CN107786186A - 数字极化功率合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于微波毫米波频率高端的数字极化功率合成方法。该项功率合成方法，包括一个径向功率合成器、MCU、数字化矢量控制器、信号检测器。该项功率合成方案采用分配‑矢量控制‑扩频/放大‑反馈‑合成的构架，分配与合成网络的路数和幅度相位均不需要满足任何对应关系。支路信号的相对幅度和相位关系受控于深幅全相矢量控制单元。数字极化功率合成方法使得功率合成器在MCU的控制下，通过信号检测器和数字化矢量控制器来达到微波毫米波的模式和极化方向输出可调、硬件自检等功能。使得传统的功率合成硬件实现智能化和多功能等新特性。该项技术十分适合微波毫米波高端功率合成方案中使用。
Description
技术领域
本发明涉及微波、毫米波功率合成领域，具体涉及一种工作在微波、毫米波多路径向功率合成中的、涉及幅度和相位的数字化矢量控制和校准方法。
背景技术
毫米波具有宽频带、高精度、高分辨率和大信息容量等优点，在军事雷达系统、射电天文学和太空以及短距离无线高速传输等领域有着巨大的应用价值和市场前景。毫米波功率放大器是毫米波系统的核心部件，是毫米波领域的研究热点。随着三五族半导体技术的成熟，单个固态功率放大器MMIC的输出能力不断提升，采用组合多个相干放大器的功率合成技术可以将放大器的功率输出能力成倍提升，从而达到取代中小型行波管的目的。
对于多功率合成技术而言，最为重要的是实现多路、宽带、低损耗的功率分配器，将一路信号分为若干路分别放大后，再将功率分配器用作功率合成器完成多路信号的合成，最终系统的输出功率等于每个固态器件输出功率之和，从而实现输出功率的倍增。
2008年，NASA的JPL实验室联合加州理工大学的学者发布了关于31-36GHz基于圆波导的24路径向功率合成技术的系列研究成果，以探索在卫星通信领域使用固态合成功放取代行波管的可能性，随后又在2010年发表了基于同轴线TEM模的W波段12路径向合成功放，合成效率高达90％。随着研究的趋热和深入，径向功率合成技术的优势越来越明显，尤其是新型的功分/合成网络不断被报道。因此，开展径向功率合成技术研究对提高我国在毫米波领域的国际竞争力有着重要意义。
虽然目前国内外毫米波径向功率合成技术已经取得了较大进展，但是这种传统的功率合成方法也存在着一个重要问题。这种电路的合成方案为分配-放大-合成的构架，分配/合成网络在电气特性上必须保证幅度和相位对应关系，在不考虑传输线损耗的情况下，各支路的幅度相位一致性决定最终的合成效率，硬件一旦完成就不能进一步优化。不仅如此，对于圆极化模功分/合成器，各路相差依次滞后或超前2π/N，扩频将造成相位差倍增，分配-放大-合成的构架对有扩频的放大器合成时会有所限制。无耗径向网络为非全匹配网络，一个支路的损毁会破坏激励平衡，造成其余支路驻波恶化，强烈的负载牵引效应可能造成所有支路的损毁，需进一步研究和解决在非平衡激励条件下的支路稳定性。
为解决上述问题，本发明在上述径向功率合成技术上，提出了数字极化功率合成技术。新方案与传统合成方法有本质区别，功率合成方案采用分配-矢量控制-扩频/放大-反馈-合成的构架，分配与合成网络的路数和幅度相位均不需要满足任何对应关系。支路信号的相对幅度和相位关系受控于深幅全相矢量控制单元。这样的发明设计可解决径向功率合成技术现阶段面临的上述问题。对微波毫米波功率合成技术的发展和微波毫米波频段的系统开发有着重要作用和意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在多路径向功率合成过程中，各个支路间、主路与支路间幅值和相位匹配以及合成模式和极化方向的问题，包括合成效率恶化、极化方向偏离、带宽窄、支路间相互影响、硬件功能单一等问题。该发明突破数字极化激励与校准、时间对称模径向合成、空间对称模径向合成、平衡式模式变换等关键问题，开发出开发具有频带宽、路数多、合成效率高、极化方向可操控、合成模式可操控、模式隔离度高、功率容量高、结构可实现性强等特点的新型功率合成技术。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：数字化矢量控制单元，包含可调放大器、可调衰减器和可调移相器。监测反馈单元，包含信号幅值和相位的检测。数字电路控制单元，包含MCU，FPGA数字芯片；MCU负责通信、与FPGA协调控制；FPGA负责数字化矢量控制单元控制与监测反馈单元通信。
进一步的是，所述的可调放大器、可调衰减器和可调移相器都是工作在微波毫米波频段的宽带器件，都是电压控制器件，且步进可调。
进一步的是，所述的监测反馈单元包含耦合器、鉴幅器、鉴相器。负责各支路终端微波毫米波信号幅值和相位的检测。
进一步的是，所述的数字电路控制单元FPGA主要完成两方面的工作：一是合成端的FPGA负责各个支路终端微波毫米波信号幅值和相位的检测，然后将检测数据传输给MCU；二是控制端的FPGA负责各个支路起始端微波毫米波信号幅值和相位的控制，并保持与MCU的通信，控制幅度由MCU决定。
进一步的是，所述的数字电路控制单元MCU主要负责三方面的工作：一是与合成端
FPGA进行通信，获取各个支路终端微波毫米波信息(幅值和相位)；二是与主机通信，确定最终合成波的模式和极化方向；三是结合终端微波毫米波信号信息(幅值和相位)和主机的要求，计算出各个支路幅值和相位差，并发送命令给控制端FPGA。其中MCU与FPGA通信将使用总线技术和DMA技术用来释放CPU资源并加快数据传输速度，最终达到缩短单次控制周期时间的目的。本次功率合成过程中MCU采取数据查找的方法。这种方法省掉计算过程，以较少的数据存储成本换来控制效率的提高和控制周期的缩短。其中各类合成波模式和极化所需的各个支路相位及幅度数据以常量数组的方式存储在MCU的ROM中，数据可以根据需求增加。以10路径向合成技术为例，1k的ROM空间可以存储近百种模式数据。相对于市面上任何一款ARM内核的MCU而言，这点存储成本可以忽略不计。
本发明的有益效果：与原有方案对比新结构有显著优势，总结起来共有以下几点：1、合成效率的提高。2、频带宽。3、路数多。4、极化方向可操控。5、合成模式可操控。6、模式隔离度高。7、功率容量高。8、结构可实现性强。9、硬件智能化。反馈技术、数字技术的加入，帮助硬件增加自检功能，使得器件在极端环境或外界条件突变的情况下保持稳定。
附图说明
图1是本发明基本结构框图(分配-矢量控制-扩频/放大-反馈-合成)；
图2是本发明的矢量控制器(矢量控制器原理图(a)基本单元，(b)双相结构，(c)平衡双相结构)；
图3是本发明的圆极化TE11模径向合成器电场结构图((a)左旋圆极化和(b)右旋圆极化)；
图1中标记说明：fi和pi是输入信号的频率和功率信息；PD1与θ1是各个支路得到的经功分的信号的幅度和相位信息。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明从基本结构入手。信号从输入端进入后先经过n路信号分配网络进行功分。然后，支路子信号要先经过图2所示的矢量控制单元(受控于MCU)，信号的幅度和相位都要经过预调制。紧接着，倍频、放大、耦合。其中耦合的信号送给监测反馈单元，微波毫米波信号从波导合成末端经耦合后送去检测端。而后，经检测得到的各个支路信号幅度和相位信息将送给MCU。MUC将信息进行处理，并结合主机给出的任务信息，整理后发送命令给矢量控制单元。最后，经过处理的信号在末端进行电磁波合成，然后送入波导后输出。此时，一个周期的预调制过程结束。
得益于数字技术的进步，数字极化功率合成方法作用于支路信号的调制频率可达10000/S。如此高的调制频率将帮助我们的硬件实现智能化和复合功能：硬件在极端的外界条件下保持稳定；控制输出毫米波的极化方向和工作模式。
Claims (5)
1.所述数字矢量合成网络，(1)包括K路信号分配网络，输入功率为Pi的信号fi经过K路信号分配网络后输出得到K路信号，幅值和相位分别为PD1和θ1、PD2和θ2、……、PDN和θN；(2)包括数字化矢量控制单元，经过K路信号分配网络，每一路的信号将受数字化矢量控制单元的控制，包括幅值和相位，控制量由MCU决定，控制单元的模拟电路由放大器、衰减器、移相器和矢量控制器构成；(3)所述的监测反馈单元对未合成的信号进行处理，反馈；信号耦合监测后将信号的信息反馈给MCU进行处理，MCU计算出控制的量；最后经过反馈-调节的信号经所述的N路径向合成网络进行合成处理、模式转换，最终输出功率为PO的信号fO。
2.如权利1要求，在径向合成功率方法中。其特征是采用数字电路的方案来辅助实现该新型矢量合成网络。
3.如权利1要求，数字化矢量控制单元。其特征是采用数字电路的方案控制放大器、衰减器、移相器和矢量控制器实现每一路矢量信号的调整。
4.如权利1要求，监测反馈单元。其特征是包含耦合器、功率合成器和检波器。将耦合监测得到的信号信息传输给数字电路，计算得到每一路信号的相位和幅度信息。
5.如权利1要求，在每一路的信号将受数字化矢量控制单元控制的过程中，包括幅值和相位。其特征是数字电路处理检测信号，计算并决定矢量控制单元对每一路信号矢量控制量的大小。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108712153A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-10-26 | 南京正銮电子科技有限公司 | 一种可变极化方式的功率放大器 |
| CN109286080A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-29 | 北京无线电测量研究所 | 一种极化装置 |
| CN110995252A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-04-10 | 深圳摩极科技有限公司 | 一种幅度相位自动校正微波大功率合成系统设计方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1518374A (zh) * | 2003-01-17 | 2004-08-04 | 深圳市中兴通讯股份有限公司 | 一种前馈功率放大器的数字环路控制实现方法及设备 |
| CN101330260A (zh) * | 2008-07-22 | 2008-12-24 | 南京航空航天大学 | 动态响应速度快的大功率阶梯波合成变流方法 |
| CN104105280A (zh) * | 2013-04-15 | 2014-10-15 | 张妙娟 | 直流低压双推注入锁相功率合成卤钨灯 |
| CN105790297A (zh) * | 2014-12-23 | 2016-07-20 | 华中科技大学 | 基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1518374A (zh) * | 2003-01-17 | 2004-08-04 | 深圳市中兴通讯股份有限公司 | 一种前馈功率放大器的数字环路控制实现方法及设备 |
| CN101330260A (zh) * | 2008-07-22 | 2008-12-24 | 南京航空航天大学 | 动态响应速度快的大功率阶梯波合成变流方法 |
| CN104105280A (zh) * | 2013-04-15 | 2014-10-15 | 张妙娟 | 直流低压双推注入锁相功率合成卤钨灯 |
| CN105790297A (zh) * | 2014-12-23 | 2016-07-20 | 华中科技大学 | 基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108712153A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-10-26 | 南京正銮电子科技有限公司 | 一种可变极化方式的功率放大器 |
| CN109286080A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-29 | 北京无线电测量研究所 | 一种极化装置 |
| CN110995252A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-04-10 | 深圳摩极科技有限公司 | 一种幅度相位自动校正微波大功率合成系统设计方法 |
| CN110995252B (zh) * | 2019-12-12 | 2023-02-28 | 深圳摩极科技有限公司 | 一种幅度相位自动校正微波大功率合成系统设计方法 |
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