CN107863974A - 一种固态发射机前级网络自动切换控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种固态发射机前级网络自动切换控制系统，包括前级网络信号处理端和信号切换控制端；所述前级网络信号处理端包括至少两个配置相同的放大器，信号的输入端和输出端均包括同时选择一路所述放大器的选择开关；所述信号切换控制端采集所述放大器的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和输出信号进行放大器状态判定，当判定结果为所述放大器故障时，所述信号切换控制端控制所述前级网络信号处理端的输入端和输出端的选择开关选择另一路上的放大器。

Description

一种固态发射机前级网络自动切换控制系统
技术领域
本发明涉及一种固态发射机前级网络自动切换控制系统。
背景技术
随着微波功率器件制造水平的不断提高和固态发射技术的不断发展及完善，在X波段以下射频/微波发射机采用全固态技术已成为趋势。一般情况下，固态发射机适用于高工作比和长脉冲的工作方式，具有工作电压低、可靠性高、维修性好、全寿命周期费用低和机动性好等优点。全固态发射机可分为集中式和分布式发射机，拥有各自特点及适应要求。例如，采用分离嬗变技术的加速器驱动次临界系统(ADS Accelerator Driven sub-critical System)所采用的发射机就是全固态发射机，要求发射机能够长时间在电磁环境相对恶劣的条件下运行，兼有“安全、稳定、可靠、长寿命、便于维护”等特点。一般地，为保证固态发射机运行稳定和可靠，固态发射机前级网络采用2个放大组件相互备份的形式。常见的备份方式是采用2个放大组件输出功率合成的方式实现，该方式能够保证在某一个放大组件故障时，固态发射机仍能够输出平稳的功率，但这种方式会导致输出功率信号的相位发生变化。因此，不适用于对相位有要求的加速器系统或装置。
发明内容
为克服现有技术问题，本发明提供一种固态发射机前级网络自动切换控制系统。
一种固态发射机前级网络自动切换控制系统，包括前级网络信号处理端和信号切换控制端；
所述前级网络信号处理端包括至少两个配置相同的放大器，信号的输入端和输出端均包括同时选择一路所述放大器的选择开关；
所述信号切换控制端采集所述放大器的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和输出信号进行放大器状态判定，当判定结果为所述放大器故障时，所述信号切换控制端控制所述前级网络信号处理端的输入端和输出端的选择开关选择另一路上的放大器。
优选的是，所述前级网络信号处理端的信号输入端包括限幅器，所述限幅器将输入信号功率限制在10dBm以下。
优选的是，所述信号切换控制端通过取样器采集所述限幅器的输出端和所述放大器的输出端，并根据所述取样器采集到的数据进行放大器状态判定。
优选的是，放大器输出端的所述取样器与衰减器电连接，经过所述衰减器进行信号衰减后的数据用于进行放大器状态判定。
优选的是，所述取样器为功率耦合取样器或1:2功分器。
优选的是，所述选择开关为单刀双掷开关，所述放大器有两个，所述单刀双掷开关的选择端用于配置所述放大器的输入端和输出端。
优选的是，所述信号切换控制端包括功率采集单元、比较单元和开关信号输出单元。
优选的是，所述功率采集单元用于接收所述放大器输入端和输出端的功率信号；所述比较单元用于比较所述放大器输入端和输出端的功率信号，当两信号的比值达到设定的阈值时，判定当前使用的放大器故障；所述开关信号输出单元用于当放大器故障时，输出用于控制所述选择开关选择另一路放大器的信号。
优选的是，所述功率采集单元包括检波器，所述比较单元包括电平比较器；所述检波器用于识别波形的幅值并根据幅值输出相应的电平；所述电平比较器用于比较输入的两路信号的电平从而判定当前使用的放大器的状态。
优选的是，所述功率采集单元包括模数转换单元，所述比较单元包括数字信号处理单元；所述模数转换单元用于将采集的模拟量功率信号转换为数字量信号，所述数字信号处理单元用于将所述数字量信号信息进行比较从而判定当前使用的放大器的状态。
本发明的有益效果：
本发明的固态发射机前级网络自动切换控制系统采用机械结构的选择开关进行放大器的选择，保证能够输出高功率的信号，同时放大器采用相同的单独的高功率放大器，在切换时防止输出信号相位偏移，本发明能够适应输入激励信号范围-50dBm～10dBm，极大地提高了系统的适用范围。
附图说明
图1为本发明的固态发射机前级网络自动切换控制系统的前级网络信号处理端的系统结构示意图；
图2为本发明的固态发射机前级网络自动切换控制系统的前级网络信号处理端的第一实施例的系统结构示意图；
图3为本发明的固态发射机前级网络自动切换控制系统的前级网络信号处理端的第二实施例的系统结构示意图；
图4为本发明的固态发射机前级网络自动切换控制系统的信号切换控制端的系统结构示意图；
图5为本发明的固态发射机前级网络自动切换控制系统的信号切换控制端的第一实施例的系统结构示意图；
图6为本发明的固态发射机前级网络自动切换控制系统的信号切换控制端的第二实施例的系统结构示意图；
图7为本发明的固态发射机前级网络自动切换控制系统的信号切换控制端的第三实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种固态发射机前级网络自动切换控制系统，本系统主要包括两部分即：前级网络信号处理端和信号切换控制端；所述前级网络信号处理端用于信号放大输出功率信号，所述信号切换控制端用于根据所述前级网络信号处理端的数据进行计算和判断，并根据判断结果控制所述前级网络信号处理端。
本发明提供的方案为，所述前级网络信号处理端包括至少两个配置相同的放大器，信号的输入端和输出端均包括同时选择一路所述放大器的选择开关；所述放大器主要用于对输入的功率信号进行放大，配置相同的放大器具体的是指各个放大器均能独立处理信号，且最终也能够得到幅度，频率和相位相同的信号。配置相同的放大器主要起到备份的作用，这里放大器采用大功率放大器，它们具有相近的增益，相同的频率响应和相位响应。可选的开关为机械式开关，本发明选用单刀双掷开关或者单刀多掷开关，其两个单刀双掷开关或者单刀多掷开关的选择端用于配置所述放大器，公共端用于信号的输入或输出，两个单刀双掷开关或者单刀多掷开关被配置为只能同时选择一路的放大器，即开关的选择端只能同时选择同一个放大器。
所述信号切换控制端采集所述放大器的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和输出信号进行放大器状态判定，当判定结果为所述放大器故障时，所述信号切换控制端控制所述前级网络信号处理端的输入端和输出端的选择开关选择另一路上的放大器。在进行信号放大器状态判定时，通过对所述放大器的输入信号和输出信号的数值进行比较，从而得到放大比例，通过放大比例的数值来判断放大器是否失真或损坏，若判定放大器失真或损坏，此时控制单刀双掷开关或者单刀多掷开关切换到另一路上，如此实现信号的持续稳定发射。这里本发明的放大器是指单个的高功率放大器，不能是通过串并联实现的高功率或者经过多级传递实现的放大器，如此实现解决信号的相位变化问题。本发明的附图和实施方式以单刀双掷开关为例，相应地选用两个放大器为例，对于多路的模式与本发明的实施例相同，本领域的技术人员可以轻易得知多路的技术方案，因此多路的模式不再累述。
在所述前级网络信号处理端的信号输入端包括限幅器，所述限幅器将输入信号功率限制在10dBm以下。所述信号切换控制端通过取样器采集所述限幅器的输出端和所述放大器的输出端，并根据所述取样器采集到的数据进行放大器状态判定。即由于输入信号的差异或者跳变或者根据需要等情况对输入放大器的功率信号先进行限幅，再采集进入所述放大器之前的信号。在所述放大器的输出端，放大器输出端的所述取样器与衰减器电连接，经过衰减器进行信号衰减后的数据用于进行放大器状态判定，由于经过放大器放大的功率信号幅值和强度等都很大，不能也不方便直接进行对比判断，因此需要将经过放大后的信号进行衰减。具体的衰减值与输入端的比值与放大器的关系根据具体的发送信号和选用的放大器而定，这些数值均预先设定好，由于其主要与实际应用场景和需要而定，因此这里不作过多叙述。
如图1所示，所述前级网络信号处理端包括限幅器101、第一功率取样器102、第一单刀双掷开关103、第一放大器104、第二放大器105、第二单刀双掷开关106、第二功率取样器107、和衰减器108等部分组成。其中，输入信号经过限幅器100将信号功率限制在10dBm以下，限幅器100的输出信号由功率取样装置102取样送至信号切换控制端109的输入端口1，输出信号经过第一单刀双掷开关103、选中的放大器(第一放大器104或第二放大器105)和第二单刀双掷开关106后，第二功率取样装置102将输出信号取样送至信号切换控制端109的输入端口2。第一单刀双掷开关103连接第一功率取样装置102和第一放大器104或第二放大器105，第一单刀双掷开关103受信号切换控制端109控制。第一放大器104或者第二放大器105输出的放大信号经过第二单刀双掷开关106，第二单刀双掷开关106受信号切换控制端109控制。信号经过第二功率取样装置107后送出放大信号。
前级网络信号处理端的实施例1如图2所示，包括限幅器201、第一耦合器202、第一单刀双掷开关204、第一放大器205、第二放大器206、第二单刀双掷开关207、第二耦合器208、输入功率取样输出端口203、信号切换控制端211、衰减器209和输出功率取样输出端口210。
所述前级网络信号处理端的限幅器201将输入信号功率限制在10dBm以下，以保护前级组件及发射机系统。
第一耦合器202取样并送出输入第一单刀双掷开关204信号的功率取样，并将这部分功率信号送至输入功率取样输出端口203。
第一单刀双掷开关204和第二单刀双掷开关207一起动作，进而切换选择功率链路中的第一放大器205或第二放大器206。第一单刀双掷开关204和第二单刀双掷开关207受信号切换控制端211控制同时改变状态，即第一单刀双掷开关204和第二单刀双掷开关207同时且仅与同一个第一放大器205或第二放大器206连通，使放大链路正常工作。
所述前级网络信号处理端的功率信号输出端的第二耦合器208取样然后送出输出信号的取样值，并将这部分功率信号送至衰减器209，衰减后再送至输出功率取样输出端口210。所述前级网络信号处理端的衰减器209将耦合出来的高功率信号进行衰减，以满足功率检测装置的输入功率范围，一般为-40～10dBm，衰减器209选用大功率衰减器。
前级网络信号处理端的实施例1如图3所示，包括限幅器301、第一1：2型功分器302、第一单刀双掷开关304、第一放大器305、第二放大器306、第二单刀双掷开关307、第二1：2型功分器308、输入功率取样输出端口303、信号切换控制端311、衰减器309和输出功率取样输出端口310。
所述前级网络信号处理端的限幅器301将输入信号功率限制在10dBm以下，以保护前级组件及发射机系统。
所述前级网络信号处理端的1：2型功分器304取样并送出输入信号的功率，将这部分功率信号送至输入功率取样输出端口303。其余部分均与实施例1相同这里不再累述。
信号切换控制端如图4所示，从系统的功能块上分析，所述信号切换控制端包括功率采集单元403、比较单元404和开关信号输出单元405；所述功率采集单元403用于接收所述放大器输入端和输出端的功率信号，即输入端口401和输入端口402，其中输入端口401和输入端口402对应所述前级网络信号处理端相应的功率取样输出端口；所述比较单元404用于比较所述放大器输入端和输出端的功率信号，当两信号的比值达到设定的阈值时，判定当前使用的放大器故障；所述开关信号输出单元405用于当放大器故障时，输出用于控制所述选择开关选择另一路放大器的信号，开关信号输出端口406用于具体控制相应的选择开关，即单刀双掷开关或者单刀多掷开关。所述功率采集单元403包括模数转换单元或类似功能的模块，所述模数转换单元用于将采集的模拟量功率信号转换为数字量信号，所述数字信号处理单元用于将所述数字量信号信息进行比较从而判定当前使用的放大器的状态。
信号切换控制端的实施例1如图5所示，包括输入端口501、输入端口502、检波器503、检波器504、电平比较器505、控制信号产生器506、开关控制信号输出端口507。输入端口501用于与所述前级网络信号处理端输入功率取样输出端口电连接。输入端口502用于与所述前级网络信号处理端输出功率取样输出端口电连接。两路输入的高频率信号经过相应的检波器503和检波器504后送出代表相应状态的电平信号。电平比较器505比较输入的两路信号电平大小关系并给出判决结果，判决结果送至控制信号产生器506。控制信号产生器506根据电平比较器505判决的结果产生相应的开关控制信号。开关控制信号输出端口507连接所述前级网络信号处理端的相应单刀双掷开关或者单刀多掷开关。
信号切换控制端的实施例2如图6所示，包括输入端口601、输入端口602、高速ADC603、高速ADC604、数字信号处理器605、开关控制信号输出端口606。
输入端口601用于与所述前级网络信号处理端输入功率取样输出端口电连接。输入端口602用于与所述前级网络信号处理端输出功率取样输出端口电连接。两路高频功率信号直接送入相应的高速ADC603和高速ADC604进行采样量化过程，将量化后的数字信号至数字信号处理器605。
数字信号处理器605对相应的高速ADC603和高速ADC604产生的数字信号进行频率搜寻、数字下变频(DDC)、低通/带通滤波和FFT等处理后得到相应功率信号的信息，然后对功率信号信息计算并比较，给出判决结果，最后根据判决结果产生相应的开关控制信号，并由开关控制信号输出端口606发送给相应的单刀双掷开关或者单刀多掷开关。
信号切换控制端的实施例3如图7所示，输入端口701、输入端口702、检波器703、检波器704、ADC705、ADC706、数字信号处理器707、开关控制信号输出端口708。
所述自动切换控制系统方式3中，输入端口701用于连接所述前级网络信号处理端输入功率取样输出端口。输入端口702用于连接所述前级网络信号处理端输出功率取样输出端口。
输入端口701用于与所述前级网络信号处理端输入功率取样输出端口电连接。输入端口702用于与所述前级网络信号处理端输出功率取样输出端口电连接。两路输入的高频率信号经过相应的检波器703和检波器704后送出代表相应状态的电平信号，ADC705和ADC706采样并量化输入的视频或电平信号，送出量化后的数字信号至数字信号处理器707。数字信号处理器707对两路ADC705和ADC706产生的数字信号进行处理、计算和比较后给出判决结果，然后根据判决结果产生相应的开关控制信号输出端口708。
本发明中所述的前级网络信号处理端和信号切换控制端的实施方式可以根据需要自由组合。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
包括前级网络信号处理端和信号切换控制端；
所述前级网络信号处理端包括至少两个配置相同的放大器，信号的输入端和输出端均包括同时选择一路所述放大器的选择开关；
所述信号切换控制端采集所述放大器的输入信号和输出信号，根据所述输入信号和输出信号进行放大器状态判定，当判定结果为所述放大器故障时，所述信号切换控制端控制所述前级网络信号处理端的输入端和输出端的选择开关选择另一路上的放大器。
2.根据权利要求1所述的固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
所述前级网络信号处理端的信号输入端包括限幅器，所述限幅器将输入信号功率限制在10dBm以下。
3.根据权利要求2所述的固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
所述信号切换控制端通过取样器采集所述限幅器的输出端和所述放大器的输出端，并根据所述取样器采集到的数据进行放大器状态判定。
4.根据权利要求3所述的固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
放大器输出端的所述取样器与衰减器电连接，经过所述衰减器进行信号衰减后的数据用于进行放大器状态判定。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
所述取样器为功率耦合取样器或1:2功分器。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
所述选择开关为单刀双掷开关，所述放大器有两个，所述单刀双掷开关的选择端用于配置所述放大器的输入端和输出端。
7.根据权利要求1所述的固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
所述信号切换控制端包括功率采集单元、比较单元和开关信号输出单元。
8.根据权利要求7所述的固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
所述功率采集单元用于接收所述放大器输入端和输出端的功率信号；所述比较单元用于比较所述放大器输入端和输出端的功率信号，当两信号的比值达到设定的阈值时，判定当前使用的放大器故障；所述开关信号输出单元用于当放大器故障时，输出用于控制所述选择开关选择另一路放大器的信号。
9.根据权利要求8所述的固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
所述功率采集单元包括检波器，所述比较单元包括电平比较器；所述检波器用于识别波形的幅值并根据幅值输出相应的电平；所述电平比较器用于比较输入的两路信号的电平从而判定当前使用的放大器的状态。
10.根据权利要求8所述的固态发射机前级网络自动切换控制系统，其特征在于：
所述功率采集单元包括模数转换单元，所述比较单元包括数字信号处理单元；所述模数转换单元用于将采集的模拟量功率信号转换为数字量信号，所述数字信号处理单元用于将所述数字量信号信息进行比较从而判定当前使用的放大器的状态。
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