CN112332905B - 一种双通道Ka频段固态功放装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开一种双通道Ka频段固态功放装置。该装置包括：第一中功率固态功放、第二中功率固态功放、第一连接波导、第二连接波导以及双工器，其中：所述第一中功率固态功放的输入端用于接收L频段或者S频段的中频信号，所述第一中功率固态功放的输出端通过所述第一连接波导，连接所述双工器的第一输入端；所述第二功率固态功放的输入端用于接收L频段或者S频段的中频信号，所述第二中功率固态功放的输出端通过所述第二连接波导，连接所述双工器的第二输入端；所述双工器的输出端连接地面站的天线系统；其中，所述第一中功率固态功放和所述第二中功率固态功放均用于，将接收的接收L频段或者S频段的中频信号上变频到Ka频段并进行功率放大。

Description

一种双通道Ka频段固态功放装置

技术领域

本申请实施例涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种双通道Ka频段固态功放装置。

背景技术

卫星通信中Ka频段的上行/发射频率范围27.5-31GHz，远远大于传统的C 频段和Ku频段，这也使得同一地面站双通道的应用场景更加普遍。

对于信噪比或者说传输带宽有较高要求的地面站，传统方法是配置2个上变频器、1个合路器和1个大功率固态功放，它们之间使用WR34或者WR28 波导管连接。考虑双通道各自的功率输出要求，及其二者之间的交调影响，这里的大功率固态功放的最大输出功率要求，是单通道使用条件下的3倍上下。这种传统方法比较复杂，导致尺寸大、重量大，紧凑性不够。更为重要的是，因为需要输出3倍的微波功率，功放芯片固有的转换效率较低，所以大功率固态功放设计复杂、长期可靠性较差，而且增加数倍的电源功耗对地面站的基础实施提出了更高要求，甚至限制了一般车载终端站的使用。

发明内容

本申请实施例提供一种双通道Ka频段固态功放装置，能够解决现有Ka频段功率放大效率低，能耗高的问题，提高了系统的安全性和可靠性。

在第一方面，本申请实施例提供了一种双通道Ka频段固态功放装置，包括：

进一步的，第一中功率固态功放、第二中功率固态功放、第一连接波导、第二连接波导以及双工器，其中：

所述第一中功率固态功放的输入端用于接收L频段或者S频段的中频信号，所述第一中功率固态功放的输出端通过所述第一连接波导，连接所述双工器的第一输入端；所述第二功率固态功放的输入端用于接收L频段或者S频段的中频信号，所述第二中功率固态功放的输出端通过所述第二连接波导，连接所述双工器的第二输入端；所述双工器的输出端连接地面站的天线系统；

其中，所述第一中功率固态功放和所述第二中功率固态功放均用于，将接收的接收L频段或者S频段的中频信号上变频到Ka频段并进行功率放大。

进一步的，所述第一中功率固态功放包括：第一滤波器、第一功率放大器、第一混频器、第二滤波器、第二功率放大器、第二混频器、第三滤波器、第三功率放大器以及第一隔离器，其中：

第一滤波器的输入端为所述第一中功率固态功放的输入端，第一滤波器、第一功率放大器、第一混频器、第二滤波器、第二功率放大器、第二混频器、第三滤波器、第三功率放大器以及第一隔离器依次连接，所述第一隔离器的输出端为所述第一中功率固态功放的输出端。

进一步的，所述第二中功率固态功放包括：第四滤波器、第四功率放大器、第三混频器、第五滤波器、第五功率放大器、第四混频器、第六滤波器、第六功率放大器以及第二隔离器，其中：

第四滤波器的输入端为所述第二中功率固态功放的输入端，第四滤波器、第四功率放大器、第三混频器、第五滤波器、第五功率放大器、第四混频器、第六滤波器、第六功率放大器以及第二隔离器依次连接，所述第二隔离器的输出端为所述第二中功率固态功放的输出端。

进一步的，所述第一连接波导和所述第二连接波导采用WR28或WR34波导管。

进一步的，所述第一中功率固态功放还包括第一频钟，所述第一频钟的输出端连接所述第一混频器和所述第二混频器的信号输入端。

进一步的，所述第一中功率固态功放还包括第一控制单元，所述第一控制单元用于根据内置参数调整所述第一中功率固态功放的输出信息的工作频率，所述第一控制单元连接第一M&C接口，所述第一M&C接口用于调整内置参数。

进一步的，所述第一中功率固态功放还包括第一电源管理单元，所述第一电源管理单元用于给所述第一中功率固态功放供电。

进一步的，所述第二中功率固态功放还包括第二频钟，所述第二频钟的输出端连接所述第三混频器和所述第四混频器的信号输入端。

进一步的，所述第二中功率固态功放还包括第二控制单元，所述第二控制单元用于根据内置参数调整所述第二中功率固态功放的输出信息的工作频率，所述第二控制单元连接第二M&C接口，所述第二M&C接口用于调整内置参数。

进一步的，所述第二中功率固态功放还包括第二电源管理单元，所述第二电源管理单元用于给所述第二中功率固态功放供电。

本申请实施例分别通过第一中功率固态功放和第二中功率固态功放，将双通道输入的中频信号进行滤波、放大处理，然后经过两次混频处理，上变频到 Ka频段的射频信号，再进行滤波和功率放大处理，实现设备标称的功率输出。在获取到双通道的输出信号后，通过第一连接波导和第二连接波导将输出信号接入双工器的输入端口，实现双输出信号的合路，然后将合路后的信号接入地面站的天线系统。采用上述技术手段，可以通过两个中功率固态功放替代传统方法中的一台大功率固态功放，无需通过一台大功率固态功放同时方法双通道的Ka频段信号，不仅降低了固态功率放大的实现难度和延长了固态功放设备的生命周期，而且大幅度降低电源功耗。如果系统中的一个通道中的中功率固态功放出现故障，不会影响另外一个通道的正常工作，解决了传统方法中大功率固态功放出现故障时，两个通道都将无法工作的问题，提高了地面站天线系统的可靠性。

附图说明

图1是本申请实施例一提供的一种双通道Ka频段固态功放装置的结构示意图；

图2是本申请实施例一中的传统双通道Ka频段大功率固态功放装置的结构示意图；

图3是本申请实施例一中的第一中功率固态功放的结构示意图；

图4是本申请实施例一中的第二中功率固态功放的结构示意图；

图中，110为第一中功率固态功放、120为第二中功率固态功放、130为第一连接波导、140为第二连接波导、150为双工器、160为第一上变频器、170 为第二上变频器、180为第三连接波导、190为第四连接波导、200为合路器、 210为大功率固态功放，1101为第一滤波器、1102为第一功率放大器、1103为第一混频器、1104为第二滤波器、1105为第二功率放大器、1106为第二混频器、1107为第三滤波器、1108为第三功率放大器、1109为第一隔离器、1110 为第一电源管理单元、1111为第一控制单元、1112为第一频钟、1201为第四滤波器、1202为第四功率放大器、1203为第三混频器、1204为第五滤波器、 1205为第五功率放大器、1206为第四混频器、1207为第六滤波器、1208为第六功率放大器、1209为第二隔离器、1210为第二电源管理单元、1211为第二控制单元、1212为第二频钟。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

本申请提供的双通道Ka频段固态功放装置，旨在通过第一中功率固态功放和第二中功率固态功放，将双通道输入的中频信号进行滤波、放大处理，然后经过两次混频处理，上变频到Ka频段的射频信号，再进行滤波和功率放大处理，实现设备标称的功率输出。在获取到双通道的输出信号后，通过第一连接波导和第二连接波导将输出信号接入双工器的输入端口，实现双输出信号的合路，然后将合路后的信号接入地面站的天线系统。相对于传统的Ka频段信号的功率放大，其通常是通过一个大功率固态功放同时放大双通道的Ka频段信号的功率，考虑双通道各自的功率输出要求，及其二者之间的交调影响，这里的大功率固态功放的最大输出功率要求，是单通道使用条件下的3倍上下。因为需要输出3倍的微波功率，功放芯片固有的转换效率较低，所以大功率固态功放设计复杂、长期可靠性较差，而且增加数倍的电源功耗对地面站的基础实施提出了更高要求，甚至限制了一般车载终端站的使用。基于此，本申请实施例的双通道Ka频段固态功放装置。以解决现有Ka频段功率放大效率低，能耗高的问题。

实施例一：

图1是本申请实施例一提供的一种双通道Ka频段固态功放装置的结构示意图。参考图1，双通道Ka频段固态功放装置可以包括：第一中功率固态功放110、第二中功率固态功放120、第一连接波导130、第二连接波导140以及双工器 150，其中：所述第一中功率固态功放110的输入端用于接收L频段或者S频段的中频信号，所述第一中功率固态功放110的输出端通过所述第一连接波导 130，连接所述双工器150的第一输入端；所述第二功率固态功放的输入端用于接收L频段或者S频段的中频信号，所述第二中功率固态功放120的输出端通过所述第二连接波导140，连接所述双工器150的第二输入端；所述双工器150 的输出端连接地面站的天线系统；其中，所述第一中功率固态功放110和所述第二中功率固态功放120均用于，将接收的接收L频段或者S频段的中频信号上变频到Ka频段并进行功率放大。

示例性的，L频段或者S频段的中频信号，简称IF信号，将IF信号分别输入第一中功率固态功放110和第二中功率固态功放120，经第一中功率固态功放110和第二中功率固态功放120上变频和功率放大处理后，输出Ka频段信号，简称RF信号。第一中功率固态功放110和第二中功率固态功放120输出的 RF信号的工作频率分别为f1和f2，RF信号的最大输出功率为设备标称的最大可用功率，通常为标称最大功率回退2dB左右。根据工作频率f1和f2,在满足 f1和f2之间频率间隔足够大的情况下，通道插入损耗小于1dB。双工器150的两个输入端口通过第一连接波导130和第二连接波导140分别连接第一中功率固态功放110和第二中功率固态功放120的输出端口，在双工器150的输出端口实现两个RF信号的合路，然后接入地面站的天线系统。本实施例的两个通道可以同时处于工作状态，也可以配置一个通道静默，或者直接断电不工作，另一个通道处于正常的工作状态。基于此，如果系统中的一个通道中的中功率固态功放出现故障，不会影响另外一个通道的正常工作，解决了传统方法中大功率固态功放出现故障时，两个通道都将无法工作的问题，提高了地面站天线系统的可靠性。

具体的，参考图2，图2是本申请实施例一中的传统双通道Ka频段大功率固态功放装置的结构示意图。传统双通道Ka频段大功率固态功放装置包括：第一上变频器160、第二上变频器170、第三连接波导180、第四连接波导190、合路器200以及大功率固态功放210，其中：第一上变频器160和第二上变频器170的输入端用于接收IF信号，第一上变频器160的输出端通过第三连接波导180连接合路器200的第一输入端，第二上变频器170的输出端通过第四连接波导190连接合路器200的第二输入端，合路器200的输出端连接大功率固态功放210输入端，大功率固态功放210输出端连接地面站的天线系统；其中，上变频器用于将L频段或者S频段的IF信号升频至Ka频道的RF信号，大功率固态功放210用于将RF信号的功率放大。

示例性的，在两个上变频器将IF信号升频至RF信号后，由合路器200对两个RF信号进行合路处理并传输给大功率固态功放210，由于考虑双通道各自的功率输出要求，以及两者之间的交调音响，大功率固态功放210的最大输出功率要求，是单通道使用条件下的三倍左右。基于此，大功率固态功放210固有的转换效率较低，为增加转换效率，一般设计的大功率固态功放210结构复杂、长期可靠性较差，而且增加数倍的电源功耗对地面站的基础实施提出了更高要求，甚至限制了一般车载终端站的使用。而本实施例提出的基于两个中功率固态功放的双通道Ka频段固态功放装置，系统简单，结构紧凑，相对于传统功放装置减少了一个部件及其相关的硬件和软件连接，从而大大降低了地面站的现场安装和调试的难度。且使用两个中功率固态功放替代统功放装置中的一台大功率固态功放210，不仅降低了系统的实现难度，而且大幅度降低电源功耗。

具体的，在一个实施例中，所述第一连接波导130和所述第二连接波导140 采用WR28或WR34波导管。

具体的，参考图3，图3是本申请实施例一中的第一中功率固态功放110 的结构示意图。第一中功率固态功放110包括：第一滤波器1101、第一功率放大器1102、第一混频器1103、第二滤波器1104、第二功率放大器1105、第二混频器1106、第三滤波器1107、第三功率放大器1108以及第一隔离器1109，其中：第一滤波器1101的输入端为所述第一中功率固态功放110的输入端，第一滤波器1101、第一功率放大器1102、第一混频器1103、第二滤波器1104、第二功率放大器1105、第二混频器1106、第三滤波器1107、第三功率放大器 1108以及第一隔离器1109依次连接，所述第一隔离器1109的输出端为所述第一中功率固态功放110的输出端。

示例性的，IF信号输入第一滤波器1101和第一功率放大器1102，进行第一次滤波和功率放大处理，然后经过第一混频器1103上变频到C频段，由第二滤波器1104和第二功率放大器1105进行第二次滤波和功率放大处理，再经过第二混频器1106上变频到Ka频段，每经过一次混频之前，都进行一次滤波放大处理，采用二次混频以及配合二次滤波放大处理，可以有效减少或抑制杂散信号。最后由第三滤波器1107和第三功率放大器1108对RF信号进行滤波和功率放大处理，实现设备标称的功率输出。在输出端口配置第一隔离器1109，可以改善输出端口的驻波比性能，并且能够防止与固态功放装置连接的负载失配引起的反射信号损坏固态功放装置。通过中功率固态功放装置，可以在双通道的射频信号合路前对RF信号进行功率放大，此时只需对一个射频信号进行功率放大，系统实现难度低，固态功放装置的固有转换效率高，可靠性强，设备生命周期长。且通过两个中功率固态功放装置分别对两个RF信号进行功率放大，每个中功率固态功放只需考虑各自的功率输出要求，而不用考虑两个RF信号之间的交调影响。基于此，整体的双通道Ka频段固态功放装置的实现简单，电源功耗低。

具体的，在一个实施例中，第一中功率固态功放110还包括第一频钟1112，所述第一频钟1112的输出端连接所述第一混频器1103和所述第二混频器1106 的信号输入端。由一个频钟给两个混频器提供相同频率的混频信号。

具体的，在一个实施例中，第一中功率固态功放110还包括第一控制单元 1111，所述第一控制单元1111用于根据内置参数调整所述第一中功率固态功放 110的输出信息的工作频率，所述第一控制单元1111连接第一M&C接口，所述第一M&C接口用于调整内置参数。在需要改变输出的工作频率时，通过M&C接口在寄存器中写入相关的参数配置，控制单元读取寄存器中的参数配置，相应调整功率放大的倍数以及输出的工作频率。中功率固态功放的输出工作频率为 27.5-31GHz或者其中的部分范围。

具体的，在一个实施例中，所述第一中功率固态功放110还包括第一电源管理单元1110，所述第一电源管理单元1110用于给所述第一中功率固态功放供电。通过PS接口输入中功率固态功放的工作电平，电源管理单元根据中功率固态功放的实际输出功率需求，调整给输入给每个元器件的电平从而配置合适的输出功率。

具体的，参考图4，图4是本申请实施例一中的第二中功率固态功放120 的结构示意图。所述第二中功率固态功放120包括：第四滤波器1201、第四功率放大器1202、第三混频器1203、第五滤波器1204、第五功率放大器1205、第四混频器1206、第六滤波器1207、第六功率放大器1208以及第二隔离器1209，其中：第四滤波器1201的输入端为所述第二中功率固态功放120的输入端，第四滤波器1201、第四功率放大器1202、第三混频器1203、第五滤波器1204、第五功率放大器1205、第四混频器1206、第六滤波器1207、第六功率放大器 1208以及第二隔离器1209依次连接，所述第二隔离器1209的输出端为所述第二中功率固态功放120的输出端。

示例性的，IF信号输入第四滤波器1201和第四功率放大器1202，进行第一次滤波和功率放大处理，然后经过第三混频器1203上变频到C频段，由第五滤波器1204和第五功率放大器1205进行第二次滤波和功率放大处理，再经过第四混频器1206上变频到Ka频段，每经过一次混频之前，都进行一次滤波放大处理，采用二次混频以及配合二次滤波放大处理，可以有效减少或抑制杂散信号。最后由第六滤波器1207和第六功率放大器1208对RF信号进行滤波和功率放大处理，实现设备标称的功率输出。在输出端口配置第二隔离器1209，可以改善输出端口的驻波比性能，并且能够防止与固态功放装置连接的负载失配引起的反射信号损坏固态功放装置。通过中功率固态功放装置，可以在双通道的射频信号合路前对RF信号进行功率放大，此时只需对一个射频信号进行功率放大，系统实现难度低，固态功放装置的固有转换效率高，可靠性强，设备生命周期长。且通过两个中功率固态功放装置分别对两个RF信号进行功率放大，每个中功率固态功放只需考虑各自的功率输出要求，而不用考虑两个RF信号之间的交调影响。基于此，整体的双通道Ka频段固态功放装置的实现简单，电源功耗低。

具体的，在一个实施例中，第二中功率固态功放120还包括第二频钟1212，所述第二频钟1212的输出端连接所述第三混频器1203和所述第四混频器1206 的信号输入端。由一个频钟给两个混频器提供相同频率的混频信号。

具体的，在一个实施例中，第二中功率固态功放120还包括第二控制单元 1211，所述第二控制单元1211用于根据内置参数调整所述第二中功率固态功放 120的输出信息的工作频率，所述第二控制单元1211连接第二M&C接口，所述第二M&C接口用于调整内置参数。在需要改变输出的工作频率时，通过M&C接口在寄存器中写入相关的参数配置，控制单元读取寄存器中的参数配置，相应调整功率放大的倍数以及输出的工作频率。中功率固态功放的输出工作频率为 27.5-31GHz或者其中的部分范围。

具体的，在一个实施例中，所述第二中功率固态功放120还包括第二电源管理单元1210，所述第二电源管理单元1210用于给所述第二中功率固态功放 120供电。通过PS接口输入中功率固态功放的工作电平，电源管理单元根据中功率固态功放的实际输出功率需求，调整给输入给每个元器件的电平从而配置合适的输出功率。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。

Claims (9)

1.一种双通道Ka频段固态功放装置，其特征在于，包括：第一中功率固态功放、第二中功率固态功放、第一连接波导、第二连接波导以及双工器，其中：

所述第一中功率固态功放的输入端用于接收L频段或者S频段的中频信号，所述第一中功率固态功放的输出端通过所述第一连接波导，连接所述双工器的第一输入端；所述第二中功率固态功放的输入端用于接收L频段或者S频段的中频信号，所述第二中功率固态功放的输出端通过所述第二连接波导，连接所述双工器的第二输入端；所述双工器的输出端连接地面站的天线系统；

其中，所述第一中功率固态功放和所述第二中功率固态功放均用于，将接收的接收L频段或者S频段的中频信号上变频到Ka频段并进行功率放大；

所述第一中功率固态功放包括：第一滤波器、第一功率放大器、第一混频器、第二滤波器、第二功率放大器、第二混频器、第三滤波器、第三功率放大器以及第一隔离器，其中：第一滤波器的输入端为所述第一中功率固态功放的输入端，第一滤波器、第一功率放大器、第一混频器、第二滤波器、第二功率放大器、第二混频器、第三滤波器、第三功率放大器以及第一隔离器依次连接，所述第一隔离器的输出端为所述第一中功率固态功放的输出端。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二中功率固态功放包括：第四滤波器、第四功率放大器、第三混频器、第五滤波器、第五功率放大器、第四混频器、第六滤波器、第六功率放大器以及第二隔离器，其中：

第四滤波器的输入端为所述第二中功率固态功放的输入端，第四滤波器、第四功率放大器、第三混频器、第五滤波器、第五功率放大器、第四混频器、第六滤波器、第六功率放大器以及第二隔离器依次连接，所述第二隔离器的输出端为所述第二中功率固态功放的输出端。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一连接波导和所述第二连接波导采用WR28或WR34波导管。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一中功率固态功放还包括第一频钟，所述第一频钟的输出端连接所述第一混频器和所述第二混频器的信号输入端。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一中功率固态功放还包括第一控制单元，所述第一控制单元用于根据内置参数调整所述第一中功率固态功放的输出信息的工作频率，所述第一控制单元连接第一M&C接口，所述第一M&C接口用于调整内置参数。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一中功率固态功放还包括第一电源管理单元，所述第一电源管理单元用于给所述第一中功率固态功放供电。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二中功率固态功放还包括第二频钟，所述第二频钟的输出端连接所述第三混频器和所述第四混频器的信号输入端。

8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二中功率固态功放还包括第二控制单元，所述第二控制单元用于根据内置参数调整所述第二中功率固态功放的输出信息的工作频率，所述第二控制单元连接第二M&C接口，所述第二M&C接口用于调整内置参数。

9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二中功率固态功放还包括第二电源管理单元，所述第二电源管理单元用于给所述第二中功率固态功放供电。

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