CN1135714C - 无线功率合成装置 - Google Patents

Abstract

一种无线功率合成装置，包括第一定向耦合器、移相器、功率放大器和合路器，第一定向耦合器与移相器和合路器相连，接收无线发射部分的输出信号，耦合处理后，将信号输出；移相器与第一定向耦合器相连，接收耦合输出，作移相处理后输出；功率放大器与移相器相连，接收移相器输出，进行功率放大后输出；合路器与功率放大器和第一定向耦合器相连，接收它们输出的信号，合成后，输出合成功率。本发明在不改变原有无线发射部分的前提下，能倍增功率、降低功耗。

Description

无线功率合成装置

本发明涉及一种无线功率合成装置。

无线通信中，发射功率的大小会影响到通信距离，同时不同的通信距离又需要不同的发射功率。因此，为了满足不同的需要，需要有不同的功率等级的功率放大器。

如图1所示，无线通信中，无线发射部分由无线发射通道1及功率放大器2两部分组成。如果需要提高功率，实现方法有3种：

1)对功率放大器重新开发，这样需要进行重新设计，包括新器件的选用、功放结构设计、热设计，或进行末级功率合成设计，甚至涉及到整个无线发射部分的结构更改；

2)在无线发射部分的功率放大器2之后另加一个功率更大的功率放大器3来提高功率，如图2所示，由于没有增益很低的功率管可用，所以，需要将功率放大器的输出功率进行衰减，才不致使功率更大的功率放大器进入饱和，但是，由于大功率信号无法进行连续衰减，个体之间的增益差，很难保证功率更大的功率放大器不进入饱和区，同时大功率信号的衰减，又需要以热的形式散发，这样也给热设计带来一定的难度；

3)利用2个功率放大器进行功率合成，形成功率放大合成装置4，如图3所示，这样需要对电路进行更改、对无线发射部分进行结构的更改，甚至容纳该无线发射部分的机架结构以及电源的更改。

综上所述，现有的增加功率的方法皆不尽完善。

本发明的目的在于提供一种在不改变原有无线发射部分的前提下，能倍增功率、降低功耗、灵活配置的无线功率合成装置。

为了实现上述目的，本发明所提供的无线功率合成装置的主技术方案为：它包括第一定向耦合器、移相器、功率放大器和合路器，其中：第一定向耦合器，与移相器和合路器相连，接收无线发射部分的输出信号，作耦合处理后，将信号一方面通过直通支路向合路器输出，另一方面将信号向移相器输出；移相器，与第一定向耦合器相连，接收第一定向耦合器的输出，作移相处理，并输出移相信号；功率放大器，与移相器相连，接收移相器输出的移相信号，进行功率放大，并输出放大后的信号；合路器，与功率放大器和第一定向耦合器相连，接收功率放大器和第一定向耦合器的输出信号，进行合成后，输出合成信息。

上述的无线功率合成装置，还包括衰减器和群时延滤波器，其中：该衰减器连接在所述的移相器和功率放大器之间，将移相信号进行衰减控制后输入至功率放大器；该群时延滤波器连接在所述的定向耦合器和合路器之间，将耦合信号滤波后输入至合路器。

上述的无线功率合成装置，还包括第二定向耦合器、微处理器和第二检波器，其中：该第二定向耦合器与合路器和第二检波器相连，将合路器的输出信号作耦合处理后，一方面将直通信号功率通过合成输出端口输出，另一方面将耦合输出信号向所述的第二检波器输出；该第二检波器与所述的第二定向耦合器和微处理器相连，将耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器；该微处理器与第二检波器、移相器和衰减器相连，将第二检波器输出的直流信号进行模拟/数字变换，优化计算出控制移相器、衰减器的数据，再将此数据进行数字/模拟变换后向所述的移相器和衰减器输出。

上述的无线功率合成装置，还包括第三定向耦合器和第一检波器，其中：该第三定向耦合器连接在所述的功率放大器和合路器之间，将功率放大器的输出信号进行耦合处理后，一方面通过直通支路向合路器输出信号，另一方面将耦合输出信号送到第一检波器；该第一检波器连接在所述的第三耦合器和处理器之间，将第三定向耦合器耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器。

在上述的无线功率合成装置的主方案中，它还包括衰减器、微处理器、第一检波器、第二检波器、第二定向耦合器和第三定向耦合器，其中：该衰减器连接在所述的移相器和功率放大器之间，将移相信号进行衰减控制后输入至功率放大器中；该第三定向耦合器连接在所述的功率放大器和合路器之间，将功率放大器的输出信号进行耦合处理后，一方面通过直通支路向合路器输出信号，另一方面将耦合输出信号送到第一检波器；该第二定向耦合器与合路器和第二检波器相连，将合路器的输出信号作耦合处理后，一方面将直通信号功率通过合成输出端口输出，另一方面将耦合输出信号向所述的第二检波器输出；该第二检波器连接在所述的第二定向耦合器和微处理器之间，将第二定向耦合器耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器；该第一检波器连接在所述的第三耦合器和处理器之间，将第三定向耦合器耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器；该微处理器与第一、第二检波器、移相器和衰减器相连，将第一、第二检波器输出的直流信号进行模拟/数字变换，优化计算出控制移相器、衰减器的数据，再将此数据进行数字/模拟变换后向所述的移相器和衰减器输出。

由于采用了上述的技术解决方案，即不改变原有无线发射部分的前提下，在无线发射机架上设置的的另外一个槽位使用本功率合成装置，通过电缆跳线，将无线发射部分的功率引入本功率合成装置，合成功率的大小可以通过微处理器(CPU)进行控制，同时将合成后的信号功率通过电缆引出到天馈部分发射出去。本发明提供一种简洁的、灵活配置的装置。另外，本发明与现有的3种技术方案相比较，第一，避免了对功率放大器的重新设计；第二，有效地利用了射频功率，达到提高功率的目的，降低了因衰减射频功率而带来的热耗，从而降低了功率消耗；第三，使用两个功率放大器进行合成所带来的对无线发射部分电路、热设计的重新设计及进行结构的更改，甚至机架结构、电源的更改等。本发明在郊区或人口稀少的偏远地区，解决广覆盖问题，在采用相同功率放大器的基础上，功率可以在原功率放大器输出功率的基础上提高2.2dB(分贝)。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明。

图1是现有的无线发射部分的结构示意框图；

图2是现有的提高功率实施例之一的结构示意框图；

图3是现有的提高功率实施例之二的结构示意框图；

图4是本发明实施例之一的结构示意图；

图5是本发明实施例之二的结构示意图；

图6是本发明实施例之三的结构示意图；

图7是本发明实施例之四的结构示意图；

图8是本发明实施例之五的结构示意图。

如4所示，本发明实施例之一，可应用于对合成功率稳定性要求不高的非线性窄带系统。该无线功率合成装置，它包括第一定向耦合器14、移相器13、功率放大器12和合路器11，其中：

第一定向耦合器14，与移相器13和合路器11相连，接收无线发射部分的输出信号，作耦合处理后，将信号一方面通过直通支路向合路器11输出，另一方面将信号向移相器13输出，该第一定向耦合器14可采用-30dB的耦合量，方向性由系统增益决定；

移相器13，与第一定向耦合器14相连，接收第一定向耦合器14的输出，作移相处理，并输出移相信号，可采用压控移相器，移相范围0～-360°；

功率放大器12，与移相器13相连，接收移相器13输出的移相信号，进行功率放大，并输出放大后的信号，该功率放大器12可以与无线发射部分中的功率放大器2相同，也可以不同；

合路器11，与功率放大器12和第一定向耦合器14相连，其-90°端口接收功率放大器、0°端口接收第一定向耦合器的输出信号，进行合成后，输出合成功率。

如图5所示，本发明实施例之二，可应用于对合成功率稳定性要求不高的系统。该无线功率合成装置，除了包括上述的第一定向耦合器14、移相器13、功率放大器12和合路器11外，还包括衰减器15和群时延滤波器16，其中：

该衰减器15连接在所述的移相器13和功率放大器12之间，将移相信号进行衰减控制后输入至功率放大器12中，通过对功放输入信号的衰减，使功率放大器不至于饱和或调整移相后的增益变化；

该群时延滤波器16连接在所述的定向耦合器14和合路器11之间，将耦合信号滤波后输入至合路器中，群时延之和是由第一定向耦合器14的耦合支路、移相器、衰减器、功率放大器的总群时延之和所决定，从而保证信号到达合路器0°及-90°端口群时延的平衡。

如图6所示，本发明实施例之三，可应用于非线性系统。该无线功率合成装置，除了包括上述的第一定向耦合器14、移相器13、功率放大器12、合路器11、衰减器15和群时延滤波器16外，还包括第二定向耦合器19、微处理器17和第二检波器18，其中：

该第二定向耦合器19与合路器11和第二检波器18相连，将合路器11的输出信号作耦合处理后，一方面将直通信号功率通过合成输出端口输出，另一方面将耦合输出信号向所述的第二检波器18输出，该第二定向耦合器19可采用-33dB的耦合量；

该第二检波器18与所述的第二定向耦合器19和微处理器17相连，将耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器，该第二检波器18需要有较高的线性度及功率检测灵敏度。

该微处理器17与第二检波器18、移相器13和衰减器15相连，将第二检波器18输出的直流信号进行模拟/数字变换，优化计算出控制移相器13、衰减器15的数据，再将此数据进行数字/模拟变换后向所述的移相13器和衰减器15输出。

如图7所示，本发明实施例之四，可应用于窄带无线系统。该无线功率合成装置，除了包括上述的第一定向耦合器14、移相器13、衰减器15、功率放大器12、合路器11、第二定向耦合器19、微处理器17和第二检波器18之外，还包括第三定向耦合器20和第一检波器21，其中：

该第三定向耦合器20连接在所述的功率放大器12和合路器11之间，将功率放大器的输出信号进行耦合处理后，一方面通过直通支路向合路器输出信号，另一方面将耦合输出信号送到第一检波器21，该第一定向耦合器20可采用-27dB的耦合量；

该第一检波器21连接在所述的第三耦合器20和微处理器17之间，将第三定向耦合器20耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器17，该第一检波器21需要有较高的线性度及功率检测灵敏度。

如图8所示，本发明实施例之五，该无线功率合成装置，包括上述的第一定向耦合器14、群时延滤波器16、移相器13、衰减器15、功率放大器12、合路器11、第三定向耦合器20、第二定向耦合器19、微处理器17、第一检波器21和第二检波器18。

无线发射部分输出的功率送到功率合成装置中，经过-30dB(分贝)的耦合、移相、衰减，送到功率合成装置中的功率放大器进行功率放大，耦合器的直通支路功率在通过群时延滤波器之后，与功率合成装置中功率放大器放大后的功率进行合成，这样就达到功率合成的目的。其中无线发射部分中的功率放大器与功率合成装置中的功率放大器，可以是相同功率等级的功率放大器，也可以是不同功率等级的功率放大器，这样就可以作到同相、等幅或不等幅功率合成。

Claims (5)

1.一种无线功率合成装置，其特征在于，它包括第一定向耦合器、移相器、功率放大器和合路器，其中：

第一定向耦合器，与移相器和合路器相连，接收无线发射部分的输出信号，作耦合处理后，将信号一方面通过直通支路向合路器输出，另一方面将信号向移相器输出；

移相器，与第一定向耦合器相连，接收第一定向耦合器的耦合输出，作移相处理，并输出移相信号；

功率放大器，与移相器相连，接收移相器输出的移相信号，进行功率放大，并输出放大后的信号；

合路器，与功率放大器和第一定向耦合器相连，接收功率放大器和第一定向耦合器的直通输出信号，进行合成后，输出合成功率。

2.根据权利要求1所述的一种无线功率合成装置，其特征在于：它还包括衰减器和群时延滤波器，其中：

该衰减器连接在所述的移相器和功率放大器之间，将移相信号进行衰减控制后输入至功率放大器；

该群时延滤波器连接在所述的定向耦合器和合路器之间，将耦合直通信号滤波后输入至合路器。

3.根据权利要求2所述的一种无线功率合成装置，其特征在于：它还包括第二定向耦合器、微处理器和第二检波器，其中：

该第二定向耦合器与合路器和第二检波器相连，将合路器的输出信号作耦合处理后，一方面将直通信号功率通过合成输出端口输出，另一方面将耦合输出信号向所述的第二检波器输出；

该第二检波器与所述的第二定向耦合器和微处理器相连，将耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器；

该微处理器与第二检波器、移相器和衰减器相连，将第二检波器输出的直流信号进行模拟/数字变换，优化计算出控制移相器、衰减器的数据，再将此数据进行数字/模拟变换后向所述的移相器和衰减器输出。

4.根据权利要求3所述的一种无线功率合成装置，其特征在于：它还包括第三定向耦合器和第一检波器，其中：

该第三定向耦合器连接在所述的功率放大器和合路器之间，将功率放大器的输出信号进行耦合处理后，一方面通过直通支路向合路器输出信号，另一方面将耦合输出信号送到第一检波器；

该第一检波器连接在所述的第三耦合器和处理器之间，将第三定向耦合器耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器。

5.根据权利要求1所述的一种无线功率合成装置，其特征在于：它还包括衰减器、微处理器、第一检波器、第二检波器、第二定向耦合器和第三定向耦合器，其中：

该衰减器连接在所述的移相器和功率放大器之间，将移相信号进行衰减控制后输入至功率放大器中；

该第三定向耦合器连接在所述的功率放大器和合路器之间，将功率放大器的输出信号进行耦合处理后，一方面通过直通支路向合路器输出信号，另一方面将耦合输出信号送到第一检波器；

该第二定向耦合器与合路器和第二检波器相连，将合路器的输出信号作耦合处理后，一方面将直通信号功率通过合成输出端口输出，另一方面将耦合输出信号向所述的第二检波器输出；

该第二检波器连接在所述的第二定向耦合器和微处理器之间，将第二定向耦合器耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器；

该第一检波器连接在所述的第三耦合器和处理器之间，将第三定向耦合器耦合输出信号进行小信号检波放大，将检波后的直流信号送到微处理器；

该微处理器与第一、第二检波器、移相器和衰减器相连，将第一、第二检波器输出的直流信号进行模拟/数字变换，优化计算出控制移相器、衰减器的数据，再将此数据进行数字/模拟变换后向所述的移相器和衰减器输出。

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