CN109951166A - 一种微波功率放大方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波功率放大方法及装置，通过选择输入前端放大的微波信号给第一电桥的第一输入端或第二输入端；第一电桥的第一输入端导通时，第一电桥分别输出幅度相同相位差为90°的微波信号并放大相同倍数后输入给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第一输出端输出放大后的微波信号并经过第一末端隔离器输入给第一外设装置；第一电桥的第二输入端导通时，第一电桥分别输出幅度相同相位差为‑90°的微波信号并放大相同倍数后输入给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第二输出端输出放大后的微波信号并经过第二末端隔离器输处给第二外设装置，从而实现双通道切换的宽带射频信号的功率放大。

Description

一种微波功率放大方法及装置

技术领域

本发明属于微波功率放大领域，具体涉及一种微波功率放大方法及装置。

背景技术

微波功率放大器是雷达发射机中的核心部件，其性能的好坏直接决定雷达的作用效果。在弹载、机载和舰载雷达干扰机中，要提高对敌方各波段雷达干扰的普适性，增强对敌方雷达的压制效果，微波功放的工作带宽一般较宽，输出功率也较高。

在现有工程设计中，当单个功率放大器输出功率满足不了技术要求时，一般将采用由两个威尔金森功分器和两个功率放大器构成的功率合成电路进行微波功率合成，具体为：前端威尔金森功分器的两个输出端分别连接两个功率放大器放大后在经过后端反向威尔金森功分器的两个输入端合成一路信号后输出。

然而，使用两个威尔金森功分器和两个功率放大器构成的功率合成方案虽然能够完成微波功率合成，但其只能进行一个输入端对应一个输出端的输出，对于上述方案要实现通道切换选择功能，需采用多通道设计或者配合大功率射频开关实现输出通道选择，由于开关自身具有插入损耗，因此，采用大功率射频开关实现通道切换选择对末级功放的输出功率要求更高，同时，对于大功率射频开关来说其工作带宽较窄无法满足宽带射频信号的需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种微波功率放大方法及装置，其通过对其关键组件包括隔离器、放大器、单刀双掷开关和电桥的结构及其设置方式的优化设计，通过单刀双掷开关选择电桥的输入端并通过两个电桥实现信号分离、放大再合成，从而实现双通道切换的宽带射频信号的功率放大。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种微波功率放大方法，具体为：

S1.选择输入前端放大的微波信号给第一电桥的第一输入端或第二输入端；

S2.第一电桥的第一输入端导通时，第一电桥分别输出功率幅度相位差为90°的微波信号并放大相同倍数后输入给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第一输出端输出放大后的微波信号并经过第一末端隔离器输出给第一外设装置；

S3.第一电桥的第二输入端导通时，第一电桥分别输出幅度相同相位差为-90°的微波信号并放大相同倍数后输入给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第二输出端输出放大后的微波信号并经过第二末端隔离器输出给第二外设装置。

作为本发明的进一步改进，通过吸收式单刀双掷开关选择输入前端放大的微波信号给第一电桥的第一输入端或第二输入端。

作为本发明的进一步改进，第一电桥和第二电桥为3dB的90°混合电桥。

作为本发明的进一步改进，通过前端隔离器和前级放大器输入前端放大的微波信号。

为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种微波功率放大装置，该装置包括前端放大模块、单刀双掷开关、第一电桥、第一末级放大器、第二末级放大器、第二电桥、第一末端隔离器和第二末端隔离器，外部的射频输出端连接前端放大模块的输入端，前端放大模块的输出端连接单刀双掷开关的公共端，单刀双掷开关的两个支路端分别连接第一电桥的第一输入端和第二输入端，第一电桥的第一输出端和第二输出端分别连接第一末级放大器的输入端和第二末级放大器的输入端，第一末级放大器的输出端和第二末级放大器的输出端分别连接第二电桥的第一输入端和第二输入端，第二电桥的第一输出端和第二输出端分别连接第一末端隔离器的输入端和第二末端隔离器的输入端，第一末端隔离器的输出端和第二末端隔离器的输出端分别连接第一外设装置和第二外设装置，

单刀双掷开关选择第一电桥的第一输入端导通时，第一电桥的第一输出端和第二输出端分别输出幅度相同相位差为90°的微波信号，分别经过放大倍数相同的第一末级放大器和第二末级放大器放大后分别输入功率相同相位差为90°的微波信号给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第一输出端输出放大后的微波信号并经过第一末端隔离器输出给第一外设装置；

单刀双掷开关选择第一电桥的第二输入端导通时，第一电桥的第一输出端和第二输出端分别输出幅度相同相位差为-90°的微波信号，分别经过放大倍数相同的第一末级放大器和第二末级放大器放大后分别输入功率相同相位差为-90°的微波信号给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第二输出端输出放大后的微波信号并经过第二末端隔离器输出给第二外设装置。

作为本发明的进一步改进，单刀双掷开关为吸收式单刀双掷开关。

作为本发明的进一步改进，第一电桥和第二电桥为3dB的90°混合电桥。

作为本发明的进一步改进，前端放大模块包括前端隔离器和前级放大器，外部的射频输出端连接前端隔离器的输入端，前端隔离器的输出端连接前级放大器的输入端，前级放大器的输出端连接单刀双掷开关的公共端。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明的一种微波功率放大方法及装置，其通过对其关键组件包括隔离器、放大器、单刀双掷开关和电桥的结构及其设置方式的优化设计，通过单刀双掷开关选择电桥的输入端并通过两个电桥实现信号分离、放大再合成，从而实现对应通道的导通和另一通道的隔离，具有电路结构简单、易于实现、性能稳定可靠、成本低廉的有益效果。

2、本发明的一种微波功率放大方法及装置，其通过隔离器的组合使用，减少微波信号的反射，改善输入端口的驻波特性，同时单刀双掷开关采用吸收性开关，使由第一电桥、第一末级放大器、第二末级放大器、第二电桥组成的功率合成单元阻抗匹配效果更好，从而使得隔离端口的隔离效果更好。

3、本发明的一种微波功率放大方法及装置，其单刀双掷开关设置在末级放大器前，因而对单刀双掷开关的性能要求降低，从而可以满足宽带射频信号的放大要求。

附图说明

图1为本发明实施例的一种微波功率放大装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种微波功率放大方法，具体为：

S1.通过吸收式单刀双掷开关选择输入前端放大的微波信号给第一电桥的第一输入端或第二输入端；通过前端隔离器和前级放大器输入前端放大的微波信号。

S2.第一电桥的第一输入端导通时，第一电桥分别输出幅度相同相位差为90°的微波信号并放大相同倍数后输入给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第一输出端输出放大后的微波信号并经过第一末端隔离器输出给第一外设装置；

S3.第一电桥的第二输入端导通时，第一电桥分别输出幅度相同相位差为-90°的微波信号并放大相同倍数后输入给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第二输出端输出放大后的微波信号并经过第二末端隔离器输出给第二外设装置。

作为一个优选的实施例，第一电桥和第二电桥为3dB的90°混合电桥；通过前端隔离器和前级放大器输入前端放大的微波信号。

图1为本发明实施例的一种微波功率放大装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括前端隔离器Iso1、前级放大器Amp1、单刀双掷开关SW1、第一电桥X1、第一末级放大器Amp2、第二末级放大器Amp3、第二电桥X2、第一末端隔离器Iso2和第二末端隔离器Iso3，其中，外部的射频输出端连接前端隔离器Iso1的输入端，前端隔离器Iso1的输出端连接前级放大器Amp1的输入端，前级放大器Amp1的输出端连接单刀双掷开关SW1的公共端，单刀双掷开关SW1的两个支路端分别连接第一电桥X1的两个输入端，第一电桥X1的两个输出端分别连接第一末级放大器Amp2的输入端和第二末级放大器Amp3的输入端，第一末级放大器Amp2的输出端和第二末级放大器Amp3的输出端分别连接第二电桥X2的两个输入端，第二电桥X2的两个输出端分别连接第一末端隔离器Iso2的输入端和第二末端隔离器Iso3的输入端，第一末端隔离器的输出端和第二末端隔离器的输出端分别连接第一外设装置和第二外设装置

前端隔离器Iso1用于减小外部的射频输入端的信号反射，从而改善输入端口驻波特性；

单刀双掷开关SW1采用吸收式单刀双掷开关，以免微波功率合成电路隔离端阻抗失配影响功率合成效果；

第一电桥X1和第二电桥X2均为为3dB混合电桥，与第一末级放大器Amp2和第二末级放大器Amp3一起组成微波功率合成单元，用于实现微波功率合成。

第一末端隔离器Iso2和第二末端隔离器Iso3的输出端即为整个装置的输出端，第一末端隔离器Iso2和第二末端隔离器Iso3用于减少装置的输出端的信号反射，改善输出端口驻波特性。

第一电桥X1的功能是微波信号功分作用，第二电桥X2的功能是微波信号合成作用，其管脚功能配置情况下见表1。

表1本发明实施例的电桥引脚功能配置示意表

本发明实施例的微波功率放大装置对应的微波功率合成及通道切换原理如下：

微波信号经前端隔离器Iso1输入后，经由前级放大器Amp1放大，然后通过控制吸收式单刀双掷开关SW1，选择信号由第一电桥X1的Pin1或Pin2输入。

当微波信号由第一电桥X1的Pin1输入时，由表1可以看出，第一电桥X1的Pin2为隔离端，通过吸收式单刀双掷开关SW1中的50欧姆吸收电阻接地后第一电桥X1的两个输出端Pin3和Pin4的信号相位分别为∠θ-90°和∠θ。第一电桥X1的两个输出端Pin3和Pin4输出的微波信号分别经过第一末级放大器Amp2和第二末级放大器Amp3放大后，第一末级放大器Amp2和第二末级放大器Amp3的增益相同，由于前端连接成对称结构，因此，第二电桥X2的两个输入端Pin1和Pin2信号幅度相同，相位差分别为∠θ-90°和∠θ。由表1可以看出，第二电桥X2的Pin1和Pin2的信号相位分别为∠θ-90°和∠θ且幅度相同时，第二电桥X2可对相位分别为∠θ-90°和∠θ且功率相同的信号进行功率合成，第二电桥X2的一个输出端Pin3为功率合成端，第二电桥X2的另一个输出端Pin4为隔离端，从而合成后的大功率微波信号通过第一末端隔离器Iso2输出，第二电桥的两个输入端的而第二末端隔离器Iso3输出可忽略不计，从而使得单刀双掷开关SW1选择微波信号由第一电桥X1的Pin1输入时，整个装置的第一输出端口输出大功率微波信号。

当微波信号由第一电桥X1的Pin2输入时，由表1可以看出，第一电桥X1的Pin1为隔离端，通过吸收式单刀双掷开关SW1中的50欧姆吸收电阻接地后第一电桥X1的两个输出端Pin3和Pin4的信号相位分别为∠θ和∠θ-90°。第一电桥X1的两个输出端Pin3和Pin4输出的微波信号分别经过第一末级放大器Amp2和第二末级放大器Amp3放大后，第一末级放大器Amp2和第二末级放大器Amp3的增益相同，由于前端连接成对称结构，因此，第二电桥X2的两个输入端Pin1和Pin2信号幅度相同，相位差分别为∠θ和∠θ-90°。由表1可以看出，第二电桥X2的Pin1和Pin2的信号相位分别为∠θ和∠θ-90°且幅度相同时，第二电桥X2可对相位分别为∠θ和∠θ-90°且幅度相同的信号进行功率合成，第二电桥X2的一个输出端Pin4为功率合成端，第二电桥X2的另一个输出端Pin3为隔离端，从而合成后的大功率微波信号通过第二末端隔离器Iso3输出，第二电桥的两个输入端的而第一末端隔离器Iso2输出可忽略不计，从而使得单刀双掷开关SW1选择微波信号由第一电桥X1的Pin2输入时，整个装置的第二输出端口输出大功率微波信号。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微波功率放大方法，其特征在于，具体为：

S1.选择输入前端放大的微波信号给第一电桥的第一输入端或第二输入端；

S2.第一电桥的第一输入端导通时，第一电桥分别输出功率幅度相位差为90°的微波信号并放大相同倍数后输入给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第一输出端输出放大后的微波信号并经过第一末端隔离器输出给第一外设装置；

S3.第一电桥的第二输入端导通时，第一电桥分别输出幅度相同相位差为-90°的微波信号并放大相同倍数后输入给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第二输出端输出放大后的微波信号并经过第二末端隔离器输出给第二外设装置。

2.根据权利要求1所述的一种微波功率放大方法，其特征在于，通过吸收式单刀双掷开关选择输入前端放大的微波信号给第一电桥的第一输入端或第二输入端。

3.根据权利要求1所述的一种微波功率放大方法，其特征在于，所述第一电桥和第二电桥为3dB的90°混合电桥。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种微波功率放大方法，其特征在于，通过前端隔离器和前级放大器输入前端放大的微波信号。

5.一种微波功率放大装置，该装置包括前端放大模块、单刀双掷开关、第一电桥、第一末级放大器、第二末级放大器、第二电桥、第一末端隔离器和第二末端隔离器，外部的射频输出端连接前端放大模块的输入端，前端放大模块的输出端连接单刀双掷开关的公共端，单刀双掷开关的两个支路端分别连接第一电桥的第一输入端和第二输入端，第一电桥的第一输出端和第二输出端分别连接第一末级放大器的输入端和第二末级放大器的输入端，第一末级放大器的输出端和第二末级放大器的输出端分别连接第二电桥的第一输入端和第二输入端，第二电桥的第一输出端和第二输出端分别连接第一末端隔离器的输入端和第二末端隔离器的输入端，第一末端隔离器的输出端和第二末端隔离器的输出端分别连接第一外设装置和第二外设装置，其特征在于，

单刀双掷开关选择第一电桥的第一输入端导通时，第一电桥的第一输出端和第二输出端分别输出幅度相同相位差为90°的微波信号，分别经过放大倍数相同的第一末级放大器和第二末级放大器放大后分别输入功率相同相位差为90°的微波信号给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第一输出端输出放大后的微波信号并经过第一末端隔离器输出给第一外设装置；

单刀双掷开关选择第一电桥的第二输入端导通时，第一电桥的第一输出端和第二输出端分别输出幅度相同相位差为-90°的微波信号，分别经过放大倍数相同的第一末级放大器和第二末级放大器放大后分别输入功率相同相位差为-90°的微波信号给第二电桥的第一输入端和第二输入端，从而使得第二电桥的第二输出端输出放大后的微波信号并经过第二末端隔离器输出给第二外设装置。

6.根据权利要求5所述的一种微波功率放大装置，其特征在于，所述单刀双掷开关为吸收式单刀双掷开关。

7.根据权利要求5所述的一种微波功率放大装置，其特征在于，所述第一电桥和第二电桥为3dB的90°混合电桥。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的一种微波功率放大装置，其特征在于，前端放大模块包括前端隔离器和前级放大器，外部的射频输出端连接前端隔离器的输入端，前端隔离器的输出端连接前级放大器的输入端，前级放大器的输出端连接单刀双掷开关的公共端。