CN101160715A

CN101160715A - 功率放大器的热备份和互助系统

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Publication number: CN101160715A
Application number: CNA2006800122553A
Authority: CN
Inventors: 袁文欣
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Honor Device Co Ltd
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2026-06-01
Also published as: AU2006246484B2; AU2006246484A1; US7514995B2; US20070139104A1; AU2006246484B9; CN100426660C; WO2007065325A1; DE602006009464D1; EP1796280B1; ATE444603T1; CN100571024C; EP1796280A1; CN1852024A

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用功率放大器，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用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用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。本发明中的备用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 ^分和互助系统

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。发明背景

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。在码分多址 ( 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，会导致无法接通该扇区的移动终端用户。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 Sl、 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, 每个功率放大器都共同放大分别从输入端 IN1、 IN2、 IN3输入的三个扇区的输入信号；图 1 中的传输线 Al、 A2、 A3、 A4的长度相等，传输线 Bl、 B2、 B3、 B4的长度相等，传输线 Cl、 C2、 C3、 C4的长度相等，传输线 Dl、 D2、 D3、 D4的长度相等。

输入 INI的信号经过前混合矩阵，被分成四路幅度相等的信号，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 Sl。根据各路信号相位叠加的结果，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 Sl、 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 Sl、 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 Sl、 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得到的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幅度的要求，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 Al、 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 Bl、 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 Cl、 C2、 C3、 C4的长度不相等，或者后混合矩阵中的传输线 Dl、 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和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用功率放大器，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用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用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。

所述输入切换模块包括分别与所述 M 个主用功率放大器的输入端相连接并且与所述备用功率放大器的输入端相连接的 M 个输入开关电路，用于将输入其的信号输入到与其连接的功率放大器。

在上述方案中，每个输入开关电路包括第一开关器件、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；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、第二开关器件与备用功率放大器之间、第三开关器件与第四开关器件之间、第三开关器件与备用功率放大器之间、第四开关器件与第 Ν 主用功率放大器之间、第五开关器件与第 Ν输入开关电路的输入端之间、第六开关器件与第 Ν输入开关电路的输入端之间、第六开关器件与第 Ν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 Ν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用功率放大器。

另外一种情况是，每个输入开关电路包括第一开关器件、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；所述第四传输线的特征阻抗为第三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；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、第三开关器件与第 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、第四开关器件与备用功率放大器、第五开关器件与第六开关器件、第五开关器件与备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用功率放大器。

所述输出切换模块包括分别与所述 M 个主用功率放大器的输出端相连接并且与所述备用功率放大器的输出端相连接的 M 个输出开关电路，用于输出经与其相连接的功率放大器放大后的信号。

每个输出开关电路包括第七开关器件、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 l/ ^ ,且第一传输线和第二传输线的电长度为

1/4 波导波长；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、第十开关器件与备用功率放大器之间、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、第十二开关器件与第 N主用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、笫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用功率放大器放大的信号。

另外还可以，每个输出开关电路包括第七开关器件、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；所述第四传输线的特征阻抗为第三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；各开关器件和第三接地电阻的一端接地；第十二开关器件的另一端与第三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、第八开关器件与备用功率放大器之间、第九开关器件与备用功率放大器之间、第十一开关器件与第 N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与备用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、第十一开关器件与第十二开关器件、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用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用功率放大器，当其中任何一个主用功率放大器发生故障时，该备用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，该备用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用功率放大器，每个功率放大器只放大其中一路信号，因此各路信号间的隔离度与功率放大器的一致性无关，降低了对功率放大器指标的一致性要求，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用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，进一步降低对功率放大器指标的一致性要求，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。

附图简要说明

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。实施本发明的方式

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和一个备用功率放大器 PA, 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用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用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用功率放大器，也可能是 M 个主用功率放大器和一个备用功率放大器，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，所谓 1+1 是指系统中包括一个主用功率放大器和一个备用功率放大器。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、一个备用功率放大器 PA、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，因此输入切换模块包括一个输入开关电路，并且输出切换模块包括一个输出开关电路。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

6匕

匕。

参照图 2, 上述输入开关电路包括传输线 Al、 Bl、 Cl、 Dl、 El、 Fl、 Gl、 Hl、 I I、 Jl、 Kl、开关器件 SW1A、 SW2A、 SW3A、 SW4A、 SW5A、 SW6A以及接地电阻 Rl。 Al的一端与输入端 IN、 Bl、 Fl的一端相连接， Al 的另一端与 Dl、 El、 Hl、 SW5A的一端相连接； B1的另一端与 Cl、 Jl 、 SW4A的一端相连接； F1的另一端与 Gl、 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、 Kl、 SW3A的一端相连接； E1的另一端与 Rl、 SW1A的一端相连接； HI的另一端与 II、 SW2A的一端相连接； II的另一端与 1(1的另一端、 PA的输入端相连接； SW1A、 SW2A, SW3A、 SW4A、 SW5A、 SW6A、 Rl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、 12、 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； Ε2的另一端与 R2、 SW1B相连接； H2的另一端与 12、 SW2B相连接； 12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 Al、 Cl、 El、 Fl、 Gl、 Hl、 II、 Jl、 Kl、 A2、 C2、 E2、 F2、 G2、 H2、 12、 J2、 K2的特征阻抗为 Z0, 传输线 Bl、 Dl、 B2、 D2的特征阻抗为 Z0/ , 该 Z0为 50欧姆；电阻 Rl和 R2为 50欧姆。

换言之， SW1 A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 PA1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 Z0/ ^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 Fl、 G1 , 经功率放大器 PAl放大后，再经过传输线 12、 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，备用功率放大器 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 Al、 Hl、 II , 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用功率放大器 PA 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和备用功率放大器 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，所谓的 3+1是指系统中包括三个主用功率放大器和一个备用功率放大器。

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 , 一个备用功率放大器 PA、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，因此输入切换模块包括三个输入开关电路，并且输出切换模块包括三个输出开关电路。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 PAn分别代表主用功率放大器 PA1、 PA2和 PA3 , 其中 n可为 1、 2或 3。由于主用功率放大器 PAn和备用功率放大器 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用功率放大器的位置。与功率放大器 PAn对应的第 n输入开关电路包括传输线 Aln、 Bln、 Cln、 Dln、 Eln、 Fln、 Gln、 Hln、 Iln、 Jin, Kln、开关器件 SWlAn、 SW2An、 SW3An、 SW4An、 SW5An、 SW6An以及接地电阻 Rln。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 SWl Bn、 SW2Bn、 SW3Bn、 SW4Bn、 SW5Bn、 SW6Bn 以及接地电阻 R2n。

在第 n输入开关电路中， Aln的一端与输入端 INn、 Bin, Fin的一端相连接， Aln的另一端与 Dln、 Eln、 Hln、 SW5An的一端相连接； Bin的另一端与 Cln、 Jln、 SW4An的一端相连接； Fin的另一端与 Gln、 SW6An的一端相连接； Gin的另一端与 Jin的另一端、 PA的输入端相连接； Cln的另一端与 Din的另一端、 Kln、 SW3An的一端相连接； Eln 的另一端与 Rln、 SWIAn的一端相连接； Hln的另一端与 Iln、 SW2An 相连接； Πη的另一端与 Kin的另一端、 PAn的输入端相连接； SWIAn, SW2An、 SW3An、 SW4An、 SW5An、 SW6An、 Rln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、 SWIBn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、 ΡΑ的输出端相连接； SWlBn、 SW2Bn、 SW3Bn、 SW4Bn、 SW5Bn、 SW6Bn、 R2ii的另一端分別接地。

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 Aln、 Cln、 Eln、 Fln、 Gln、 Hln、 Iln、 Jln、 Kin, A2n、 C2n、 E2n、 F2n、 G2n、 H2n、 I2n、 J2n、 K2n的特征阻抗为 Z0, 传输线 Bln、 Dln、 B2n、 D2n的特征阻抗为 Z0/ , 该 Z0为 50欧姆；电阻 Rln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 SWlAn、SW3An、SW4An、SW6An和 SWlBn、SW2Bn、SW3Bn、 SW4Bn SW5Bn, 断开 SW2An、 SW5An和 SW6Bn，此时各信号从 INn 进入，经过传输线 Aln、 Hln、 Iln, 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，备用功率放大器 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其中一路信号，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 SW1 An、 SW2An、 SW3An、 SW4An、 SW5An和 SWlBn、 SW3Bn、 SW4Bn、 SW6Bn, 断开 SW6An和 SW2Bn、 SW5Bn, 此时信号从 INn 进入，经过传输线 Fln、 Gin, 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用功率放大器 PA工作，功率放大器 PAn不工作，相当于将热备用功率放大器 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其中一路信号，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、 SW6B11, 断开 SWlAn、 SW3An、 SW4An、 SW5An和 SWlBn、 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和备用功率放大器 PA同时工作，

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其中一路信号，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、 SW3B SW4BK 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，并且备用功率放大器 PA放大的是正常工作状态下由 PA1放大的信号。

再例如，ΡΑ和 PA1互助时，闭合SW2A1、SW6A1和SW2B1、SW6B1 , 断开 SW1A1、 SW3AK SW4AK SW5A1和 SW1B1、 SW3BK SW4B 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、一个备用功率放大器 PA、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，因此输入切换模块包括一个输入开关电路，并且输出切换模块包括一个输出开关电路。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 Ll、 Pl、 Ql、 Sl、 Tl、 Ul、 VI、 Wl、 XI、 Yl、 Zl、开关器件 SW1C、 SW2C、 SW3C、 SW4C、 SW5C、 SW6C以及接地电阻 Rl。 LI的一端与输入端 IN、 XI、 Tl、 VI 的一端相连接， L1 的另一端与 Pl、 SW1C 的一端相连接； P1 的另一端与 Ql、 SW2C的一端相连接； Q1的另一端与 Sl、 W1的一端、 PA1的输入端相连接； S1的另一端与 Ul、 SW6C、 R1的一端相连接； Tl的另一端与 Ul的另一端、 Zl、 SW5C的一端相连接； XI的另一端与 Yl、 SW4C的一端相连接； Y1的另一端与 Z1的另一端、 ΡΑ的输入端相连接； VI的另一端与 W1的另一端、 SW3C的一端相连接； SW1C、 SW2C、 SW3C、 SW4C、 SW5C、 SW6C、 Rl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 SWID, SW2D、 SW3D、 SW4D、 SW5D、 SW6D以及接地电阻 R2。 L2的一端与输出端 0UT、 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； Υ2的另一端与 Ζ2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 Ll、 Pl、

Ql、 Sl、 Tl、 Ul、 L2、 P2、 Q2、 S2、 T2、 U2的特征阻抗为 Z0，传输线 VI、 Wl、 XI、 Yl、 Zl、 V2、 W2、 X2、 Y2、 Z2的特征阻抗为 7ΪΖ0, 该 Z0为 50欧姆；电阻 Rl和 R2为 50欧姆。

换言之， SW1C与 SW2C之间、 SW1C与 IN之间、 SW2C与 PA1 之间、 SW3C与 PA1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、 SW3D 与 PA之间、 SW5D与 OUT之间、 SW6D与 PA之间分别连接有一个特征阻抗为 Z0的传输线； SW3C与 IN之间、 SW4C与 IN、 SW4C与 PA、 SW5C与 SW6C、 SW5C与 PA之间以及 SW3D与 OUT之间、 SW4D与 0UT、 SW4D与 PA1、 SW5D与 SW6D、 SW5D与 PA1之间分别连接有一个特征阻抗为 zo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 VI、 W1 , 经功率放大器 PA1放大后，再经过传输线 Y2、 Χ2, 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，备用功率放大器 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 XI、 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用功率放大器 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和备用功率放大器 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用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。这里仅为了筒要的目的，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。

进一步，在输入切换模块的输入开关电路采用第一实施例的输入开关电路时，输出切换模块的输出开关电路可以采用第三实施例的输出开关电路；或者，在输入切换模块的输入开关电路采用第三实施例的输入开关电路时，输出切换模块的输出开关电路可以采用第一实施例的输出开关电路。

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

权利要求书

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用功率放大器，其中 M为正整数；输入切换模块，分别与所述 M个主用功率; ¾

放大器的输入端相连接；

输出切换模块：

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。

2、根据权利要求 1所述的系统，其特征在于，

所述输入切换模块包括分别与所述 M个主用功率放大器的输入端相连接并且与所述备用功率放大器的输入端相连接的 M个输入开关电路，用于将输入其的信号输入到与其连接的功率放大器。 '

3、根据权利要求 2所述的系统，其特征在于，每个输入开关电路包括笫一开关器件、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 1/V2 , 且第一传输线和第二传输线的电长度为 1/4波导波长；

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、第二开关器件与备用功率放大器之间、第三开关器件与第四开关器件之间、第三开关器件与备用功率放大器之间、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用功率放大器。

4、根据权利要求 2所述的系统，其特征在于，每个输入开关电路包括第一开关器件、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；所述第四传输线的特征阻抗为第三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；

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、第三开关器件与第 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、笫四开关器件与备用功率放大器、第五开关器件与第六开关器件、第五开关器件与备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用功率放大器。

5、根据权利要求 1 ~ 4中任一项所述的系统，其特征在于，所述输出切换模块包括分别与所述 M个主用功率放大器的输出端相连接并且与所述备用功率放大器的输出端相连接的 M个输出开关电

6、根据权利要求 5所述的系统，其特征在于，每个输出开关电路包括第七开关器件、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 1/V2 , 且第一传输线和第二传输线的电长度为 1/4波导波长；

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、第十开关器件与备用功率放大器之间、第十一开关器件与第 N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与笫 N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与第 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用功率放大器放大的信号。

7、根据权利要求 5所述的系统，其特征在于，每个输出开关电路包括第七开关器件、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；所述第四传输线的特征阻抗为第三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；

各开关器件和第三接地电阻的一端接地；第十二开关器件的另一端与第三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、第八开关器件与备用功率放大器之间、第九开关器件与备用功率放大器之间、第十一开关器件与第 N输出开关电路的输出端之间、第十二开关器件与备用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、第十一开关器件与第十二开关器件、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用功率放大器放大的信号。