端、Z1、SW5C的一端相连接；X1的另一端与Y1、SW4C的一端相连接；Y1的另一端与Z1的另一端、PA的输入端相连接；V1的另一端与W1的另一端、SW3C的一端相连接；SW1C、SW2C、SW3C、SW4C、SW5C、SW6C、R1的另一端分别接地。

第三实施例中的输出开关电路包括传输线L2、P2、Q2、S2、T2、U2、V2、W2、X2、Y2、Z2、开关器件SW1D、SW2D、SW3D、SW4D、SW5D、SW6D以及接地电阻R2。L2的一端与输出端OUT、X2、T2、V2的一端相连接，L2的另一端与P2、SW1D的一端相连接；P2的另一端与Q2、SW2D的一端相连接；Q2的另一端与S2、W2的一端、PA的输出端相连接；S2的另一端与U2、SW6D、R2的一端相连接；T2的另一端与U2的另一端、Z2、SW5D的一端相连接；X2的另一端与Y2、SW4D的一端相连接；Y2的另一端与Z2的另一端、PA1的输出端相连接；V2的另一端与W2的另一端、SW3D的一端相连接；SW1D、SW2D、SW3D、SW4D、SW5D、SW6D、R2的另一端分别接地。

其中，上述各传输线的电长度都为1/4波导波长，传输线L1、P1、Q1、S1、T1、U1、L2、P2、Q2、S2、T2、U2的特征阻抗为

，传输线V1、W1、X1、Y1、Z1、V2、W2、X2、Y2、Z2的特征阻抗为Z0，该Z0为50欧姆；电阻R1和R2为50欧姆。

换言之，SW1C与SW2C之间、SW1C与IN之间、SW2C与PA1之间、SW5C与SW6C之间、SW5C与IN之间、SW6C与PA1之间以及SW1D与SW2D之间、SW1D与OUT之间、SW2D与PA之间、SW5D与SW6D之间、SW5D与OUT之间、SW6D与PA之间分别连接有一个特征阻抗为

的传输线；SW3C与IN之间、SW4C与IN、SW4C与PA、SW3C与PA1、SW5C与PA之间以及SW3D与OUT之间、SW4D与OUT、SW4D与PA1、SW3D与PA、SW5D与PA1之间分别连接有一个特征阻抗为Z0的传输线。

根据以上描述的第三实施例系统的结构，该功率放大器系统可以以如下方式工作：

闭合SW1C、SW2C、SW4C、SW5C、SW6C和SW1D、SW2D、SW3D、SW5D、SW6D，断开SW3C和SW4D，此时信号从IN进入，经过传输线V1、W1，经功率放大器PA1放大后，再经过传输线Y2、X2，然后从OUT输出。此时该系统的工作状态是功率放大器PA1工作，备份功率放大器PA不工作，相当于正常工作状态。与现有技术中各功率放大器都要对输入信号进行放大不同，本实施例中正常工作状态下只有PA1放大输入信号，并且输入信号都只由PA1放大，而不会有PA参与放大，因此降低了对功率放大器的一致性要求。

闭合SW1C、SW2C、SW3C、SW5C、SW6C和SW1D、SW2D、SW4D、SW5D、SW6D，断开SW4C和SW3D，此时信号从IN进入，经过传输线X1、Y1，经功率放大器PA放大后，再经过传输线W2、V2，然后从OUT输出。此时该系统的工作状态是备份功率放大器PA工作，功率放大器PA不工作，相当于热备份。

闭合SW3C、SW4C和SW3D、SW4D，断开SW1C、SW2C、SW5C、SW6C和SW1D、SW2D、SW5D、SW6D，此时信号从IN进入，经过输入开关电路被分成两路输入PA1和PA，经功率放大器PA1和PA放大后，再经过输出开关电路合成，然后从OUT输出。此时该系统的工作状态是功率放大器PA1和备份功率放大器PA同时工作，相当于互助。

根据第三实施例中所给出的输入开关电路和输出开关电路架构，以及主用功率放大器和备份功率放大器之间的关系，不难得出使用第三实施例输入开关电路和输出开关电路的功率放大器N+1热备份和互助系统，这里不再赘述。这里仅为了简要的目的，而没有详细描述使用第三实施例输入开关电路和输出开关电路的功率放大器N+1热备份和互助系统。本领域普通技术人员应会明白，与第二实施例一样，使用第三实施例输入开关电路和输出开关电路的功率放大器N+1热备份和互助系统降低了对功率放大器的一致性要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1、 一种功率放大器系统，其特征在于，该系统包括：

M个主用功率放大器和一个备份功率放大器，其中M为正整数；

输入切换模块，包括分别与所述M个主用功率放大器以及所述备份功率放大器的输入端相连接的M个输入开关电路；每个输入开关电路包括第一组传输线和第一组开关器件；所述第一组开关器件用于选择所述第一组传输线中的多条传输线，使得输入信号通过该第一组传输线中的多条传输线输入到一个主用功率放大器和/或备份功率放大器的输入端；

输出切换模块，包括分别与所述M个主用功率放大器以及所述备份功率放大器的输出端相连接的M个输出开关电路；每个输出开关电路包括第二组传输线和第二组开关器件；所述第二组开关器件用于选择所述第二组传输线中的多条传输线，使得从所述主用功率放大器和/或备份功率放大器输出的信号通过该第二组传输线中的多条传输线输出。

2、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

每个输入开关电路N包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、九个第一传输线、两个第二传输线以及第一接地电阻；所述第二传输线的特征阻抗为第一传输线的特征阻抗的

且第一传输线和第二传输线的电长度为1/4波导波长；所述N的取值为从1到M的正整数；

各开关器件和第一接地电阻的一端接地；第一开关器件的另一端与第一接地电阻的另一端相连接；第一开关器件与第五开关器件之间、第二开关器件与第五开关器件之间、第二开关器件与备份功率放大器之间、第三开关器件与第四开关器件之间、第三开关器件与备份功率放大器之间、第四开关器件与第N主用功率放大器之间、第五开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第六开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第六开关器件与第N主用功率放大器之间分别连接有一个第一传输线；第三开关器件与第五开关器件之间、第四开关器件与第N输入开关电路的输入端之间分别连接有一个第二传输线；

通过闭合第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件及断开第六开关器件将输入该输入开关电路的信号输入到与该输入开关电路相连接的主用功率放大器，以及通过闭合第一开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第六开关器件及断开第二开关器件、第五开关器件将输入该输入开关电路的信号输入到所述备份功率放大器。

3、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个输入开关电路N包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件、六个第三传输线、五个第四传输线以及第三接地电阻；所述第三传输线的特征阻抗为第四传输线的特征阻抗的

倍，且第三传输线和第四传输线的电长度为1/4波导波长；所述N的取值为从1到M的正整数；

各开关器件和第三接地电阻的一端接地；第六开关器件的另一端与第三接地电阻的另一端相连接；第一开关器件与第二开关器件之间、第一开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第二开关器件与第N主用功率放大器之间、第五开关器件与第六开关器件之间、第五开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第六开关器件与第N主用功率放大器之间分别连接有一个第三传输线；第三开关器件与第N输入开关电路的输入端之间、第四开关器件与第N输入开关电路的输入端、第四开关器件与备份功率放大器、第三开关器件与第N主用功率放大器、第五开关器件与备份功率放大器之间分别连接有一个第四传输线；

通过闭合第一开关器件、第二开关器件、第四开关器件、第五开关器件、第六开关器件及断开第三开关器件将输入该输入开关电路的信号输入到与该输入开关电路相连接的主用功率放大器，以及通过闭合第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第五开关器件、第六开关器件及断开第四开关器件将输入该输入开关电路的信号输入到所述备份功率放大器。

4、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个输出开关电路N包括第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、九个第一传输线、两个第二传输线以及第二接地电阻；所述第二传输线的特征阻抗为第一传输线的特征阻抗的

且第一传输线和第二传输线的电长度为1/4波导波长；所述N的取值为从1到M的正整数；

各开关器件和第二接地电阻的一端接地；第七开关器件的另一端与第二接地电阻的另一端相连接；第七开关器件与第十一开关器件之间、第八开关器件与第十一开关器件之间、第八开关器件与第N主用功率放大器之间、第九开关器件与第十开关器件之间、第九开关器件与第N主用功率放大器之间、第十开关器件与备份功率放大器之间、第十一开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与备份功率放大器之间分别连接有一个第一传输线；第九开关器件与第十一开关器件之间、第十开关器件与第N输出开关电路的输出端之间分别连接有一个第二传输线；

通过闭合第七开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十二开关器件及断开第八开关器件、第十一开关器件输出经与该输出开关电路相连接的主用功率放大器放大的信号，以及通过闭合第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件及断开第十二开关器件输出经所述备份功率放大器放大的信号。

5、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个输出开关电路N包括第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件、六个第三传输线、五个第四传输线以及第四接地电阻；所述第三传输线的特征阻抗为第四传输线的特征阻抗的

倍，且第三传输线和第四传输线的电长度为1/4波导波长；所述N的取值为从1到M的正整数；

各开关器件和第四接地电阻的一端接地；第十二开关器件的另一端与第四接地电阻的另一端相连接；第七开关器件与第八开关器件之间、第七开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第八开关器件与备份功率放大器之间、第十一开关器件与第十二开关器件之间、第十一开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与备份功率放大器之间分别连接有一个第三传输线；第九开关器件与第N输出开关电路的输出端之间、第十开关器件与第N输出开关电路的输出端、第十开关器件与第N主用功率放大器、第九开关器件与备份功率放大器、第十一开关器件与第N主用功率放大器之间分别连接有一个第四传输线；

通过闭合第七开关器件、第八开关器件、第九开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件及断开第十开关器件输出经与该输出开关电路相连接的主用功率放大器放大的信号，以及通过闭合第七开关器件、第八开关器件、第十开关器件、第十一开关器件、第十二开关器件及断开第九开关器件输出经所述备份功率放大器放大的信号。

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