CN106330349A - 一种基于大功率t/r组件收发信号调理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置及方法，第一环形器，用于在大功率T/R组件发射状态下，其第一端口接收大功率T/R组件大功率发射信号，并将该大功率发射信号从第一环形器的第二端口输出至衰减器；衰减器，用于对接收的大功率发射信号进行衰减并将衰减后的发射信号传输至隔离装置；隔离装置，其第一端口接收衰减后的发射信号；测试系统，在大功率T/R组件接收状态下，激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置第三端口、第二端口进入第一环形器第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。本发明大大提高了收发通道之间的隔离度，有利于提高测试准确度。

Description

一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置及方法
技术领域
本发明涉及信号调理技术领域，具体涉及一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置及方法。
背景技术
T/R组件中主要包含发射通道、接收通道以及驱动控制三个部分，此外还有射频输入输出、低频连接器等组件接口部分。发射通道主要完成射频激励信号的放大，并输出至馈线网络；接收通道将天线接收的回波信号放大，并保证较低的噪声系数；组件的收发开关切换及相位、衰减的控制由驱动控制部分完成。
T/R组件具有通道多、大小功率并存和端口复用等特点，而且指标种类多，需要多种测试仪器才能完成测试。所谓大小功率并存，即发射通道输出功率大、接收通道功率小；就端口复用来说，即发射输出端口也就是接收输入端口，发射输入端口也就是接收输出端口(也有一些T/R组件发射输入端口和接收端口是不同的，但是发射输出端口肯定也是接收输入端口)，当然它是一个分时的工作体制。因此，T/R组件的测试实现较为困难，也非常复杂，大多采用测试系统完成测试，这就需要对收发信号进行调理，然后利用开关网络的切换实现测试通道的搭建，进而完成收发通道性能指标的测试。
由于T/R组件发射信号功率一般较大，无法输入仪器中直接进行测试，发射信号必须进行衰减/耦合调理后才能利用测试仪器进行测试。但是对于T/R组件测试来说，由于收发复用的特性，在对发射输出信号进行调理的同时，不应导致接收输入信号的功率衰减过大(一般不应超过10dB)，否则会发生接收通道的噪声系数、输入端口驻波比测试结果不准确甚至无法测试的情况发生。
根据发射功率的大小，目前一般有几种收发信号调理方法：
1)功率为几瓦量级时，一般采用直接加衰减器/定向耦合器的调理方法；
2)功率为几十瓦量级时，一般采用在开关网络中内置衰减器/定向耦合器、再利用开关切换实现收发分离的调理方法，这种方法的前提是开关能够承受发射功率，但有一定的安全隐患；
3)功率大于百瓦量级时，目前一般采用采用环形器+衰减器的调理方法。
其工作原理为(如图1所示)：在发射状态下，T/R组件的大功率发射信号进入环形器1端口1，利用环形器的定向传输特性，从端口2输出，然后进入衰减器进行衰减，衰减后的发射信号再进入环形器2端口1，并从端口2输出，最后进入测试系统进行发射性能指标的测试；在接收状态下，需要给T/R组件提供接收激励信号。接收激励信号从测试系统中输出，进入环形器2端口2，并从端口3输出，然后进行环形器1端口3，最后从端口1输出。按照上述调理方法，利用环形器的定向传输特性，发射信号被大功率衰减器进行了衰减，而接收输入信号没有经过衰减器，环形器定向传输时插入损耗又非常小，因此，其功率几乎没有被衰减，这样就实现了收发测试通道的分离。
在功率达到千瓦量级以后，通过接收输入通道泄露的发射信号功率与通过发射输出通道衰减后的发射信号功率相比不能忽略，甚至二者相当，也就是说实际上测试了来源于两个途径发射信号的矢量迭加信号，这样发射测试准确度较差。
具体原因就在于环形器的泄露，其隔离度指标只有20dB。在1000W的发射功率下，如果衰减器的衰减量为40dB，那么在不考虑环形器正向传输插入损耗的前提下，经过发射衰减通道到达测试系统输入端口的功率为20dBm；与此同时，由于环形器的泄露，经过两级环形器泄露后，通过接收输入通道泄露到达测试系统输入端口的功率也为20dBm，二者功率基本相等。这样在发射测试时，因为二者频率相等，两路信号的功率会发生矢量合成，测试结果明显会有偏差，最大比实际值偏大3dB。当然，也可能偏小。
T/R组件的发展趋势之一是发射功率越来越大，那么在测试过程中，如何实现大功率T/R组件(如峰值功率超过1k瓦)收发信号的调理，同时保证测试的准确度和安全性，这都是本发明要解决的技术问题。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置及方法，，本发明引入单刀双掷开关，利用其高隔离度指标进一步实现收发分离，并避免了泄露信号对发射测试的影响。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置，包括：
第一环形器，用于在大功率T/R组件发射状态下，其第一端口接收大功率T/R组件大功率发射信号，并将该大功率发射信号从第一环形器的第二端口输出至衰减器；
衰减器，用于对接收的大功率发射信号进行衰减并将衰减后的发射信号传输至隔离装置；
隔离装置，其第一端口接收衰减后的发射信号，通过其高隔离度指标进一步实现对信号的收发分离，发射信号通过隔离装置的第三端口进入测试系统进行发射性能指标的测试；
测试系统，在大功率T/R组件接收状态下，激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置第三端口、第二端口进入第一环形器第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
进一步的，所述激励信号从测试系统中输出后，通过隔离装置第三端口、第二端口进入第二环形器第三端口，第二环形器的第一端口输出，再进入第一环形器第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
上述方案中增加第二环形器的目的是利用其20dB反向隔离作用，这样泄露信号功率只有20dBm，不会发生安全性问题。
进一步的，所述隔离装置为单刀双掷开关。
进一步的，所述测试系统包括开关网络及与开关网络相连接的测试仪器。
进一步的，所述T/R组件发射输出端口与接收输入端口为同一个端口。
进一步的，衰减器的衰减量的选择时在测试系统中开关网络可以承受的发射功率前提下，衰减量越小越好。
进一步的，衰减器的衰减量的选择最小衰减量时，发射信号经衰减后功率小于1W，以此为原则计算出的衰减量为最小衰减量。
一种基于大功率T/R组件收发信号调理方法，包括以下步骤：
在发射状态下，T/R组件的大功率发射信号进入第一环形器的第一端口，利用环形器的定向传输特性，从其第二端口输出；
第二端口输出的发射信号进入衰减器进行衰减，衰减后的发射信号再进入隔离装置的第一端口；
通过隔离装置的第三端口进入测试系统进行发射性能指标的测试；
在接收状态下，需要给T/R组件提供接收激励信号，接收激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置的第三端口、第二端口进入第一环形器的第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
进一步的，在接收状态下时，接收激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置的第三端口、第二端口进入第二环形器的第三端口，然后从第二环形器的第一端口输出第一环形器的第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
本发明的有益效果：
本发明引入单刀双掷开关，利用其高隔离度指标进一步实现收发分离，并避免了泄露信号对发射测试的影响。本申请优选选择单刀双掷开关，因为结构简单又能完成相应的功能，用单刀多掷(如4、6等)来替换单刀双掷开关也是可以的，但是体积大、成本高。
需要说明的是，单刀双掷开关不能用开关网络中的开关替代，因为作用不同，开关网络中的开关主要用于测试通道切换和搭建，开关网络与被测件端口是一对一连接。单刀双掷开关的使用，是因为调理的原因，一个发射输出(接收输入)端口在进入开关前分成了两个端口。
本发明在测试系统中开关网络可以承受的发射功率前提下，衰减器应选择尽可能小的衰减量。此处的“尽可能小”需要满足的是：发射信号经衰减后功率小于1W，以此为原则计算出的衰减量为最小衰减量。
本发明改变了现有方案中第二级环形器的作用，主要用于进一步衰减通过接收输入通道泄露的发射信号功率。
本发明大大提高了收发通道之间的隔离度，有利于提高测试准确度。
本发明来源于接收输入通道的泄露发射信号的功率不会超过测试仪器承受功率的上限，因为测试仪器的承受功率一般为1W(30dBm)，对于千瓦级发射信号经40dB衰减后，功率不会超过1W(30dBm)，因此，即使测试系统中的开关网络发生开关切换故障，也不会导致测试仪器烧毁。
附图说明
图1现有方案的收发信号调理方法原理框图；
图2本发明的收发信号调理方法原理框图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
本申请与现有技术二者最大的不同是引入了一个单刀双掷开关，利用其隔离度较高的特性，避免了发射泄露信号对发射测试的影响。
本发明在具体实施时，主题之一是一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置，包括：
第一环形器，用于在大功率T/R组件发射状态下，其第一端口接收大功率T/R组件大功率发射信号，并将该大功率发射信号从第一环形器的第二端口输出至衰减器；
衰减器，用于对接收的大功率发射信号进行衰减并将衰减后的发射信号传输至隔离装置；
隔离装置，其第一端口接收衰减后的发射信号，通过其高隔离度指标进一步实现对信号的收发分离，发射信号通过隔离装置的第三端口进入测试系统进行发射性能指标的测试；
测试系统，在大功率T/R组件接收状态下，激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置第三端口、第二端口进入第一环形器第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
激励信号从测试系统中输出后，通过隔离装置第三端口、第二端口进入第二环形器第三端口，第二环形器的第一端口输出，再进入第一环形器第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
上述方案中增加第二环形器的目的是利用其20dB反向隔离作用，这样泄露信号功率只有20dBm，不会发生安全性问题。
其中，隔离装置为单刀双掷开关。
测试系统包括开关网络及与开关网络相连接的测试仪器。
T/R组件发射输出端口与接收输入端口为同一个端口。
衰减器的衰减量的选择时在测试系统中开关网络可以承受的发射功率前提下，衰减量越小越好。
其工作原理为(如图2所示)：在发射状态下，T/R组件的大功率发射信号进入环形器1端口1，利用环形器的定向传输特性，从端口2输出，然后进入衰减器进行衰减，衰减后的发射信号再进入单刀双掷开关1端口，最后通过单刀双掷开关C端口进入测试系统进行发射性能指标的测试；在接收状态下，需要给T/R组件提供接收激励信号。接收激励信号从测试系统中输出，通过单刀双掷开关C端口、2端口进入环形器2端口3，然后从端口1输出，再进入环形器1端口3，最后从端口1输出。按照上述调理方法，利用环形器的定向传输特性，发射信号被大功率衰减器同样进行了衰减，而接收输入信号没有经过衰减器，而环形器定向传输时插入损耗非常小，因此，其功率几乎没有被衰减，这样就实现了收发测试通道的分离。更重要的是，在发射功率为1000W、衰减器衰减量为40dB的前提下，在不考虑环形器正向传输插入损耗的前提下，到达单刀双掷开关1、2端口的功率也同样为20dBm，但是开关有很好的隔离度，比如有些开关在DC～12GHz隔离度指标高达85dB,这样最终通过泄露到达测试系统的发射信号只有-65dBm，它的功率忽略不计(只相当于正向传输信号功率的1/316227766)，这样对测试结果不会发生影响。
其实从原理上讲，不引入环形器2也是可以的，但是如果没有环形器2，在发射功率为1000W时，泄露到开关的发射信号功率会有40dBm(10W)，虽然开关可以承受，但是一旦发生切换错误或故障，就有可能烧毁测试仪器。从测试安全的角度考虑才引入了环形器2，利用其20dB反向隔离作用，这样泄露信号功率只有20dBm，不会发生安全性问题。
另外，对于衰减器的衰减量的选择也是有一定讲究的。那就是在测试系统中开关网络可以承受的发射功率前提下，衰减量越小越好，这样到达系统输入端口的功率就越大，也就更能增大正向传输功率与泄露功率的比值，从而尽量避免泄露信号对发射测试的影响。
本发明在具体实施时，主题之一是一种基于大功率T/R组件收发信号调理方法，具体包括：
在发射状态下，T/R组件的大功率发射信号进入第一环形器的第一端口，利用环形器的定向传输特性，从其第二端口输出；
第二端口输出的发射信号进入衰减器进行衰减，衰减后的发射信号再进入隔离装置的第一端口；
通过隔离装置的第三端口进入测试系统进行发射性能指标的测试；
在接收状态下，需要给T/R组件提供接收激励信号，接收激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置的第三端口、第二端口进入第一环形器的第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
在接收状态下时，接收激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置的第三端口、第二端口进入第二环形器的第三端口，然后从第二环形器的第一端口输出第一环形器的第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置，其特征是，包括：
第一环形器，用于在大功率T/R组件发射状态下，其第一端口接收大功率T/R组件大功率发射信号，并将该大功率发射信号从第一环形器的第二端口输出至衰减器；
衰减器，用于对接收的大功率发射信号进行衰减并将衰减后的发射信号传输至隔离装置；
隔离装置，其第一端口接收衰减后的发射信号，通过其高隔离度指标进一步实现对信号的收发分离，发射信号通过隔离装置的第三端口进入测试系统进行发射性能指标的测试；
测试系统，在大功率T/R组件接收状态下，激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置第三端口、第二端口进入第一环形器第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
2.如权利要求1所述的一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置，其特征是，所述激励信号从测试系统中输出后，通过隔离装置第三端口、第二端口进入第二环形器第三端口，第二环形器的第一端口输出，再进入第一环形器第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
3.如权利要求1或2所述的一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置，其特征是，所述隔离装置为单刀双掷开关。
4.如权利要求1所述的一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置，其特征是，所述测试系统包括开关网络及与开关网络相连接的测试仪器。
5.如权利要求1所述的一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置，其特征是，所述T/R组件发射输出端口与接收输入端口为同一个端口。
6.如权利要求1所述的一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置，其特征是，衰减器的衰减量的选择时在测试系统中开关网络可以承受的发射功率前提下，衰减量越小越好。
7.如权利要求6所述的一种基于大功率T/R组件收发信号调理装置，其特征是，衰减器的衰减量的选择最小衰减量时，发射信号经衰减后功率小于1W，以此为原则计算出的衰减量为最小衰减量。
8.一种基于大功率T/R组件收发信号调理方法，其特征是，包括以下步骤：
在发射状态下，T/R组件的大功率发射信号进入第一环形器的第一端口，利用环形器的定向传输特性，从其第二端口输出；
第二端口输出的发射信号进入衰减器进行衰减，衰减后的发射信号再进入隔离装置的第一端口；
通过隔离装置的第三端口进入测试系统进行发射性能指标的测试；
在接收状态下，需要给T/R组件提供接收激励信号，接收激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置的第三端口、第二端口进入第一环形器的第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
9.如权利要求8所述的一种基于大功率T/R组件收发信号调理方法，其特征是，在接收状态下时，接收激励信号从测试系统中输出，通过隔离装置的第三端口、第二端口进入第二环形器的第三端口，然后从第二环形器的第一端口输出第一环形器的第三端口，最后从第一环形器的第一端口输出至大功率T/R组件。
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