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