CN104081662A - 用于保护高频功率放大器免受错误结束影响的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种针对在输出侧存在错误阻抗匹配的情况的在高频功率放大器中的失配保护电路。在这种情况下，由于功率的一部分被引回到放大器输出级中而出现反射。在错误结束、即空载或短路的最临界的情况下，放大器的整个高频功率被引回到该放大器中。这样的情况可能在这种放大器开始运转期间或在测量这种放大器时由于操作错误和/或操纵错误而出现。高频功率放大器可能由于放大器的被反射的功率部分而承受热负荷，使得半导体器件受损或甚至被损坏，其中高频功率放大器的输出级利用晶体管来构建。在此，本发明利用权利要求1和8的特征部分的特征设法补救。

Description

用于保护高频功率放大器免受错误结束影响的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种针对在输出侧存在错误阻抗匹配的情况的在高频功率放大器中的失配保护电路。
背景技术
高频功率放大器在波导系统中以预给定的阻抗、例如50OHM被确定尺寸。为了保证功率放大器的不受干扰的功能和至连接的系统、诸如天线母线中的最大功率输出，连接的系统必须具有与功率放大器相同的线路阻抗。
在连接点处有不同阻抗的情况下，出现反射，功率的一部分通过所述反射被引回到放大器输出级中。在错误连接、即空载或短路的最临界的情况下，放大器的整个高频功率被引回到该放大器中。
这样的情况可能在这种放大器开始运转期间或在测量这种放大器时由于操作错误和/或操纵错误而出现。
高频功率放大器可能由于放大器的被反射的功率部分而承受热负荷，使得半导体器件受损或甚至被损坏，其中所述高频功率放大器的输出级在使用晶体管的情况下来构建。
为了在错误结束(Fehlabschluss)的情况下保护这样的输出级免受所反射的功率影响，目前在高频晶体管功率放大器的输出端处安置环形器，如在图1中以具有并行的输出级的功率放大器的输出段为例所示的。
作为三端口器件(Dreitor)被设计的电路具有依赖于方向的波导。在端口1上被馈入的功率低损耗地被引导至端口2。在端口2上被馈入的功率或从那里所反射的功率在RF输出端的错误结束的情况下被进一步引导到端口3。通过端口3以具有参考系统的大小的负载电阻来结束的方式，全部的在端口3上所输出的的功率被吸收并且不重新从端口3被反射至端口1。环形器作为隔离器起作用，环形器的第三端口以负载电阻结束。
问题提出
近年来，为了在高频功率放大器中使用，开发了基于氮化镓的新型晶体管。这些晶体管有直至200瓦的输出功率。由于其同时也具有非常高的效率，所以其适合于在针对卫星应用的功率放大器中使用。但同时在卫星应用中也要求功率放大器之后的输出网络损耗低，以便不妨碍放大器的效率。此外，需要设备有小的结构大小和重量。
为了在错误结束时保护这样的功率放大器免受所反射的功率影响，隔离器应该是必需的，所述隔离器的结束电阻在第三端口上可以吸收直至200瓦的全部功率。这种隔离器在高频领域中不能以同时所要求的损耗低且小的结构大小来实现。
发明内容
本发明的任务是，在这里所谈及的类型的高频功率放大器中在失配时设法补救。该任务借助权利要求1和权利要求8中的特征来实现。
附图说明
以下借助附图更详细地描述本发明，其中
图1示出具有环形器的现有技术，
图2示出失配检测器的原理性电路，
图3示出耦合器的耦合衰减和隔离(方向性锐度)，
图4示出根据本发明的失配保护电路，以及
图5示出具有失配保护电路的两个并行的输出级的输出组合器。
具体实施方式
根据本发明的用于高频功率放大器的匹配保护电路具有安置在功率放大器的输出端处的检测器，该检测器被构造为波导耦合器，并且该检测器的在直通方向上去耦的端口以负载电阻结束。由于用于从输出端所反射的波的该端口具有比针对输出级所馈入的功率更低的耦合衰减，所以该端口同样以检测器二极管结束(图2)。
耦合器的尺寸被设计，使得保证，至分别被耦合的端口中的具有例如-25dB的耦合衰减小于至分别去耦的端口中的具有例如-30dB的衰减(参看图3)。因此，给定了在两个检测器二极管中施加的信号电平的来源的明确的可区分性和其向检测器二极管的分配。
由两个检测器二极管所提供的、与相应的施加的功率电平成比例的电压在调节电路中被进一步处理。
由二极管A所提供的电压对应于被馈入到输出端中的有效功率。该电压如迄今那样在调节电路中被利用，以便例如在ALC运行中和/或关于温度将输出功率保持恒定或作为遥测数据被转发至要监控的系统。
由二极管B所提供的电压与在功率放大器的输出端处由于以非理想的阻抗结束而被反射的功率成比例。如由图4所得知的那样，该电压在相应的放大和/或处理之后可以以模拟或数字形式被馈入到接通和关断输出级的电路中。在超过预定义的电平Uref时，通过失配警报引起输出级的快速切断。
对于并行的输出级的常常给定的情况，这些输出级通过被用作加法器的耦合器来接合。该耦合器由于损耗低的原因大多作为分支耦合器以带状功率技术(Streifenleistungstechnik)来实现。在此情况下，失配耦合器如在图5中所示的那样可以被集成到该耦合器中，由此总装置的直通损耗再次被减小，而同时不仅可以实现RF输出功率的典型的遥测而且可以实现失配保护。

Claims (15)

1.一种用于保护高频功率放大器免受错误结束影响的方法，该高频功率放大器具有高输出功率和高效率，
其特征在于，
在输出侧将失配保护电路接入所述高频功率放大器，
从所述失配保护电路的第一检测器二极管(A)和第二检测器二极管(B)导出第一电压和第二电压，所述第一电压和第二电压与在所述检测器二极管上施加的功率电平成比例，其中所述第一电压对应于被馈入到输出端中的有效功率而所述第二电压对应于被反射的功率，
所导出的电压被输送给调节电路，以及
根据从二极管(B)所导出的电压超过或低于预给定的参考电压，所述调节电路切断或接通一个或多个放大器的一个或多个输出级。
2.根据权利要求1所述的用于保护高频功率放大器免受错误结束影响的方法，
其特征在于，
所述失配保护电路由波导耦合器构成，所述波导耦合器的在直通方向上去耦的端口以负载电阻结束。
3.根据权利要求1和/或2所述的方法，
其特征在于，
所述波导耦合器被设计，使得至分别被耦合的端口中的耦合衰减小于至分别去耦的端口中的衰减，并且由此能够实现施加的信号电平向第一检测器二极管或第二检测器二极管的明确的分配。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
被馈入到输出端中的有效功率对应于由二极管(A)所提供的电压，并且能够被用于在ALC运行中和/或关于温度将放大器的输出功率保持恒定或作为遥测数据来控制监控系统。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
由二极管(B)所提供的电压对应于由于所述错误结束而在所述功率放大器的输出端上所反射的功率。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
一旦超过预给定的电平Uref，由二极管(B)所提供的电压就在相应的放大或处理之后以模拟或者数字形式被馈入到失配保护电路中，以便关断所述一个或多个输出级。
7.根据权利要求1所述的用于保护具有两个并行的输出级的高频功率放大器的方法，
其特征在于，
所述输出级的输出借助加法器被聚集在一起，
所述加法器用作耦合器，以及
根据权利要求1的特征的失配保护电路被集成到所述耦合器中。
8.根据权利要求1所述的用于保护高频功率放大器免受错误结束影响的电路，该高频功率放大器具有高输出功率和高效率，
其特征在于
在所述高频功率放大器的输出端上连接的波导耦合器，所述波导耦合器具有第一检测器二极管(A)和第二检测器二极管(B)，其中所述第一检测器二极管根据施加的功率电平提供第一电压，所述第一电压对应于所馈入的有效功率，所述第二检测器二极管的所输出的第二电压对应于由于失配而被反射的功率，
调节回路，利用所述调节电路由二极管(B)上的电压值与参考电压的差来确定失配的程度，并且根据所述电压差低于或超过给定的参考值Uref，一个或多个高频功率放大器的一个或多个输出级被接通或切断。
9.根据权利要求8所述的保护电路，
其特征在于，
由二极管(A)所提供的电压对应于被馈入到输出端中的有效功率，所述有效功率在调节电路中能够被用于例如在ALC运行中和/或关于温度将放大器的输出功率保持恒定或用作用于监控系统的遥测数据。
10.根据权利要求8所述的保护电路，
其特征在于，
由二极管(B)所提供的电压与在功率放大器的输出端上由于以非理想的阻抗结束而被反射的功率成比例。
11.根据权利要求8所述的保护电路，
其特征在于，
由二极管(B)所提供的电压在相应的放大或处理之后以模拟或数字形式被馈入到电路中，并且在超过预定义的电平Uref时接通或者关断所述输出级。
12.根据上述权利要求中至少一项所述的保护电路，
其特征在于，
波导耦合器的在直通方向上去耦的端口以负载电阻结束。
13.根据上述权利要求中至少一项所述的保护电路，
其特征在于，
在直通方向上去耦的端口对于从功率放大器的输出端所反射的波具有比对于从输出级所馈入的功率更低的耦合衰减。
14.根据权利要求8所述的用于具有两个输出级的高频功率放大器的保护电路，
其特征在于，
输出级的输出借助用作加法器的耦合器来聚集在一起，以及
具有权利要求8的特征的失配保护电路被集成到所述电路中。
15.根据权利要求14所述的保护电路，
其特征在于，
所述耦合器作为分支耦合器以带状导体技术来构造。
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