CN107248848A - 一种ehf频段高线性固态大功率放大器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种EHF频段高线性固态大功率放大器装置，涉及EHF频段卫星通信领域中上行信道设备。它由双模衰减器、预失真线性化放大器、固态大功率放大器、耦合检波器、监控单元等部件组成。所述的固态大功率放大器采用径向线空间功率合成技术，实现EHF频段大功率输出；所述的预失真线性化放大器采用基于二极管的模拟预失真多环电路结构，实现超低三阶交调性能；所述的双模衰减器具有数字衰减、弄你衰减以及信号检测功能；所述的双模衰减器、耦合检波器、监控单元共同作用，能实现自动增益或电平控制。本发明还具有结构紧凑、集成度高、重量轻、功耗低、工作温度宽的特点，特别适用于作EHF频段卫星通信微波信道的功率放大器装置。
Description
技术领域
本发明涉及EHF频段卫星通信领域中一种EHF频段高线性大功率放大器，特别适用于作EHF频段毫米波卫星通信信道的功率放大器装置。
背景技术
随着卫星通信的发展，C、Ku频段逐渐饱和，开始走向更高的频段Ka、EHF频段，Ka频段目前得到广泛的应用，EHF频段卫星通信系统作为下一代卫星通信系统，具有频率高、可用带宽宽、保密性高、抗核爆等特点，其应用前景很大。目前通信系统中功率放大器的功率大小限制通信的容量，线性度的好坏限制通信的质量，改善功率放大器的线性度有利于增加功率放大器的效率。EHF频段放大器芯片的线性和功率输出大小受限，而原有的合成方式和线性化方式在此频段应用，效率低，损耗大，不利于实际使用。因此研制EHF频段高线性大功率放大器装置作为卫星上行信道对上行调制信号进行功率放大，满足通信系统传输要求，成为需要解决的关键技术。
发明内容
本发明的目的是避免上述背景技术中的不足之处而提供的一种采用空间功率合成技术和预失真线性化技术满足卫星通信地面站功率放大的EHF频段固态高线性大功率放大器装置，本发明具有合成效率高、线性度好、功耗低，能够在恶劣的环境下正常工作，还具有集成化程度高、重量轻、结构紧凑、体积小、性能稳定可靠、工作温度范围宽等特点。
本发明的目的是这样实现的：
一种EHF频段高线性固态大功率放大器装置，包括监控单元105、电源106、风机107、双模衰减器101、预失真线性化放大器102、固态大功率放大器103和耦合检波器104；
所述的双模衰减器101由输入端口1接收外部输入的EHF频段信号，将EHF频段信号在由出入端口3接收的衰减数据的控制下进行衰减，将衰减后的EHF频段信号由输出端口2输出至预失真线性化放大器102的输入端口1；并对输入的EHF频段信号进行检波，得到输入端检波数据，将输入端检波数据由出入端口3输出至监控单元105的出入端口1；
预失真线性化放大器102将衰减后的EHF频段信号在由输入端口3接收的预失真控制数据的控制下进行失真并放大，将失真后的EHF频段信号由输出端口2输出至固态大功率放大器103的输入端口1；
固态大功率放大器103将失真后的EHF频段信号进行放大，将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出至耦合检波器104的输入端口1；并将检测的温度和电流信号由输出端口3输出至监控单元105的出入端口1；
耦合检波器104将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出；并对输入和输出的EHF频段信号进行检波，将输出端的正向检波数据和反向检波数据由输出端口3输出至监控单元105的出入端口1；
监控单元105由出入端口2接收外部输入的衰减数据、预失真控制数据和电源控制数据，并将衰减数据由出入端口1输出至双模衰减器101的输入端口3，将预失真控制数据由出入端口1输出至预失真线性化放大器102的输入端口3，将电源控制数据由出入端口1输出至电源106的输入端口5；并接收到的电流、温度以及正向检波数据和反向检波数据的功率由出入端口2输出至外部；
电源106由输入端口1接收外部输入的220V交流电源，并由输出端口2输出+V1电压，由输出端口3输出-V电压、由输出端口4输出+V2电压，各个电压与各部件相应电源端并接，提供各部件工作电压；并在由输入端口5接收的电源控制数据的控制下对风机107和固态大功率放大器103的工作通断进行控制。
其中，预失真线性化器102包括第一耦合器209、第一延迟传输线210、第二耦合器211、分路器212、第二延迟传输线213、合路器214、反相电桥215、第一微处理器216、增益放大器217、第一接口电路218、混频二极管D1和D2、电阻R1-R6、电容C1和C2、可变增益放大器A1、可变衰减器ATT1和可变相位器PH1；所述的第一耦合器209的输入端口1与双模衰减器101的输出端口2连接，接收衰减后的EHF频段信号，将衰减后的EHF频段信号分成两路信号，其中一路由输出端口2输出至第一延迟传输线210的输入端口1，另一路由输出端口3输出至分路器212的输入端口1；第一延迟传输线210将其中一路分路后的EHF频段信号进行延迟后由输出端口2输出至第二耦合器211的输入端口1；分路器212将另一路分路后EHF频段信号再分为两路，将其中一路由输出端口2输出至第二延迟传输线213的输入端口1，另一路由输出端口3输出至反相电桥215的输入端口1；第二延迟传输线213将输入的再次分路后的一路EHF频段信号进行延迟后由输出端口2输出至合路器214的输入端口1；反相电桥215的输入端口3与二极管D2、电容C2、电阻R3、电阻R4一端连接，反相电桥215的输入端口4与二极管D1、电容C1、电阻R1、电阻R2一端连接，二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电阻R2、电阻R3另一端接地，电阻R1、电阻R4另一端与+V2连接，电阻R1、R2和电阻R3、R4对+V2进行分压，电容C1、C2为二极管D1、D2进行滤波；二极管D1、D2被EHF频段信号激励产生非线性信号，反相电桥215将非线性信号由输出端口2输出至可变衰减器ATT1的输入端口1；可变衰减器ATT1将非线性信号在输入端口3接收的衰减控制信号的控制下进行衰减后，将衰减后的非线性信号由输出端口2输出至可变相位器PH1的输入端口1；可变相位器PH1将衰减后的非线性信号在由输入端口3接收的相位控制信号的控制下进行信号相位调整，并由输出端口2将相位调整后的非线性信号输出至合路器214的输入端口3；合路器214将相位调整后的非线性信号与延迟后的EHF频段信号进行合成，将合成的非线性EHF频段信号由输出端口2输出至可变增益放大器A1的输入端口1；可变增益放大器A1将非线性EHF频段信号在由输入端口3接收的幅度控制信号的控制下放大到预设幅度，由输出端口2输出至第二耦合器211的输入端口3；第二耦合器211将幅度放大后的非线性EHF频段信号与其中一路延迟后的EHF频段信号经过合成形成预失真的EHF频段信号，由输出端口2输出至增益放大器217的输入端口1；增益放大器217的端口4与电阻R5、R6中间接点连接，电阻R5另一端与-V电压端连接，电阻R6另一端接地端，电阻R5、R6对-V电压进行分压，为增益放大器217提供预设工作负电压，增益放大器217的端口3与+V1电压端连接，为增益放大器217提供正电压，增益放大器217的输出端口2将预失真的EHF频段信号放大后由输出端口2输出至固态大功率放大器103的输入端口1；第一接口电路218的输入端口2与监控单元105的出入端口1相连，接收监控单元105的预失真控制数据，并将预失真控制数据中的衰减控制信号、相位控制信号和幅度控制信号分别由输出端口3、输出端口2和输出端口1一一对应输出至可变衰减器ATT1、可变相位器PH1和可变增益放大器A1。
其中，固态大功率放大器103包括隔离器319、第一放大器320、均衡器321、第一双路合成放大器322、径向线功率分配器323、第二至第十三双路合成放大器324-335、径向线功率合成器336；所述隔离器319的输入端口1与预失真放大器102的输出端口2连接，输入失真后的EHF频段信号，隔离器319将失真后的EHF频段信号由输出端口2输出至第一放大器320的输入端口1；第一放大器320的端口3与+V1电压端连接，端口4与电阻R7、R8中间接点连接，电阻R7另一端与-V电压端连接，电阻R8另一端接地端，电阻R1、R2对-V电压进行分压，为第一放大器320提供预设工作负电压，第一放大器320将失真后的EHF频段信号进行放大，将放大后EHF频段信号由输出端口2输出至均衡器321的输入端口1；均衡器321将放大后EHF频段信号进行均衡，将均衡后的EHF频段信号由输出端口2输出到第一双路合成放大器322的输入端口1；第一双路合成放大器322将均衡后的EHF频段信号进行功率放大，将功率放大后的EHF频段信号由输出端口2输出至径向线功率分配器323的输入端口1；径向线功率分配器323将功率放大后的EHF频段信号分成十二路分别由输出端口2-13一一对应输出至第二至第十三双路合成放大器324-335的输入端口1；第二至第十三双路合成放大器324-335分别将各自输入的分路后的EHF频段信号再次进行放大后由输出端口2输出至径向线功率合成器336的输入端口2-13；第一双路合成放大器322和第二至第十三双路合成放大器324-335的输出端口3均与监控单元105的出入端口1连接，将检测的温度和电流信号输出至监控单元105；径向线功率合成器336将输入的十二路经过分路放大后的EHF频段信号合成一路放大后的EHF频段信号，由输出端口1输出至耦合检波器104的输入端口1。
其中，第一双路合成放大器322包括输入3dB电桥437、第二放大器438、第三放大器439、输出3dB电桥440、检流电路441、第二微处理器442、第二接口电路443和温度传感器444；所述输入3dB电桥437的输入端口1与均衡器321的输出端口2连接，接收均衡后的EHF频段信号；输入3dB电桥437将均衡后的EHF频段信号分成两路分别由输出端口2和输出端口3一一对应输出至第二放大器438的输入端口1和第三放大器439的输入端口1；第二放大器438的端口3电阻R13一端连接，端口4与电阻R9、R10中间接点连接，电阻R9另一端与-V电压端连接，电阻R10另一端接地端，电阻R9、R10对-V1电压进行分压，为第二放大器438提供预设工作负电压，第二放大器438将分路后的EHF频段信号进行功率放大，由输出端口2将功率放大后的EHF频段信号输出至输出3dB电桥440的输入端口2；第三放大器439的端口3与电阻R13一端连接，端口4与电阻R11、R12中间接点连接，电阻R11另一端与-V电压端连接，电阻R12另一端接地端，电阻R11、R12对-V1电压进行分压，为第三放大器439提供预设工作负电压，第三放大器439将分路后的EHF频段信号进行功率放大，由输出端口2将功率放大后的EHF频段信号输出至输出3dB电桥440输入端口3；输出3dB电桥440将输入的两路信号合成一路，将合成后的EHF频段信号由输出端口2输出至径向线功率分配器323的输入端口1；检流电路441的端口2、R13另一端与+V1电压端连接；检流电路441将检测的电流信号由输出端口1输出至第二微处理器442输入端口1；温度传感器444将检测的温度信号由输出端口1输出至第二微处理器442输入端口2；第二微处理器442将电流信号和温度信号由模拟信号转换为数字信号，由输出端口3输出至第二接口电路443；第二接口电路443将转换后的电流信号和温度信号由输出端口2输出至监控单元105。
其中，耦合检波器104包括第一十字耦合器545、大功率隔离器546、第二十字耦合器547、运放548、第三微处理器549和第三接口电路550；所述第一十字耦合器545输入端口1与固态大功率放大器103输出端口2相连，接收放大后的EHF频段信号；第一十字耦合器545将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出到大功率隔离器546输入端口1，由输出端口3将正向耦合信号输出至检波二极管D3的一端；检波二极管D3另一端与电阻R14连接，电阻R14另一端与运放548的输入端口1连接；检波二极管D3对正向耦合信号进行检波，将正向检波数据经电阻R14输出至运放548；大功率隔离器546将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出至第二十字耦合器547输入端口1；第二十字耦合器547将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出到天线，由输出端口3将反向耦合信号输出至检波二极管D4的一端；检波二极管D4另一端与电阻R15连接，电阻R15另一端与运放548的输入端口2连接；检波二极管D4对反向耦合信号进行检波，将反向检波数据经电阻R15输出至运放548；运放548对输入的正向检波数据和反向检波数据进行矫正，由输出端口3将矫正的反向检波数据输出至第三微处理器549输入端口2，由输出端口4将矫正的正向检波数据输出至第三微处理器549输入端口1；第三微处理器549将输入的矫正的正向检波数据和反向检波数据进行模数转换，由输出端口3将转换后的正向检波数据和反向检波数据输出至第三接口电路550输入端口1；经第三接口电路550的输出端口2输出至监控单元105输入端口1。
其中，双模衰减器101包括数控衰减器651、二分路器652、模拟衰减器653、第四微处理器654、第四接口电路655和检波二极管D5；所述数控衰减器651的输入端口1接收外部输入的EHF频段信号，将EHF频段信号在由输入端口3接收的数控衰减控制信号的控制下进行数控衰减，经数控衰减后的EHF频段信号由输出端口2输出到二分路器652的输入端口1；二分路器652将数控衰减后的EHF频段信号等分两路，其中一路由输出端口3输出至检波二极管D5，转变为输入端检波数据，再通过电阻R16输出到第四微处理器654的输入端口2；另外一路由二分路器652输出端口2输出至模拟衰减器653的输入端口1；模拟衰减器653将分路后的EHF频段信号在由输入端口3接收的模拟衰减控制信号的控制下再次进行衰减，将再次衰减后的EHF频段信号由输出端口2输出至预失真线性化放大器102的输入端口1；第四微处理器654由输出端口1输出数控衰减控制信号至数控衰减器651，由输出端口3输出模拟衰减控制信号至模拟衰减器653的输入端口3，由出入端口4输出输入端检波数据至第四接口电路655的输入端口1；第四接口电路655将输入端检波数据进行信号变换后由出入端口2输出至监控单元105，并接收监控单元105的衰减数据，由出入端口1经第四接口电路655输出至第四微处理器654的出入端口4。
其中，第二至第十三双路合成放大器324-335与第一双路合成放大器322电路结构相同。
本发明与背景技术相比有以下优点：
1.本发明采用预失真线性化放大器102通过基于二极管的模拟预失真多环结构技术实现了改善大功率输出的线性度，该项线性化具有带宽宽、改善大的优点，可以提高了功放的效率。
2.本发明采用固态大功率放大器103通过径向线空间功率合成技术实现了十二路EHF频段信号的功率合成，该项合成技术具有带宽宽、损耗低的优点，可以最大限度地利用功放管的输出功率；当一路器件损毁时不会影响其它分支路的正常工作，不会对通信传输造成中断，提高了系统的工作可靠性。
3.本发明采用耦合检波104通过双十字耦合实现功放信号正反向耦合信号输出，通过运放电路实现检波曲线矫正成线性，方便检测功率信号的参数校准。
4.本发明采用双模衰减器通过输入信号的检测，反馈到监控单元，与输出信号检测的对比，实现功放整机的增益自动控制和输出电平自动控制。
5.本发明结构简单、紧凑、重量轻、体积小、整机调试工作量小、性能稳定可靠，能够在恶劣环境-40℃～55℃条件下正常工作，工作温度范围宽，性价比高，具有推广应用价值。
附图说明
图1是本发明的电原理框图；
图2是本发明预失真线性化放大器的电原理框图；
图3是本发明固态大功率放大器的电原理框图；
图4是本发明第一双路合成模块的电原理框图；
图5是本发明耦合检波器的电原理框图；
图6是本发明双模衰减器的电原理框图。
具体实施方式
参照图1至图6，本发明包括双模衰减器101、预失真线性化放大器102、固态大功率放大器103、耦合检波器104、监控单元105、电源106和风机107。图1是本发明的电原理方框图，实施例按图1连接线路，所述的双模衰减器101由输入端口1通过2.92-k与端口A连接，接收外部输入的EHF频段信号，将EHF频段信号在由出入端口3通过数据线接收的衰减数据的控制下进行衰减，将衰减后的EHF频段信号由输出端口2输出至预失真线性化放大器102的输入端口1；并对输入的EHF频段信号进行检波，得到输入端检波数据，将输入端检波数据由出入端口3输出至监控单元105的出入端口1；双模衰减器101可根据系统要求实现功放增益自身调整，还能实现根据温度变化通过监控单元105的控制实现传输信道的增益稳定性和ALC状态下根据输出功率变化情况通过监控单元104的控制实现输出功率的自动校准。实施例双级衰减器101采用市售HMC985、NC-13124C-2550衰减器制作。
预失真线性化放大器102将衰减后的EHF频段信号在由输入端口3接收的预失真控制数据的控制下进行失真并放大，将失真后的EHF频段信号由输出端口2输出至固态大功率放大器103的输入端口1；
固态大功率放大器103将失真后的EHF频段信号进行放大，将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出至耦合检波器104的输入端口1；并将检测的温度和电流信号由输出端口3输出至监控单元105的出入端口1；
耦合检波器104将放大后的EHF频段信号由输出端口2通过WR28波导与端口B连接，进行输出；并对输入和输出的EHF频段信号进行检波，将输出端的正向检波数据和反向检波数据由输出端口3输出至监控单元105的出入端口1；实施例耦合检波器104采用市售检波二极管MA4E1318制作。
监控单元105由出入端口2接收外部端口C输入的衰减数据、预失真控制数据和电源控制数据，并将衰减数据由出入端口1输出至双模衰减器101的输入端口3，将预失真控制数据由出入端口1输出至预失真线性化放大器102的输入端口3，将电源控制数据由出入端口1输出至电源106的输入端口5；并接收到的电流、温度以及正向检波数据和反向检波数据的功率由出入端口2输出至外部端口C；
电源106由输入端口1接收外部输入的220V交流电源，并由输出端口2输出+V1电压，由输出端口3输出-V电压、由输出端口4输出+V2电压，各个电压与各部件相应电源端并接，提供各部件工作电压；并在由输入端口5接收的电源控制数据的控制下对风机107和固态大功率放大器103的工作通断进行控制。实施例采用市售HPZ300F2206V2-T型开关电源制作。
图2是本发明预失真线性化放大器103的电原理图，实施例按图2连接线路。本发明预失真线性化放大器102其作用是通过多环预失真电路补偿大功率输出时的功放的相位和幅度压缩，包括第一耦合器209、第一延迟传输线210、第二耦合器211、分路器212、第二延迟传输线213、合路器214、反相电桥215、第一微处理器216、增益放大器217、第一接口电路218、混频二极管D1和D2、电阻R1-R6、电容C1和C2、可变增益放大器A1、可变衰减器ATT1和可变相位器PH1；本发明增益放大器217入端3脚接稳压电路216输出的+6.5V电压，入端4脚接电阻R5、R6负电压的分压输出，其作用是对输入信号进行增益放大，提供一定的输出功率以达到推动固态大功率放大器103的目的，实施例采用AMMC5040型功率放大器制作。可变增益放大器A1其作用是实现提取的互调信号的放大，实施例采用XB1005-BD型功率放大器制作。可变衰减器ATT1其作用是实现对产生的互调信号幅度的调整，实施例采用HMC985型衰减器制作。可变相器PH1其作用是实现对产生的互调信号相位的调整，实施例采用NC-15204C-4346SD型移相器制作。混频二极管D1、D2其作用是实现互调信号的产生，实施例采用MA4E2037型二极管制作。第一微处理器216其作用是实现对衰减器ATT1、移相器PH1、可调放大器A1的控制，实施例采用STM32F103T8U6型处理器制作。第一接口电路218其作用是实现接口的变换，实施例采用MAX3051EKA-T型接口电路制作。第一耦合器209、第二耦合器211采用相同的设计方案，结构对称，其作用是分别实现信号的10dB耦合分别实现信号分路和合成，实施例第一耦合器209、第二耦合器211采用0.127mmRogers印制板加工电路，表面镀金。分路器212、合路器214采用相同的设计方案，结构对称，其作用是分别实现信号的等功率分路和合成，实施例第分路器212、合路器214采用0.127mmRogers印制板加工电路，表面镀金。第一延迟传输线210、第二延迟传输线213其作用是分别实现主信号和耦合信号延时，实施例第一延迟传输线210、第二延迟传输线213采用0.127mmRogers印制板加工电路，表面镀金。反相电桥215其作用是混频二极管激励信号合成互调信号，实施例反相电桥215采用0.127mmRogers印制板加工电路，表面镀金。
本发明固态大功率放大器103其作用是通过空间功率合成技术进行功率合成，它由隔离器319、第一放大器320、均衡器321、第一双路合成放大器322、径向线功率分配器323、第二双路合成放大器324、第三双路合成放大器325、第四双路合成放大器326、第五双路合成放大器327、第六双路合成放大器328、第七双路合成放大器329、第八双路合成放大器330、第九双路合成放大器331、第十双路合成放大器332、第十一双路合成放大器333、第十二双路合成放大器334、第十三双路合成放大器335、径向线功率合成器336组成。图3是本发明固态大功率放大器103的电原理图，实施例按图3连接线路。本发明第一放大器320入端3脚接+V1电压，入端4脚接电阻R7、R8负电压的分压输出，其作用是对输入信号进行放大，提供一定的输出功率以达到推动第一双路合成放大器322的目的，实施例采用TGA4522型功率放大器制作。隔离器319其作用是改善端口驻波，避免信号空间耦合，实施例采用BG400-10型隔离器制作。均衡器321其作用是补偿功率放大器的幅频特性，实施例均衡器321采用0.127mmRogers印制板加工电路，表面镀金。径向线功率分配器323、径向线功率合成器336采用相同的设计方案，结构对称，其作用是实现十二路信号的等功率分配和合成，实现大功率输出的目的，实施例径向线功率分配器323、径向线功率合成器336采用黄铜加工的波导，表面镀金。
第一双路合成放大器322、第二双路合成放大器324、第三双路合成放大器325、第四双路合成放大器326、第五双路合成放大器327、第六双路合成放大器328、第七双路合成放大器329、第八双路合成放大器330、第九双路合成放大器331、第十双路合成放大器332、第十一双路合成放大器333、第十二双路合成放大器334、第十三双路合成放大器335采用相同的设计方案，选用相同电路结构形式和器件。
如图4，本发明第一双路合成放大器322其作用是通过3dB波导电桥合成技术进行功率合成输出3W的功率放大器标准模块，它由输入3dB电桥437、第二放大器438、第三放大器439、输出3dB电桥440、检流电路441、第二微处理器442、第二接口电路443、温度传感器444组成，第二放大器438、第三放大器439的入端4脚分别通过相同的分压电阻获得负电压输入，入端3脚均与模块电源106输出+6.5V电压连接，各路放大器的作用均是提供功率增益，获得单管电路的最大输出功率，实施例每个功率放大器各采用一只市售TGA4046型功率放大器制作。检流电路441其作用是实现放大器芯片的电流的检测，实施例采用MAX4137型集成电路制作。温度传感器444其作用是实现放大器芯片的电流的检测，实施例采用18B20型传感器件制作。输入3dB电桥437、输出3dB电桥440采用相同的设计方案，结构对称，其作用是实现二路信号的等功率分配和合成，实现功率合成的目的，实施例输入3dB电桥437、输出3dB电桥440采用黄铜加工的波导，表面镀金。第二微处理器442其作用是实现对模块中电流、温度信息的采集，实施例采用STM32F103T8U6型处理器制作。第二接口电路443其作用是实现接口的变换，实施例采用MAX3051EKA-T型接口电路制作。
如图5，耦合检波器104包括第一十字耦合器545、大功率隔离器546、第二十字耦合器547、运放548、第三微处理器549和第三接口电路550；所述第一十字耦合器545输入端口1与固态大功率放大器103输出端口2相连，接收放大后的EHF频段信号；第一十字耦合器545将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出到大功率隔离器546输入端口1，由输出端口3将正向耦合信号输出至检波二极管D3的一端；检波二极管D3另一端与电阻R14连接，电阻R14另一端与运放548的输入端口1连接；检波二极管D3对正向耦合信号进行检波，将正向检波数据经电阻R14输出至运放548；大功率隔离器546将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出至第二十字耦合器547输入端口1；第二十字耦合器547将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出到天线，由输出端口3将反向耦合信号输出至检波二极管D4的一端；检波二极管D4另一端与电阻R15连接，电阻R15另一端与运放548的输入端口2连接；检波二极管D4对反向耦合信号进行检波，将反向检波数据经电阻R15输出至运放548；运放548对输入的正向检波数据和反向检波数据进行矫正，由输出端口3将矫正的反向检波数据输出至第三微处理器549输入端口2，由输出端口4将矫正的正向检波数据输出至第三微处理器549输入端口1；第三微处理器549将输入的矫正的正向检波数据和反向检波数据进行模数转换，由输出端口3将转换后的正向检波数据和反向检波数据输出至第三接口电路550输入端口1；经第三接口电路550的输出端口2输出至监控单元105输入端口1。
如图6，：双模衰减器101包括数控衰减器651、二分路器652、模拟衰减器653、第四微处理器654、第四接口电路655和检波二极管D5；所述数控衰减器651的输入端口1接收外部输入的EHF频段信号，将EHF频段信号在由输入端口3接收的数控衰减控制信号的控制下进行数控衰减，经数控衰减后的EHF频段信号由输出端口2输出到二分路器652的输入端口1；二分路器652将数控衰减后的EHF频段信号等分两路，其中一路由输出端口3输出至检波二极管D5，转变为输入端检波数据，再通过电阻R16输出到第四微处理器654的输入端口2；另外一路由二分路器652输出端口2输出至模拟衰减器653的输入端口1；模拟衰减器653将分路后的EHF频段信号在由输入端口3接收的模拟衰减控制信号的控制下再次进行衰减，将再次衰减后的EHF频段信号由输出端口2输出至预失真线性化放大器102的输入端口1；第四微处理器654由输出端口1输出数控衰减控制信号至数控衰减器651，由输出端口3输出模拟衰减控制信号至模拟衰减器653的输入端口3，由出入端口4输出输入端检波数据至第四接口电路655的输入端口1；第四接口电路655将输入端检波数据进行信号变换后由出入端口2输出至监控单元105，并接收监控单元105的衰减数据，由出入端口1经第四接口电路655输出至第四微处理器654的出入端口4。
本发明电路中的电阻R、电容C各器件均采用市售通用的相应器件制作。
本发明简要工作原理如下：本发明由双模衰减器101、预失真线性化放大器102、固态大功率放大器103、耦合检波器104、监控单元105、电源106、风机107组成，最大输出功率可达40W，三阶交调在最大功率回退3dB处可达-25dBc。输入信号首先经过双级衰减器101，通过监控单元104的控制实现整机的增益分配，还可根据需要对EHF频段信号进行动态调整以满足系统使用要求，调整后的EHF频段输出信号进入预失真线性化放大器102中，实现信号的预先失真和放大，再经过固态功放模块103实现信号的功率放大已获得额定的输出功率，其输出再次进入耦合检波器104并输出到外部接口B端，耦合检波器104实现传输信号的正、反向功率检测，通过和监控单元105共同作用，实现设备自身的控制和保护功能。
本发明的安装结构如下：把图1中双模衰减器101、预失真线性化放大器102、固态大功率放大器103、耦合检波器104、监控单元105、电源106共同安装在一个长×宽×高为240毫米×210毫米×180毫米密闭壳体内，风机安装在外部，EHF频段信号在不同部件之间的传输通过WR22波导和2.92半柔射频电缆连接，控制信号通过软导线与监控单元连接，各微波部件都是屏蔽结构，可实现电磁信号的空间隔离，组装成本发明。
Claims (7)
1.一种EHF频段高线性固态大功率放大器装置，包括监控单元(105)、电源(106)和风机(107)，其特征在于：还包括双模衰减器(101)、预失真线性化放大器(102)、固态大功率放大器(103)和耦合检波器(104)；
所述的双模衰减器(101)由输入端口1接收外部输入的EHF频段信号，将EHF频段信号在由出入端口3接收的衰减数据的控制下进行衰减，将衰减后的EHF频段信号由输出端口2输出至预失真线性化放大器(102)的输入端口1；并对外部输入的EHF频段信号进行检波，得到输入端检波数据，将输入端检波数据由出入端口3输出至监控单元(105)的出入端口1；
预失真线性化放大器(102)将衰减后的EHF频段信号在由输入端口3接收的预失真控制数据的控制下进行失真并放大，将失真后的EHF频段信号由输出端口2输出至固态大功率放大器(103)的输入端口1；
固态大功率放大器(103)将失真后的EHF频段信号进行放大，将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出至耦合检波器(104)的输入端口1；并将检测的温度和电流信号由输出端口3输出至监控单元(105)的出入端口1；
耦合检波器(104)将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出；并对输入和输出的EHF频段信号进行检波，将输出端的正向检波数据和反向检波数据由输出端口3输出至监控单元(105)的出入端口1；
监控单元(105)由出入端口2接收外部输入的衰减数据、预失真控制数据和电源控制数据，并将衰减数据由出入端口1输出至双模衰减器(101)的输入端口3，将预失真控制数据由出入端口1输出至预失真线性化放大器(102)的输入端口3，将电源控制数据由出入端口1输出至电源(106)的输入端口5；并接收到的电流、温度以及正向检波数据和反向检波数据的功率由出入端口2输出至外部；
电源(106)由输入端口1接收外部输入的220V交流电源，并由输出端口2输出+V1电压，由输出端口3输出-V电压、由输出端口4输出+V2电压，各个电压与各部件相应电源端并接，提供各部件工作电压；并在由输入端口5接收的电源控制数据的控制下对风机(107)和固态大功率放大器(103)的工作通断进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种EHF频段高线性固态大功率放大器装置，其特征在于：预失真线性化器(102)包括第一耦合器(209)、第一延迟传输线(210)、第二耦合器(211)、分路器(212)、第二延迟传输线(213)、合路器(214)、反相电桥(215)、第一微处理器(216)、增益放大器(217)、第一接口电路(218)、混频二极管D1和D2、电阻R1-R6、电容C1和C2、可变增益放大器A1、可变衰减器ATT1和可变相位器PH1；所述的第一耦合器(209)的输入端口1与双模衰减器(101)的输出端口2连接，接收衰减后的EHF频段信号，将衰减后的EHF频段信号分成两路信号，其中一路由输出端口2输出至第一延迟传输线(210)的输入端口1，另一路由输出端口3输出至分路器(212)的输入端口1；第一延迟传输线(210)将其中一路分路后的EHF频段信号进行延迟后由输出端口2输出至第二耦合器(211)的输入端口1；分路器(212)将另一路分路后EHF频段信号再分为两路，将其中一路由输出端口2输出至第二延迟传输线(213)的输入端口1，另一路由输出端口3输出至反相电桥(215)的输入端口1；第二延迟传输线(213)将输入的再次分路后的一路EHF频段信号进行延迟后由输出端口2输出至合路器(214)的输入端口1；反相电桥(215)的输入端口3与二极管D2、电容C2、电阻R3、电阻R4一端连接，反相电桥(215)的输入端口4与二极管D1、电容C1、电阻R1、电阻R2一端连接，二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电阻R2、电阻R3另一端接地，电阻R1、电阻R4另一端与+V2连接，电阻R1、R2和电阻R3、R4对+V2进行分压，电容C1、C2为二极管D1、D2进行滤波；二极管D1、D2被EHF频段信号激励产生非线性信号，反相电桥(215)将非线性信号由输出端口2输出至可变衰减器ATT1的输入端口1；可变衰减器ATT1将非线性信号在输入端口3接收的衰减控制信号的控制下进行衰减后，将衰减后的非线性信号由输出端口2输出至可变相位器PH1的输入端口1；可变相位器PH1将衰减后的非线性信号在由输入端口3接收的相位控制信号的控制下进行信号相位调整，并由输出端口2将相位调整后的非线性信号输出至合路器(214)的输入端口3；合路器(214)将相位调整后的非线性信号与延迟后的EHF频段信号进行合成，将合成的非线性EHF频段信号由输出端口2输出至可变增益放大器A1的输入端口1；可变增益放大器A1将非线性EHF频段信号在由输入端口3接收的幅度控制信号的控制下放大到预设幅度，由输出端口2输出至第二耦合器(211)的输入端口3；第二耦合器(211)将幅度放大后的非线性EHF频段信号与其中一路延迟后的EHF频段信号经过合成形成预失真的EHF频段信号，由输出端口2输出至增益放大器(217)的输入端口1；增益放大器(217)的端口4与电阻R5、R6中间接点连接，电阻R5另一端与-V电压端连接，电阻R6另一端接地端，电阻R5、R6对-V电压进行分压，为增益放大器(217)提供预设工作负电压，增益放大器(217)的端口3与+V1电压端连接，为增益放大器(217)提供正电压，增益放大器(217)的输出端口2将预失真的EHF频段信号放大后由输出端口2输出至固态大功率放大器(103)的输入端口1；第一接口电路(218)的输入端口2与监控单元(105)的出入端口1相连，接收监控单元(105)的预失真控制数据，并将预失真控制数据中的衰减控制信号、相位控制信号和幅度控制信号分别由输出端口3、输出端口2和输出端口1一一对应输出至可变衰减器ATT1、可变相位器PH1和可变增益放大器A1。
3.根据权利要求1所述的一种EHF频段高线性固态大功率放大器装置，其特征在于：固态大功率放大器(103)包括隔离器(319)、第一放大器(320)、均衡器(321)、第一双路合成放大器(322)、径向线功率分配器(323)、第二至第十三双路合成放大器(324-335)、径向线功率合成器(336)；所述隔离器(319)的输入端口1与预失真放大器(102)的输出端口2连接，输入失真后的EHF频段信号，隔离器(319)将失真后的EHF频段信号由输出端口2输出至第一放大器(320)的输入端口1；第一放大器(320)的端口3与+V1电压端连接，端口4与电阻R7、R8中间接点连接，电阻R7另一端与-V电压端连接，电阻R8另一端接地端，电阻R1、R2对-V电压进行分压，为第一放大器(320)提供预设工作负电压，第一放大器(320)将失真后的EHF频段信号进行放大，将放大后EHF频段信号由输出端口2输出至均衡器(321)的输入端口1；均衡器(321)将放大后EHF频段信号进行均衡，将均衡后的EHF频段信号由输出端口2输出到第一双路合成放大器(322)的输入端口1；第一双路合成放大器(322)将均衡后的EHF频段信号进行功率放大，将功率放大后的EHF频段信号由输出端口2输出至径向线功率分配器(323)的输入端口1；径向线功率分配器(323)将功率放大后的EHF频段信号分成十二路分别由输出端口2-13一一对应输出至第二至第十三双路合成放大器(324-335)的输入端口1；第二至第十三双路合成放大器(324-335)分别将各自输入的分路后的EHF频段信号再次进行放大后由输出端口2输出至径向线功率合成器(336)的输入端口2-13；第一双路合成放大器(322)和第二至第十三双路合成放大器(324-335)的输出端口3均与监控单元(105)的出入端口1连接，将检测的温度和电流信号输出至监控单元(105)；径向线功率合成器(336)将输入的十二路经过分路放大后的EHF频段信号合成一路放大后的EHF频段信号，由输出端口1输出至耦合检波器(104)的输入端口1。
4.根据权利要求3所述的一种EHF频段高线性固态大功率放大器装置，其特征在于：第一双路合成放大器(322)包括输入3dB电桥(437)、第二放大器(438)、第三放大器(439)、输出3dB电桥(440)、检流电路(441)、第二微处理器(442)、第二接口电路(443)和温度传感器(444)；所述输入3dB电桥(437)的输入端口1与均衡器(321)的输出端口2连接，接收均衡后的EHF频段信号；输入3dB电桥(437)将均衡后的EHF频段信号分成两路分别由输出端口2和输出端口3一一对应输出至第二放大器(438)的输入端口1和第三放大器(439)的输入端口1；第二放大器(438)的端口3电阻R13一端连接，端口4与电阻R9、R10中间接点连接，电阻R9另一端与-V电压端连接，电阻R10另一端接地端，电阻R9、R10对-V1电压进行分压，为第二放大器(438)提供预设工作负电压，第二放大器(438)将分路后的EHF频段信号进行功率放大，由输出端口2将功率放大后的EHF频段信号输出至输出3dB电桥(440)的输入端口2；第三放大器(439)的端口3与电阻R13一端连接，端口4与电阻R11、R12中间接点连接，电阻R11另一端与-V电压端连接，电阻R12另一端接地端，电阻R11、R12对-V1电压进行分压，为第三放大器(439)提供预设工作负电压，第三放大器(439)将分路后的EHF频段信号进行功率放大，由输出端口2将功率放大后的EHF频段信号输出至输出3dB电桥(440)输入端口3；输出3dB电桥(440)将输入的两路信号合成一路，将合成后的EHF频段信号由输出端口2输出至径向线功率分配器(323)的输入端口1；检流电路(441)的端口2、R13另一端与+V1电压端连接；检流电路(441)将检测的电流信号由输出端口1输出至第二微处理器(442)输入端口1；温度传感器(444)将检测的温度信号由输出端口1输出至第二微处理器(442)输入端口2；第二微处理器(442)将电流信号和温度信号由模拟信号转换为数字信号，由输出端口3输出至第二接口电路(443)；第二接口电路(443)将转换后的电流信号和温度信号由输出端口2输出至监控单元(105)。
5.根据权利要求1所述的一种EHF频段高线性固态大功率放大器装置，其特征在于：耦合检波器(104)包括第一十字耦合器(545)、大功率隔离器(546)、第二十字耦合器(547)、运放(548)、第三微处理器(549)和第三接口电路(550)；所述第一十字耦合器(545)输入端口1与固态大功率放大器(103)输出端口2相连，接收放大后的EHF频段信号；第一十字耦合器(545)将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出到大功率隔离器(546)输入端口1，由输出端口3将正向耦合信号输出至检波二极管D3的一端；检波二极管D3另一端与电阻R14连接，电阻R14另一端与运放(548)的输入端口1连接；检波二极管D3对正向耦合信号进行检波，将正向检波数据经电阻R14输出至运放(548)；大功率隔离器(546)将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出至第二十字耦合器(547)输入端口1；第二十字耦合器(547)将放大后的EHF频段信号由输出端口2输出到天线，由输出端口3将反向耦合信号输出至检波二极管D4的一端；检波二极管D4另一端与电阻R15连接，电阻R15另一端与运放(548)的输入端口2连接；检波二极管D4对反向耦合信号进行检波，将反向检波数据经电阻R15输出至运放(548)；运放(548)对输入的正向检波数据和反向检波数据进行矫正，由输出端口3将矫正的反向检波数据输出至第三微处理器(549)输入端口2，由输出端口4将矫正的正向检波数据输出至第三微处理器(549)输入端口1；第三微处理器(549)将输入的矫正的正向检波数据和反向检波数据进行模数转换，由输出端口3将转换后的正向检波数据和反向检波数据输出至第三接口电路(550)输入端口1；经第三接口电路(550)的输出端口2输出至监控单元(105)输入端口1。
6.根据权利要求1所述的一种EHF频段高线性固态大功率放大器装置，其特征在于：双模衰减器(101)包括数控衰减器(651)、二分路器(652)、模拟衰减器(653)、第四微处理器(654)、第四接口电路(655)和检波二极管D5；所述数控衰减器(651)的输入端口1接收外部输入的EHF频段信号，将EHF频段信号在由输入端口3接收的数控衰减控制信号的控制下进行数控衰减，经数控衰减后的EHF频段信号由输出端口2输出到二分路器(652)的输入端口1；二分路器(652)将数控衰减后的EHF频段信号等分两路，其中一路由输出端口3输出至检波二极管D5，转变为输入端检波数据，再通过电阻R16输出到第四微处理器(654)的输入端口2；另外一路由二分路器(652)输出端口2输出至模拟衰减器(653)的输入端口1；模拟衰减器(653)将分路后的EHF频段信号在由输入端口3接收的模拟衰减控制信号的控制下再次进行衰减，将再次衰减后的EHF频段信号由输出端口2输出至预失真线性化放大器(102)的输入端口1；第四微处理器(654)由输出端口1输出数控衰减控制信号至数控衰减器(651)，由输出端口3输出模拟衰减控制信号至模拟衰减器(653)的输入端口3，由出入端口4输出输入端检波数据至第四接口电路(655)的输入端口1；第四接口电路(655)将输入端检波数据进行信号变换后由出入端口2输出至监控单元(105)，并接收监控单元(105)的衰减数据，由出入端口1经第四接口电路(655)输出至第四微处理器(654)的出入端口4。
7.根据权利要求4所述的一种EHF频段高线性固态大功率放大器装置，其特征在于：第二至第十三双路合成放大器(324-335)与第一双路合成放大器(322)电路结构相同。
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