CN105958954B - 一种微波无源合成放大系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涉及微波放大器及扩频通信技术领域，特别涉及一种微波无源合成放大系统及方法。利用周期信号的可叠加特性，发明了一种能够合成周期信号进行放大而无需直流偏置电路的放大器，包括：输入端口、功率合成器、单刀双掷开关、延时电路、输出端口；避免了传统放大器一样使用有源器件，减少了直流功耗和热损耗，无需额外散热设计，简化了电路结构，在保证高精度的情况下，实现了周期信号的无失真合成，输出非连续的放大信号，控制放大幅度方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种涉及微波放大器及扩频通信技术领域，特别涉及一种微波无源合成放大系统及方法。
背景技术
射频与微波放大器作为无线通信或雷达系统中最重要的模块，对于整个系统的性能有着非常重要的影响。传统放大器为有源晶体管或者电子管放大器，直流偏置电路对其放大性能和指标有着重要作用，但是会消耗直流功率,带来热损耗,增加电路的复杂程度，而且在高频工作时还会对电路造成一定的干扰。因此，利用周期信号的可叠加特性，开发一种能够合成周期信号进行放大而无需直流偏置电路的放大系统和方法，对于简化电路、提高电路性能有着非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种为了实现无需直流偏置电路放大合成周期信号的系统及方法。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种微波无源合成放大器系统，其特征在于，包括以下模块：输入端口：传输周期信号到功率合成器；功率合成器： 将周期信号与延时电路输出的延时信号进行功率合成并输出合成信号到开关模块；单刀双掷开关：根据控制信号将合成信号输出到延时电路或输出端口；延时电路：将合成信号转换为无失真或类无失真的延时信号；输出端口：通过负载输出满足的非连续周期的合成信号
进一步的，所述模块间的连接采用微带线连接，有效地降低导线对信号的延迟作用，满足信号的合成需求。
进一步的，所述延时电路采用3dB分支电桥，3dB分支电桥的输入端作为延时电路输入端，其隔离端作为延时电路输出端，其直通端口和耦合端口短路到地，可以通过直通端和耦合端短路到地产生的信号反射增加信号传播路径长度，，避免传统使用传输线延迟导致的传输线长度过长的问题，同时隔离端几乎没有信号输出，由于终端短路，信号从短路端反射回来进行合成，由于π/2相差的存在，反射信号不是回到输入端口，而是合成到隔离端，电磁信号在整个路径中传播产生延时，相对于只用传输线的电长度产生延时，此结构长度缩短了一半，有利于提高放大器效率，便于系统集成。
进一步的，所述功率合成器使用威尔金森功分器，威尔金森功分器反向接入系统作为功率合成器使用，避免了使用合路器带宽过小的问题。
一种微波无源合成放大方法，输入的周期信号延时为延时信号后再与周期信号合成为放大后的合成信号，通过控制信号控制合成时间和合成信号的输出时间，控制信号为方波信号。
进一步的，控制信号一个周期内合成时间为延时时间的N倍，N为正整数，所述输出时间等于延时时间。
进一步的，周期信号与延迟信号为相位相同的同相信号，以保证信号同相叠加，合成后的信号幅度增大，实现功率完美合成。
本发明中，系统在初始时，单刀双掷开关在控制信号控制下，单刀双掷开关连接到延迟电路，周期信号经功率合成器第一输入端和延迟电路后再输入到功率合成器的第二输入端，功率合成器将延迟后的信号与输入端口的周期信号进行合成，合成时间为延迟电路的延迟时间的N倍，N为正整数，使得功率合成器同相叠加，实现功率合成，调整N控制合成时间可以实现重复合成，控制放大倍数；合成时间结束后，控制信号切换电平，进入输出时间，单刀双掷开关切换连接到输出端口，通过输出负载将功率合成器的输出信号直接输出为合成信号；输出时间等于延迟时间，保证合成信号输出的完整性。重复上述过程，得到放大后的非连续周期信号。
综上所述，本发明避免了传统放大器一样使用有源器件，减少了直流功耗和热损耗，简化了电路结构，在保证高精度的情况下，实现了周期信号的无失真合成，输出非连续的放大信号，控制放大幅度方便。
附图说明：
图1为本发明的原理结构图；
图2为本发明的实施例图；
图3为本发明的实施例功率合成结果；
图4为本发明的实施例延迟结果；
图5为本发明的实施例整体结果。
图中标记：1为周期信号源，2为功率合成器，3为单刀双掷开关，4为控制信号源，5为输出负载，6为延迟电路。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
如图2所述，以一个中心频率为10GHz，使用的传输线为微带线，基板为rogers5880的微波无源合成放大器为例来详细阐述本发明的技术方案：
该放大器结构原理如图1所示，整体结构如图2所示，初始状态下，连接功率合成器2输出端口的单刀双掷开关3是打到延迟电路6这里的，此时可以视为功率合成器2与延迟电路6相连接，开关的另一端口与输出负载5相连接。信号从周期信号源1产生，从功率合成器2的一个输入端口输入，经过功率合成器2到达延迟电路6，再经过延迟电路6到达功率合成器2的另一输入端口，此时功率合成器2两个端口都有信号输入，通过控制整个回路的延迟时间为信号周期的整数倍来使功率合成器两输入端的信号同相叠加，从而实现功率合成。由于单刀双掷开关3是由控制信号源4控制的，当达到一定的合成次数过后，控制信号改变电平，使开关打到输出负载5上，从而将放大后的信号输出到输出负载5上，再经过一个回路延迟的时间即输出时间，放大的信号已经全部输出，此时再次改变控制信号的电平，使开关回到原来的位置，连接延迟电路6和功率合成器2的输出端。在这个过程中，将多个周期的信号叠加到一个一个周期上，实现了放大。周而复始，得到放大的非连续周期信号。
图3为功率合成器的信号合成图形，m2为输入信号的幅度值，m1为合成后的信号幅度值，通过计算可以看到信号基本为无损合成。
图4为延迟电路的信号延迟图，从图中可以看到，输出信号相对于输入信号经过了一定的延时，延迟时间约为1ns左右，在输出信号的前端，波形有略微失真，当整体延时较长时可以忽略。
图5为整体结构的仿真结果，仿真中使用的输入信号为10GHz正弦波，方波控制信号周期为12.9ns,环路延时为4.3ns，总共合成三次，合成效率约为65%，幅度放大倍数约为1.4，还可以看到，原本连续的信号变成了经过放大的脉冲调制信号。
Claims (7)
1.一种微波无源合成放大系统，其特征在于，包括以下模块：
输入端口：传输周期信号到功率合成器；
功率合成器：将周期信号与延时电路输出的延时信号进行功率合成并输出合成信号到开关模块；
单刀双掷开关：根据控制信号将合成信号输出到延时电路或输出端口；
延时电路：将合成信号转换为无失真或类无失真的延时信号；
输出端口：通过负载输出满足的非连续周期的合成信号。
2.根据权利要求1所述的一种微波无源合成放大系统，其特征在于，所述模块间的连接采用微带线连接。
3.根据权利要求1所述的一种微波无源合成放大系统，其特征在于，所述延时电路采用3dB分支电桥，3dB分支电桥的输入端作为延时电路输入端，其隔离端作为延时电路输出端，其直通端口和耦合端口短路到地。
4.根据权利要求1所述的一种微波无源合成放大系统，其特征在于，所述功率合成器使用威尔金森功分器，威尔金森功分器反向接入系统作为功率合成器使用。
5.一种微波无源合成放大方法，其特征在于，输入的周期信号延时为延时信号后与周期信号合成为放大后的合成信号，通过控制信号控制合成时间和合成信号的输出时间，控制信号为方波信号；具体为：
信号从周期信号源产生，从功率合成器的一个输入端口输入，经过功率合成器到达延迟电路，再经过延迟电路到达功率合成器的另一输入端口，此时功率合成器两个端口都有信号输入，通过控制整个回路的延迟时间为信号周期的整数倍来使功率合成器两输入端的信号同相叠加，从而实现功率合成；由于单刀双掷开关是由控制信号源控制的，当达到一定的合成次数过后，控制信号改变电平，使开关打到输出负载上，从而将放大后的信号输出到输出负载上，再经过一个回路延迟的时间即输出时间，放大的信号已经全部输出，此时再次改变控制信号的电平，使开关回到原来的位置，连接延迟电路和功率合成器的输出端。
6.根据权利要求5所述的一种微波无源合成放大方法，其特征在于，所述控制信号一个周期内合成时间为延时时间的N倍，其中N为正整数，所述输出时间等于延时时间。
7.根据权利要求5所述的一种微波无源合成放大方法，其特征在于，所述周期信号与延时信号为相位相同的同相信号。
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