CN115242200B - 一种c波段射频信号功率放大装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种C波段射频信号功率放大装置，包括依次连接的前级放大模块、全高二功分器、合成放大模块、全高二功合器和合成输出模块；前级放大模块接收射频输入信号，对所述射频输入信号进行一次功率放大得到前级输出信号；全高二功分器将前级输出信号进行功率平分，得到功率平分后的两路信号；合成放大模块对功率平分后的两路信号分别同时进行二次功率放大，得到二次功率放大后的两路信号；全高二功合器将二次功率放大后的两路信号进行功率合成，得到合成输出信号；合成输入模块对所述合成输出信号进行耦合输出得到发射信号，并传输到发射天线；合成输出模块实时检测输出功率和发射功率；监控保护电路对检测的设备状态进行监测并保护。
Description
技术领域
本发明涉及微波源技术领域，具体是一种C波段射频信号功率放大装置和方法。
背景技术
近年来，大功率微波的应用多种多样：卫星和空间平台供能、深空探测器测控通信、轨道飞行器高度改变推进系统等，无论哪一种应用都需要极大的功率支持。随着半导体材料和工艺的不断发展，微波器件的输出功率量级越来越大，虽然大功率器件的工作频率以及所能达到的功率越来越高，但限于器件的物理特性以及工艺水平，单个功放的输出功率仍是有限的，目前国内技术，单只功放管的输出功率只有几百瓦，因此为了实现万瓦级的高功率输出，必须要通过功率合成的方法来实现。但是在如此大的合成规模下，难以保持较高的合成效率，且多路合成时各路的一致性、各支路的相互隔离、合成网络的稳定性等问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种C波段射频信号功率放大装置，包括前级放大模块、全高二功分器、合成放大模块、全高二功合器、合成输出模块、辅助电源、冷却装置、通信控制模块、监控保护电路；
所述的前级放大模块、全高二功分器、合成放大模块、全高二功合器和合成输出模块依次连接；
所述前级放大模块接收射频输入信号，对所述射频输入信号进行一次功率放大得到前级输出信号；
所述全高二功分器将所述前级输出信号进行功率平分，得到功率平分后的两路信号；
所述合成放大模块对所述功率平分后的两路信号分别同时进行二次功率放大，得到二次功率放大后的两路信号；
所述全高二功合器将所述二次功率放大后的两路信号进行功率合成，得到合成输出信号；
所述合成输出模块对所述合成输出信号进行耦合输出得到发射信号，并传输到发射天线，所述合成输出模块实时检测输出功率和发射功率；
所述的辅助电源分别与所述前级放大模块、所述合成放大模块和所述冷却装置连接，进行AC/DC电源转换，为各个模块/系统提供所需直流电压；
所述冷却装置为C波段射频信号功率放大装置进行散热；
所述通信控制模块分别与所述前级放大模块、所述合成放大模块和所述合成输出模块通信连接，实时监测各个模块的运行状态；
所述监控保护电路对检测的设备状态进行监测并保护。
优选的，所述的前级放大模块接收射频输入信号，对所述射频输入信号进行一次功率放大得到前级输出信号具体包括：对所述射频输入信号进行预处理和信号驱动放大；
所述前级放大模块包括预处理单元和驱动放大单元；
所述预处理单元包括：双工开关A、双工开关B和激励放大组件；所述的激励放大组件包括激励放大组件A和激励放大组件B；
所述双工开关A接收射频输入信号，通过激励放大组件对信号进行预处理后，经双工开关B将预处理后的信号输出给驱动放大单元；
所述预处理单元与所述通信控制模块之间通信连接；当激励放大组件A和激励放大组件B中的任一个发生故障时，所述通信控制模块基于故障反馈信号控制双工开关将信号线路切换至未发生故障激励放大组件；
所述驱动放大单元包括：半高二功分器、末级功放组件和半高二功合器；所述的末级功放组件包括末级功放组件A和末级功放组件B；
所述驱动放大单元接收预处理单元输出的大功率信号，其中的半高二功分器将所述预处理后的信号进行功率平分，得到功率平分后的两路信号，通过末级功放组件A和末级功放组件B对功率平分后的两路信号进行信号放大，将放大后的两路射频信号通过半高二功合器进行功率合成后，得到前级输出信号并输出至全高二功分器中。
优选的，所述的激励放大组件对信号进行预处理包括对射频输入信号限幅、均衡、衰减匹配、滤波、激励放大和隔离耦合；
所述激励放大组件包括依次连接的输入功率检测耦合器、压控衰减器、数控衰减器、增益放大器、推动放大器、功率放大器、二功分电桥、末级功放管模块、二功合电桥以及输出功率检测耦合器；所述的末级功放管模块为并联的两个末级功放管；
所述射频输入信号通过所述输入功率检测耦合器进行输入功率检波，之后射频信号经过压控衰减器和数控衰减器来调整激励放大组件的链路增益，再通过增益放大器、推动放大器和功率放大器进行功率放大，最后通过二功分电桥、末级功放管模块和二功合电桥组成的功放组件把功率推放到激励放大组件预设的输出功率；在激励放大器组件的输出端最末级，连接有输出功率检测耦合器，实现对激励放大器组件的输出功率检波和反射功率检波；
所述输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器分别与通信控制模块连接，输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器将检波信号转换成电压信号并传输至所述通信控制模块；
所述辅助电源为所述激励放大组件中各个放大器提供相适应的电压，所述辅助电源与所述通信控制模块之间通信连接，当所述通信控制模块通过接收的所述电压信号监测到激励放大器组件的输出功率或输出驻波异常时，切断当前激励放大组件的辅助电源，并控制所述双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件。
优选的，所述的末级功放组件包括：波导功分器、功率放大器和波导功合器。
所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行功率平分，得到两路末级功放组件输入信号，并通过末级功放组件A和末级功放组件B分别对所述两路末级功放组件输入信号进行功率放大；
所述波导功分器将所述两路末级功放组件输入信号分别再进行一分四路功分；两组功分后的四路信号在两组末级功放组件中通过并联的功率放大器分别进行四路并行放大后再通过波导功合器进行四路功合，得到两路末级功放组件输出信号；
所述两路末级功放组件输出信号经所述半高二功合器进行功率合成得到所述前级输出信号；
所述合成放大模块对所述功率平分后的两路信号分别进行二次功率放大并输入给所述全高二功合器。
优选的，所述的合成放大模块包括：合成放大单元A和合成放大单元B；所述前级输出信号经所述全高二功分器进行功率平分后，分别进入合成放大单元A和合成放大单元B中进行二次功率放大。
优选的，每一个合成放大单元包括：1个十六路功分器、16个末级功放组件以及1个十六路功合器；
所述十六路功分器将信号功分成16路，经并联的16个末级功放组件放大，通过十六路功合器进行功率合成得到合成放大单元输出信号；合成放大单元A和合成放大单元B的合成放大单元输出信号再经全高二功分器功合获得合成输出信号。
根据一种C波段射频信号功率放大装置的一种C波段射频信号功率放大方法，包括：
在前级放大模块中对射频输入信号进行一次功率放大，得到功率为67.6dBm的前级输出信号；
基于全高二功分器对所述前级输出信号进行功率平分，得到两路功率为64.5dBm的信号；
对所述功率平分后的两路信号在合成放大模块中分别同时进行二次功率放大至73dBm；
将所述二次功率放大后的两路信号进行功率合成得到76dBm合成输出信号；
将所述合成输出信号输入合成输出模块进行耦合输出，得到功率为75.6dBm的发射信号并传输到发射天线。
进一步的，还包括：将所述合成输出信号输入合成输出模块进行耦合输出的同时，实时检测信号的输出功率和反射功率。
进一步的，所述的在前级放大模块中对射频输入信号进行一次功率放大，得到功率为67.6dBm的前级输出信号具体包括：信号预处理过程和信号驱动放大过程；
所述预处理过程包括如下步骤：
双工开关A接收8dBm的射频输入信号，将7.8dBm的功率信号传输给激励放大组件进行信号预处理，经双工开关B将预处理后的信号输出给驱动放大单元；
所述预处理单元与所述通信控制模块之间通信连接；当激励放大组件A和激励放大组件B中的任一个发生故障时，所述通信控制模块基于故障反馈信号控制双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件；
所述驱动放大单元包括：半高二功分器、末级功放组件A、末级功放组件B和半高二功合器；
所述驱动放大单元接收预处理单元输出的58.6dBm大功率信号，所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行功率平分，得到两路55.5dBm功率信号，通过与其并联的末级功放组件A和末级功放组件B对两路功率平分后的信号进行信号放大，将信号放大后的两路射频信号通过半高二功合器进行功率合成后，得到67.6dBm前级输出信号并输出至全高二功分器中。
进一步的，所述的激励放大组件对信号进行预处理包括对射频输入信号进行：限幅、均衡、衰减匹配、滤波、激励放大、隔离耦合；
所述激励放大组件包括依次连接的输入功率检测耦合器、压控衰减器、数控衰减器、增益放大器、推动放大器、功率放大器、二功分电桥、末级功放管模块、二功合电桥以及输出功率检测耦合器；所述的末级功放管模块为并联的两个末级功放管；
7.8dBm射频输入信号通过所述输入功率检测耦合器进行输入功率检波，之后7.5dBm的射频信号经过压控衰减器和数控衰减器来调整激励放大组件的链路增益，此时信号功率为0.2dBm，再通过增益放大器、推动放大器和功率放大器进行功率放大，三组放大器的放大输出功率递增至50.2dBm，最后通过二功分电桥、两个并联的末级功放管和二功合电桥组成的功放组件把功率推放到激励放大组件预设的输出功率59dBm；在激励放大器组件的输出端最末级，连接有输出功率检测耦合器，以实现对激励放大器组件的输出功率检波和反射功率检波；
所述输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器分别与通信控制模块连接，输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器将检波信号转换成电压信号并传输至所述通信控制模块；
所述辅助电源为所述激励放大组件中各个放大器提供相适应的电压，所述辅助电源与所述通信控制模块之间通信连接，当所述通信控制模块通过接收的所述电压信号监测到激励放大器组件的输出功率或输出驻波异常时，切断当前激励放大组件的辅助电源，并控制所述双工开关将信号线路切换至未发生异常的激励放大组件。
本发明的有益效果是： 通过本发明所提供的技术方案，可以实现对输入电平mW级的C波段微波信号进行功率放大及合成，输出大于20kW的微波信号馈送至天线向外辐射。
附图说明
图1为一种C波段射频信号功率放大装置的原理示意图；
图2为前级放大模块原理示意图；
图3为激励放大组件原理示意图；
图4为末级功放组件原理示意图；
图5为合成放大模块原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
如图1所示，本申请提出一种C波段射频信号功率放大装置，通过本装置可以将输入功率为（10±2）dBm的C波段射频信号功率放大至20-40kW。
所述装置包括依次连接的：前级放大模块、全高二功分器、合成放大模块、全高二功合器和合成输出模块，
所述前级放大模块接收射频输入信号，对所述射频输入信号进行一次功率放大得到前级输出信号；
所述全高二功分器将所述前级输出信号进行二路功率平分；
所述合成放大模块对所述功率平分后的二路信号分别同时进行二次功率放大；
所述全高二功合器将所述二次功率放大后的二路信号进行功率合成得到合成输出信号；
所述合成输入模块对所述合成输出信号进行耦合输出得到发射信号并传输到发射天线，所述合成输出模块实时检测输出功率和反射功率；
所述装置还包括：辅助电源和冷却系统；
所述辅助电源分别与所述前级放大模块、所述合成放大模块和所述冷却系统连接，进行AC/DC电源转换，为各个模块/系统提供所需直流电压；
所述冷却系统为整个装置提供散热保障。
所述装置还包括：通信控制模块，所述通信控制模块分别与所述前级放大模块、所述合成放大模块和所述合成输出模块通信连接，实时监测各个模块的运行状态，以及基于故障信号对故障模块电源电压和信号线路进行控制。
辅助电源是将外部提供的交流380V电源，进行AC/DC转换，转换成设备放大器以及外围电路需要的直流电压。
所述通信控制模块对设备的状态进行实时的检测，并通过声光电等辅助手段进行显示，亦能通过通信接口将检测结果输出，检测的内容包括输入/出功率、整机电流、输出驻波、输入信号脉宽及占空比、环境温度、故障状态等。
所述装置还包括有监控保护电路，所述监控保护电路对检测的设备状态进行监测，并提供有效的保护措施，以防止对设备造成损坏，监测的故障类型包括散热系统、过脉宽、过工作比、输出驻波/功率、总电流、末级功放组件、电源故障等。
所述前级放大模块接收射频输入信号，对所述射频输入信号进行一次功率放大得到前级输出信号具体包括：对所述射频输入信号进行预处理和信号驱动放大；
如图2所示，所述前级放大模块包括预处理单元和驱动放大单元；
所述预处理单元包括：双工开关A、双工开关B、激励放大组件A和激励放大组件B；
所述双工开关A接收射频输入信号，通过激励放大组件（激励放大组件A或激励放大组件B）对信号进行预处理后，经双工开关B将预处理后的信号输出给驱动放大单元；
所述预处理单元与所述通信控制模块之间通信连接；当激励放大组件A和激励放大组件B中的任一个发生故障时，所述通信控制模块基于故障反馈信号控制双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件；
所述驱动放大单元包括：半高二功分器、末级功放组件A、末级功放组件B和半高二功合器；
所述驱动放大单元接收预处理单元输出的大功率信号，所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行二路功率平分，通过与其并联的末级功放组件A和末级功放组件B对二路功率平分后的信号进行信号放大，将信号放大后的二路射频信号通过半高二功合器进行功率合成后，得到前级输出信号并输出至全高二功分器中。
所述激励放大组件对信号进行预处理包括对射频输入信号进行：限幅、均衡，衰减匹配，滤波、激励放大、隔离耦合；
如图3所示，所述激励放大组件包括依次连接的：输入功率检测耦合器1、压控衰减器2、数控衰减器3、增益放大器4、推动放大器5、功率放大器6、限幅器7、二功分电桥8、两个并联的末级功放管9、二功合电桥10以及输出功率检测耦合器11；
所述射频输入信号通过所述输入功率检测耦合器1进行输入功率检波，之后射频信号经过压控衰减器2和数控衰减器3来调整激励放大组件的链路增益，再通过增益放大器4、推动放大器5和功率放大器6进行功率放大，三组放大器的放大输出功率递增，最后通过限幅器7、二功分电桥8、两个并联的末级功放管9和二功合电桥10组成的功放组件把功率推放到激励放大组件预设的输出功率；在激励放大器组件的输出端最末级，连接有输出功率检测耦合器11，以实现对激励放大器组件的输出功率检波和反射功率检波；
所述输入功率检测耦合器1和输出功率检测耦合器11分别与通信控制模块连接，输入功率检测耦合器1和输出功率检测耦合器11将检波信号转换成电压信号并传输至所述通信控制模块；
所述辅助电源为所述激励放大组件中各个放大器提供相适应的电压，所述辅助电源与所述通信控制模块之间通信连接，当所述通信控制模块通过接收的所述电压信号监测到激励放大器组件的输出功率或输出驻波异常时，切断当前激励放大组件的辅助电源，并控制所述双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件。
如图4所示，所述末级功放组件包括：波导功分器、功率放大器和波导功合器。
所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行二路功率平分，得到二路末级功放组件输入信号，并通过并联的末级功放组件A和末级功放组件B对所述二路末级功放组件输入信号进行功率放大；
所述波导功分器将所述二路末级功放组件输入信号分别再进行一分四路功分；两组功分后的四路信号在两组末级功放组件中通过并联的功率放大器分别进行四路并行放大后再通过波导功合器进行四路功合，得到二路末级功放组件输出信号；
所述二路功放组件输出信号经所述半高二功合器进行功率合成得到所述前级输出信号。
所述合成放大模块对所述功率平分后的二路信号分别进行二次功率放大并输入给所述全高二功合器
如图5所示，所述合成放大模块包括：合成放大单元A和合成放大单元B；所述前级输入信号经所述全高二功分器进行功率平分后，分别进入合成放大单元A和合成放大单元B中进行二次功率放大；
每一个合成放大单元包括：1个十六路功分器，16个末级功放组件，以及1个十六路功合器；
所述十六路功分器将信号功分成16路，经并联的16个末级功放组件放大，通过十六路功合器进行功率合成得到合成放大单元输出信号；合成放大单元A和合成放大单元B的合成放大单元输出信号再经全高二功分器功合获得合成输出信号。
本申请还提出一种C波段射频信号功率放大方法，所述方法基于前述C波段射频信号功率放大装置，将输入功率为8dBm的C波段射频信号功率放大至75.6dBm（37kW）；所述方法包括如下步骤：
在前级放大模块中对射频输入信号进行一次功率放大，得到功率为67.6dBm的前级输出信号；
基于全高二功分器对所述前级输出信号进行二路功率平分，得到二路功率为64.5dBm的信号；
对所述功率平分后的二路信号在合成放大模块中分别同时进行二次功率放大至73dBm；
将所述二次功率放大后的二路信号进行功率合成得到76dBm合成输出信号；
将所述合成输出信号输入合成输出模块进行耦合输出，得到功率为75.6dBm的发射信号并传输到发射天线。
所述方法还包括：将所述合成输出信号输入合成输出模块进行耦合输出的同时，实时检测信号的输出功率和反射功率。
所述通信控制模块分别与所述前级放大模块、所述合成放大模块和所述合成输出模块通信连接，实时监测各个模块的运行状态，以及基于故障信号对故障模块电源电压和信号线路进行控制。
所述在前级放大模块中对射频输入信号一次功率放大，得到功率为67.6dBm的前级输出信号具体包括：信号预处理过程和信号驱动放大过程；
所述预处理过程包括如下步骤：
双工开关A接收8dBm的射频输入信号，将7.8dBm的功率信号传输给激励放大组件（激励放大组件A或激励放大组件B）进行信号预处理，经双工开关B将预处理后的信号输出给驱动放大单元；
所述预处理单元与所述通信控制模块之间通信连接；当激励放大组件A和激励放大组件B中的任一个发生故障时，所述通信控制模块基于故障反馈信号控制双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件；
所述驱动放大单元包括：半高二功分器、末级功放组件A、末级功放组件B和半高二功合器；
所述驱动放大单元接收预处理单元输出的58.6dBm大功率信号，所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行二路功率平分，得到二路55.5dBm功率信号，通过与其并联的末级功放组件A和末级功放组件B对二路功率平分后的信号进行信号放大，将信号放大后的二路射频信号通过半高二功合器进行功率合成后，得到67.6dBm前级输出信号并输出至全高二功分器中。
所述激励放大组件对信号进行预处理包括对射频输入信号进行：限幅、均衡，衰减匹配，滤波、激励放大、隔离耦合；
所述激励放大组件包括依次连接的：输入功率检测耦合器1、压控衰减器2、数控衰减器3、增益放大器4、推动放大器5、功率放大器6、限幅器7、二功分电桥8、末级功放管模块9、二功合电桥10以及输出功率检测耦合器11；所述的
所述7.8dBm射频输入信号通过所述输入功率检测耦合器1进行输入功率检波，之后7.5dBm的射频信号经过压控衰减器2和数控衰减器3来调整激励放大组件的链路增益，此时信号功率为0.2dBm，再通过增益放大器4、推动放大器5和功率放大器6进行功率放大，三组放大器的放大输出功率递增至50.2dBm，最后通过限幅器7、二功分电桥8、两个并联的末级功放管9和二功合电桥10组成的功放组件把功率推放到激励放大组件预设的输出功率59dBm；在激励放大器组件的输出端最末级，连接有输出功率检测耦合器11，以实现对激励放大器组件的输出功率检波和反射功率检波；
所述输入功率检测耦合器1和输出功率检测耦合器11分别与通信控制模块连接，输入功率检测耦合器1和输出功率检测耦合器11将检波信号转换成电压信号并传输至所述通信控制模块；
所述辅助电源为所述激励放大组件中各个放大器提供相适应的电压，所述辅助电源与所述通信控制模块之间通信连接，当所述通信控制模块通过接收的所述电压信号监测到激励放大器组件的输出功率或输出驻波异常时，切断当前激励放大组件的辅助电源，并控制所述双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件。
本方案还设计有输出功率调节功能，在激励放大组件中实现，在激励放大组件的射频链路中设计有VGA（可变增益放大器）和DSA（数控衰减器），VGA增益可调节范围大于30dB，DSA增益可调节范围31.5dB，整个链路可调节增益为60dB，通过输出功率检测电压对激励放大器中的VGA和DSA的增益进行调节，通过测试输出功率和输出检测电压获得一组输出功率和检波电压的数值，当设备要求进行输出功率调节时，根据输出功率和对应的检波电压使DSA和VGA对激励放大组件的链路增益进行调整，DSA最为粗调，VGA在DSA的基础上进行细调，使输出功率满足设备要求的得输出功率。实现发射功率分档可调，调节范围16dB，步进2dB。
所述信号驱动放大过程基于所述驱动放大单元中的末级功放组件，在所述末级功放组件包括：波导功分器、功率放大器和波导功合器。
所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行二路功率平分，得到二路55.5dBm末级功放组件输入信号，并通过并联的末级功放组件A和末级功放组件B对所述二路末级功放组件输入信号进行功率放大；
所述波导功分器将所述二路末级功放组件输入信号分别再进行一分四路功分为49.1dBm；两组功分后的四路信号在两组末级功放组件中通过并联的功率放大器分别进行四路并行放大至59.1dBm，后再通过波导功合器进行四路功合，得到二路64.7dBm末级功放组件输出信号；
所述二路64.7dBm功放组件输出信号经所述半高二功合器进行功率合成得到67.6dBm的前级输出信号。
所述合成放大模块对所述功率平分后的二路信号分别进行二次功率放大并输入给所述全高二功合器。
所述合成放大模块包括：合成放大单元A和合成放大单元B；所述前级输入信号经所述全高二功分器进行功率平分后，二路64.5dBm信号分别进入合成放大单元A和合成放大单元B中进行二次功率放大；
每一个合成放大单元包括：1个十六路功分器，16个末级功放组件，以及1个十六路功合器；
所述十六路功分器将64.5dBm功率信号功分成16路52dBm功率信号，经并联的16个末级功放组件放大至61.5dBm，通过十六路功合器进行功率合成得到73dBm的合成放大单元输出信号；合成放大单元A和合成放大单元B的二路合成放大单元输出信号再经全高二功分器功合获得76dBm合成输出信号，合成输出信号经模块进行耦合输出，得到功率为75.6dBm的发射信号并传输到发射天线。
合成放大单元中的16路功分、功合器得每一路都有大功率隔离器，对输出开路造成的全反射功率进行反向隔离，避免烧毁功率放大器。
本方案末级功放组件采用的是300W的功率放大器，每个末级功放组件包含并联的4个功率放大器，即1200W。一个合成放大单元包含16个末级功放组件，因此，其总的理论输出能力为19.2kW为。本方案采用两个合成放大分机，则总的输出功率能力达到38.4kW，由于幅度和相位不一致造成的合成效率大概在94%左右，其实际效率36.10kW。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种C波段射频信号功率放大方法，应用于一种C波段射频信号功率放大装置，其特征在于，所述的一种C波段射频信号功率放大装置包括前级放大模块、全高二功分器、合成放大模块、全高二功合器、合成输出模块、辅助电源、冷却装置、通信控制模块、监控保护电路；
所述的前级放大模块、全高二功分器、合成放大模块、全高二功合器和合成输出模块依次连接；
所述前级放大模块接收射频输入信号，对所述射频输入信号进行一次功率放大得到前级输出信号；
所述全高二功分器将所述前级输出信号进行功率平分，得到功率平分后的两路信号；
所述合成放大模块对所述功率平分后的两路信号分别同时进行二次功率放大，得到二次功率放大后的两路信号；
所述全高二功合器将所述二次功率放大后的两路信号进行功率合成，得到合成输出信号；
所述合成输出模块对所述合成输出信号进行耦合输出得到发射信号，并传输到发射天线，所述合成输出模块实时检测输出功率和发射功率；
所述的辅助电源分别与所述前级放大模块、所述合成放大模块和所述冷却装置连接，进行AC/DC电源转换，为各个模块/系统提供所需直流电压；
所述冷却装置为C波段射频信号功率放大装置进行散热；
所述通信控制模块分别与所述前级放大模块、所述合成放大模块和所述合成输出模块通信连接，实时监测各个模块的运行状态；
所述监控保护电路对检测的设备状态进行监测并保护；
所述的前级放大模块接收射频输入信号，对所述射频输入信号进行一次功率放大得到前级输出信号具体包括：对所述射频输入信号进行预处理和信号驱动放大；
所述前级放大模块包括预处理单元和驱动放大单元；
所述预处理单元包括：双工开关A、双工开关B和激励放大组件；所述的激励放大组件包括激励放大组件A和激励放大组件B；
所述双工开关A接收射频输入信号，通过激励放大组件对信号进行预处理后，经双工开关B将预处理后的信号输出给驱动放大单元；
所述预处理单元与所述通信控制模块之间通信连接；当激励放大组件A和激励放大组件B中的任一个发生故障时，所述通信控制模块基于故障反馈信号控制双工开关将信号线路切换至未发生故障激励放大组件；
所述驱动放大单元包括：半高二功分器、末级功放组件和半高二功合器；所述的末级功放组件包括末级功放组件A和末级功放组件B；
所述驱动放大单元接收预处理单元输出的大功率信号，其中的半高二功分器将所述预处理后的信号进行功率平分，得到功率平分后的两路信号，通过末级功放组件A和末级功放组件B对功率平分后的两路信号进行信号放大，将放大后的两路射频信号通过半高二功合器进行功率合成后，得到前级输出信号并输出至全高二功分器中；
所述的激励放大组件对信号进行预处理包括对射频输入信号限幅、均衡、衰减匹配、滤波、激励放大和隔离耦合；
所述激励放大组件包括依次连接的输入功率检测耦合器、压控衰减器、数控衰减器、增益放大器、推动放大器、功率放大器、二功分电桥、末级功放管模块、二功合电桥以及输出功率检测耦合器；所述的末级功放管模块为并联的两个末级功放管；
所述射频输入信号通过所述输入功率检测耦合器进行输入功率检波，之后射频信号经过压控衰减器和数控衰减器来调整激励放大组件的链路增益，再通过增益放大器、推动放大器和功率放大器进行功率放大，最后通过二功分电桥、末级功放管模块和二功合电桥组成的功放组件把功率推放到激励放大组件预设的输出功率；在激励放大器组件的输出端最末级，连接有输出功率检测耦合器，实现对激励放大器组件的输出功率检波和反射功率检波；
所述输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器分别与通信控制模块连接，输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器将检波信号转换成电压信号并传输至所述通信控制模块；
所述辅助电源为所述激励放大组件中各个放大器提供相适应的电压，所述辅助电源与所述通信控制模块之间通信连接，当所述通信控制模块通过接收的所述电压信号监测到激励放大器组件的输出功率或输出驻波异常时，切断当前激励放大组件的辅助电源，并控制所述双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件；
所述的末级功放组件包括：波导功分器、功率放大器和波导功合器；
所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行功率平分，得到两路末级功放组件输入信号，并通过末级功放组件A和末级功放组件B分别对所述两路末级功放组件输入信号进行功率放大；
所述波导功分器将所述两路末级功放组件输入信号分别再进行一分四路功分；两组功分后的四路信号在两组末级功放组件中通过并联的功率放大器分别进行四路并行放大后再通过波导功合器进行四路功合，得到两路末级功放组件输出信号；
所述两路末级功放组件输出信号经所述半高二功合器进行功率合成得到所述前级输出信号；
所述合成放大模块对所述功率平分后的两路信号分别进行二次功率放大并输入给所述全高二功合器；
所述的合成放大模块包括：合成放大单元A和合成放大单元B；所述前级输出信号经所述全高二功分器进行功率平分后，分别进入合成放大单元A和合成放大单元B中进行二次功率放大；
每一个合成放大单元包括：1个十六路功分器、16个末级功放组件以及1个十六路功合器；
所述十六路功分器将信号功分成16路，经并联的16个末级功放组件放大，通过十六路功合器进行功率合成得到合成放大单元输出信号；合成放大单元A和合成放大单元B的合成放大单元输出信号再经全高二功分器功合获得合成输出信号；
包括如下步骤：
在前级放大模块中对射频输入信号进行一次功率放大，得到功率为67.6dBm的前级输出信号；
基于全高二功分器对所述前级输出信号进行功率平分，得到两路功率为64.5dBm的信号；
对所述功率平分后的两路信号在合成放大模块中分别同时进行二次功率放大至73dBm；
将所述二次功率放大后的两路信号进行功率合成得到76dBm合成输出信号；
将所述合成输出信号输入合成输出模块进行耦合输出，得到功率为75.6dBm的发射信号并传输到发射天线；
还包括：将所述合成输出信号输入合成输出模块进行耦合输出的同时，实时检测信号的输出功率和反射功率；
所述的在前级放大模块中对射频输入信号进行一次功率放大，得到功率为67.6dBm的前级输出信号具体包括：信号预处理过程和信号驱动放大过程；
所述预处理过程包括如下步骤：
双工开关A接收8dBm的射频输入信号，将7.8dBm的功率信号传输给激励放大组件进行信号预处理，经双工开关B将预处理后的信号输出给驱动放大单元；
所述预处理单元与所述通信控制模块之间通信连接；当激励放大组件A和激励放大组件B中的任一个发生故障时，所述通信控制模块基于故障反馈信号控制双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件；
所述驱动放大单元包括：半高二功分器、末级功放组件A、末级功放组件B和半高二功合器；
所述驱动放大单元接收预处理单元输出的58.6dBm大功率信号，所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行功率平分，得到两路55.5dBm功率信号，通过与其并联的末级功放组件A和末级功放组件B对两路功率平分后的信号进行信号放大，将信号放大后的两路射频信号通过半高二功合器进行功率合成后，得到67.6dBm前级输出信号并输出至全高二功分器中；
所述的激励放大组件对信号进行预处理包括对射频输入信号进行：限幅、均衡、衰减匹配、滤波、激励放大、隔离耦合；
所述激励放大组件包括依次连接的输入功率检测耦合器、压控衰减器、数控衰减器、增益放大器、推动放大器、功率放大器、二功分电桥、末级功放管模块、二功合电桥以及输出功率检测耦合器；所述的末级功放管模块为并联的两个末级功放管；
7.8dBm射频输入信号通过所述输入功率检测耦合器进行输入功率检波，之后7.5dBm的射频信号经过压控衰减器和数控衰减器来调整激励放大组件的链路增益，此时信号功率为0.2dBm，再通过增益放大器、推动放大器和功率放大器进行功率放大，三组放大器的放大输出功率递增至50.2dBm，最后通过二功分电桥、两个并联的末级功放管和二功合电桥组成的功放组件把功率推放到激励放大组件预设的输出功率59dBm；在激励放大器组件的输出端最末级，连接有输出功率检测耦合器，以实现对激励放大器组件的输出功率检波和反射功率检波；
所述输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器分别与通信控制模块连接，输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器将检波信号转换成电压信号并传输至所述通信控制模块；
所述辅助电源为所述激励放大组件中各个放大器提供相适应的电压，所述辅助电源与所述通信控制模块之间通信连接，当所述通信控制模块通过接收的所述电压信号监测到激励放大器组件的输出功率或输出驻波异常时，切断当前激励放大组件的辅助电源，并控制所述双工开关将信号线路切换至未发生异常的激励放大组件。
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|---|---|---|---|---|
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| CN117278111A (zh) * | 2023-11-21 | 2023-12-22 | 南京纳特通信电子有限公司 | 一种l～s波段功放组件 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003075485A1 (en) * | 2002-03-07 | 2003-09-12 | Nokia Corporation | Power control device and method for calibrating the power of a transmitter or receiver in a mobile communication network |
| CN105356928A (zh) * | 2015-09-28 | 2016-02-24 | 四川九洲电器集团有限责任公司 | 一种Ku频段卫星通信变频终端设备 |
| CN105634419A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-06-01 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种c波段大功率固态功率放大器 |
| CN206149219U (zh) * | 2015-08-12 | 2017-05-03 | 四川天和晟电子科技有限公司 | 一种q频段卫星通信100w固态功率放大器链路 |
| CN107248848A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-10-13 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种ehf频段高线性固态大功率放大器装置 |
| CN107395140A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-11-24 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种c波段高功率放大器 |
| CN107863974A (zh) * | 2017-08-31 | 2018-03-30 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种固态发射机前级网络自动切换控制系统 |
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003075485A1 (en) * | 2002-03-07 | 2003-09-12 | Nokia Corporation | Power control device and method for calibrating the power of a transmitter or receiver in a mobile communication network |
| CN206149219U (zh) * | 2015-08-12 | 2017-05-03 | 四川天和晟电子科技有限公司 | 一种q频段卫星通信100w固态功率放大器链路 |
| CN105356928A (zh) * | 2015-09-28 | 2016-02-24 | 四川九洲电器集团有限责任公司 | 一种Ku频段卫星通信变频终端设备 |
| CN105634419A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-06-01 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种c波段大功率固态功率放大器 |
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