CN115529050B - 一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法，采用矢量网络分析仪直接对多端口放大器系统不同通道的幅度和相位进行测试，利用系统内的行波管放大器或固态放大器增益档位调节实现幅度一致性的精确配平，利用系统内的移相器调节实现相位一致性的精确配平，快速实现系统内各通道幅度和相位一致性的配平。本发明中，先集成形成MPA系统，后通过行波管放大器的Mutingoff和Muting on或者固态放大器的开关机指令，对各个信号通道的幅度和相位进行测试，完成系统各个通道的幅度和相位测试后，进行系统级的幅度和相位归一化，再针对性的调节增益档位和相位档位来实现各个通道的幅相一致性指标，最终获得较好的端口隔离度和功率集中效率指标。
Description
技术领域
本发明涉及卫星技术领域，尤其涉及一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法。
背景技术
随着用户对通信卫星有效载荷要求越来越高，容量需求越来越大，通信卫星的运营商越来越多的部署高通量载荷卫星(以下简称HTS卫星)，HTS卫星的数量和占比正在明显增加。同时为应对未来市场的不确定性，卫星运营商在需求提出时会要求卫星制造商对频谱的灵活分配、功率的灵活分配，乃至放大器、天线、波束形成、信道都有灵活性的设计。
卫星载荷按时、按需灵活分配是未来灵活载荷设计的重点之一，通过对不同地区对功率的不同需求、以及同一地区不同时间段对卫星载荷功率的不同需求的分析，多端口功率放大器(multiport power amplifier,以下简称MPA)系统应运而生，不同于传统转发器，MPA系统可以通过把多个通道的功率资源进行“池化”，让多个波束共享“池化”的资源，根据各自波束的需求，对功率池的资源进行共享和按需分配，有效提升了功率的整体利用率。MPA系统的核心指标为各端口的隔离度和功率集中效率，在系统集成层面上，实现此两项指标的关键点在于MPA系统各通道幅相一致性的配平。
传统MPA配平方法，对输入输出巴特勒矩阵内的各个单机组成的通道进行幅度和相位进行测试，然后通过改变其中的稳幅稳相电缆长度来调节各个通道的幅度和相位的一致性，再和输入输出巴特勒矩阵连接形成MPA系统，进一步测试MPA系统各端口的隔离度和功率集中效率，此方法会引入各通道与输入输出巴特勒端口连接不一致时产生的相位和幅度的偏差，最终引起系统的幅相一致性误差，特别是在Ku、Ka等高频段且采用带宽较宽的频带的MPA系统，由于波长非常短，对此误差更敏感，各通道连接误差无法消除，带来隔离度和功率集中效率变差，同时传统方法在系统层面，由于无法准确获知在系统层面上的各通道的幅相一致性的最终数据，而导致无法准确通过调节移相器和放大器的档位来提升MPA系统指标。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法，包括以下步骤：
S1：各单机先集成为MPA系统，对MPA系统的输入和输出端口进行编号，分别为输入端口1,2,3……n-1，n，输出端口1,2,3……n-1，n；
S2：移相器加电，对矢量网络分析仪按照MPA系统频率进行幅度和相位的校准，矢量网络分析仪端口1接MPA系统输入端口1，矢量网络分析仪端口2接MPA系统输出端口n，针对采用行波管放大器的MPA系统，对行波管放大器加电，发送指令让行波管放大器1处于muting off状态，其他行波管放大器处于muting on状态，针对采用固态放大器的MPA系统，对固态放大器1加电，其他固态放大器处于关机状态，测量并保存Sn,1幅度和相位数据；
S3：保持矢量网络分析仪端口1接MPA系统输入端口1，矢量网络分析仪端口2接MPA系统输出端口n，针对采用行波管放大器的MPA系统，对行波管放大器加电，发送指令让行波管放大器2处于muting off状态，其他行波管放大器处于muting on状态，针对采用固态放大器的MPA系统，对固态放大器2加电，其他固态放大器处于关机状态，测量并保存Sn,1幅度和相位数据；以此类推，依次测量并保存行波管放大器3,4,5……n-1，n为muting off，其他行波管放大器为muting on状态时的Sn,1幅度和相位数据；以此类推，依次测量并保存固态放大器3,4,5……n-1，n逐一为开机态，其他行波管放大器为关机状态时的Sn,1幅度和相位数据；
S4：矢量网络分析仪端口1接MPA系统输入端口2，矢量网络分析仪端口2接MPA系统输出端口n-1，针对采用行波管放大器的MPA系统，依次设置行波管放大器1,2,3……n为muting off状态，其他行波管放大器为muting on状态，按照所述步骤S2和步骤S3分别测量并保存Sn-1,2幅度和相位数据；
S5：按照所述步骤S2和步骤S3分别测量并保存Sn-2,3，Sn-3,4……S1,n幅度和相位数据；
S6：对测量的n组Sn,1数据以其中的一组为基准，对其他n-1组数据进行幅度和相位的归一化，分别调节各通道的行波管放大器或固态放大器档位实现幅度的一致性配平，分别调节各通道的移相器的相位档位实现相位一致性的配平；
S7：对测量的其他n-1组数据按照所述步骤S6的方法进行幅度和相位的精确调整，实现各通道的幅相一致性配平；
S8：利用矢量网络分析仪，矢量网络分析仪端口1加同样功率，依次对Pn,1，Pn-1,2，Pn-2,3……P1,n输出功率进行测量，并计算Pn,1-Pn-1,2，Pn,1-Pn-2,3……Pn,1-P1,n得到各端口隔离度；通过行波管放大器或固态放大器输出功率遥测得到各通道行波管放大器输出功率之和为Pout，则通过Pn,1/Pout得到MPA系统的输出n端口的功率集中效率；
S9：其他端口2,3……n-1的端口隔离度和功率集中效率计算方法与所述步骤S8方法一致。
优选地，所述步骤S1中n≥2，且n为2的倍数,则移相器通道数加上备份为n+2，行波管放大器或固态放大器加上备份为n+2，T型射频开关为n+2，R型射频开关为n+2，备份通道定义为n+1和n+2通道。
优选地，TWTA1～n为主份的行波管放大器，形成的通路为主份的通路，TWTAn+1和TWTAn+2为备份的行波管放大器，形成的通路为备份通路。
优选地，采用备份时，切换相应的备份环开关，利用所述步骤S8中的方法得到各端口的端口隔离度和功率集中效率测量结果。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本申请克服现有MPA幅相一致性配平技术的不足，提出一种MPA幅相一致性配平方法，在MPA系统集成后，采用矢量网络分析仪对系统不同通道的幅度和相位的测试，利用行波管放大器或固态放大器增益档位调节实现幅度一致性的精确配平，利用移相器调节实现相位一致性的精确配平，快速实现各通道幅度和相位一致性的配平。进而实现较高的MPA系统的端口隔离度指标和功率集中效率指标，同时系统配平效率的提升30％以上，缩短了MPA系统研制时间，同时该配平方法还可应用在MPA系统连入整个星上载荷系统后，根据在轨使用工况，在各种温度下对系统各通道幅相一致性进行配平。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例提供的n×n端口MPA示意图；
图2示出了根据本发明实施例提供的8×8端口MPA内部信号相位关系示意图；
图3示出了根据本发明实施例提供的MPA端口隔离测试曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：
一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法，包括以下步骤：
S1：各单机先集成为MPA系统，对MPA系统的输入和输出端口进行编号，分别为输入端口1,2,3……n-1，n，输出端口1,2,3……n-1，n；
S2：移相器加电，对矢量网络分析仪按照MPA系统频率进行幅度和相位的校准，矢量网络分析仪端口1接MPA系统输入端口1，矢量网络分析仪端口2接MPA系统输出端口n，针对采用行波管放大器的MPA系统，对行波管放大器加电，发送指令让行波管放大器1处于muting off状态，其他行波管放大器处于muting on状态，针对采用固态放大器的MPA系统，对固态放大器1加电，其他固态放大器处于关机状态，测量并保存Sn,1幅度和相位数据；
S3：保持矢量网络分析仪端口1接MPA系统输入端口1，矢量网络分析仪端口2接MPA系统输出端口n，针对采用行波管放大器的MPA系统，对行波管放大器加电，发送指令让行波管放大器2处于muting off状态，其他行波管放大器处于muting on状态，针对采用固态放大器的MPA系统，对固态放大器2加电，其他固态放大器处于关机状态，测量并保存Sn,1幅度和相位数据；以此类推，依次测量并保存行波管放大器3,4,5……n-1，n为muting off，其他行波管放大器为muting on状态时的Sn,1幅度和相位数据；以此类推，依次测量并保存固态放大器3,4,5……n-1，n逐一为开机态，其他行波管放大器为关机状态时的Sn,1幅度和相位数据；
S4：矢量网络分析仪端口1接MPA系统输入端口2，矢量网络分析仪端口2接MPA系统输出端口n-1，针对采用行波管放大器的MPA系统，依次设置行波管放大器1,2,3……n为muting off状态，其他行波管放大器为muting on状态，按照步骤S2和步骤S3分别测量并保存Sn-1,2幅度和相位数据；
S5：按照步骤S2和步骤S3分别测量并保存Sn-2,3，Sn-3,4……S1,n幅度和相位数据；
S6：对测量的n组Sn,1数据以其中的一组为基准，对其他n-1组数据进行幅度和相位的归一化，分别调节各通道的行波管放大器或固态放大器档位实现幅度的一致性配平，分别调节各通道的移相器的相位档位实现相位一致性的配平；
S7：对测量的其他n-1组数据按照步骤S6的方法进行幅度和相位的精确调整，实现各通道的幅相一致性配平；
S8：利用矢量网络分析仪，矢量网络分析仪端口1加同样功率，依次对Pn,1，Pn-1,2，Pn-2,3……P1,n输出功率进行测量，并计算Pn,1-Pn-1,2，Pn,1-Pn-2,3……Pn,1-P1,n得到各端口隔离度；通过行波管放大器或固态放大器输出功率遥测得到各通道行波管放大器输出功率之和为Pout，则通过Pn,1/Pout得到MPA系统的输出n端口的功率集中效率；
S9：其他MPA系统端口1,2,3……n-1的端口隔离度和功率集中效率计算方法与步骤S8方法一致。
具体的，如图1、图2和图3所示，步骤S1中n≥2，且n为2的倍数,则移相器通道数加上备份为n+2，行波管放大器或固态放大器加上备份为n+2，T型射频开关为n+2，R型射频开关为n+2，备份通道定义为n+1和n+2通道，TWTA1～n为主份的行波管放大器，形成的通路为主份的通路，TWTAn+1和TWTAn+2为备份的行波管放大器，形成的通路为备份通路，采用备份时，切换相应的备份环开关，利用步骤S8中的方法得到各端口的端口隔离度和功率集中效率测量结果。
具体的，如图1所示，利用矢量网络分析仪，连接MPA系统的输入1端口和输出n端口，发送行波管放大器1(TWTA1)muting off指令，其他行波管放大器发送muting on指令，测试输入1端口到输出n端口的相位和幅度，发送行波管放大器2(TWTA2)muting off指令，其他行波管放大器发送muting on指令，测试输入1端口到输出n端口的相位和幅度，以此类推发送行波管放大器n(TWTAn)muting off指令，其他行波管放大器发送muting on指令，测试输入1端口到输出n端口的相位和幅度，得到输入1端口到输出n端口的n组通道的幅度和相位测试数据，利用以上方法，依次对输入2端口到输出n-1端口的相位和幅度、输入3端口到输出n-2端口的相位和幅度、输入n端口到输出1端口的相位和幅度进行测试，分别对各端口测试的n组幅度和相位数据一致性进行全频带比较，以其中一组幅度和相位测试结果进行归一化；得出各通道间幅度和相位的差值。利用行波管放大器的增益档位和移相器的相位档位对各通道进行幅相一致性配平，即利用行波管放大器的增益档位，补齐各通道间幅度差值，利用移相器的相位档位，补齐各通道间相位差值，实现MPA系统各通道间幅相一致。
具体的，如图1所示，利用行波管放大器的增益档位和移相器的相位档位对各通道进行幅相一致性配平后，针对主份MPA，发送TWTA1～n的muting off指令，如图1所示，从输入1端口加信号，测试输出1,2,3……n-1，n端口的输出功率，分别对采用n端口的输出功率与其他几个端口如1,2,3……n-1的输出功率做差值，得到端口隔离度；
具体的，如图3所示，端口隔离度在整个频带内大于20dB，按照指标≥18dB要求可知，满足系统指标要求。针对其他端口以及采用备份TWTAn+1～n+2通道形成的MPA系统也可按照上述方法进行配平。
本发明直接形成MPA系统，通过行波管放大器的Muting off和Muting on或者固态放大器的开关机指令，对各个信号通道的幅度和相位进行测试，完成系统各个通道的幅度和相位测试后，进行系统级的幅度和相位归一化，再针对性的调节增益档位和相位档位来实现各个通道的幅相一致性指标，最终获得较好的端口隔离度和功率集中效率指标。
实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：各单机先集成为MPA系统，对MPA系统的输入和输出端口进行编号，分别为输入端口1,2,3……n-1，n，输出端口1,2,3……n-1，n；
S2：移相器加电，对矢量网络分析仪按照MPA系统频率进行幅度和相位的校准，矢量网络分析仪端口1接MPA系统输入端口1，矢量网络分析仪端口2接MPA系统输出端口n，针对采用行波管放大器的MPA系统，对行波管放大器加电，发送指令让行波管放大器1 处于mutingoff状态，其他行波管放大器处于muting on状态，针对采用固态放大器的MPA系统，对固态放大器1加电，其他固态放大器处于关机状态，测量并保存Sn,1幅度和相位数据；
S3：保持矢量网络分析仪端口1接MPA系统输入端口1，矢量网络分析仪端口2接MPA系统输出端口n，针对采用行波管放大器的MPA系统，对行波管放大器加电，发送指令让行波管放大器2处于muting off状态，其他行波管放大器处于muting on状态，针对采用固态放大器的MPA系统，对固态放大器2加电，其他固态放大器处于关机状态，测量并保存Sn,1幅度和相位数据；以此类推，依次测量并保存行波管放大器3,4,5……n-1，n为muting off，其他行波管放大器为muting on状态时的Sn,1幅度和相位数据；以此类推，依次测量并保存固态放大器3,4,5……n-1，n逐一为开机态，其他行波管放大器为关机状态时的Sn,1幅度和相位数据；
S4：矢量网络分析仪端口1接MPA系统输入端口2，矢量网络分析仪端口2接MPA系统输出端口n-1，针对采用行波管放大器的MPA系统，依次设置行波管放大器1,2,3……n为mutingoff状态，其他行波管放大器为muting on状态，按照所述步骤S2和步骤S3分别测量并保存Sn-1,2幅度和相位数据；
S5：按照所述步骤S2和步骤S3分别测量并保存Sn-2,3，Sn-3,4……S1,n幅度和相位数据；
S6：对测量的n组Sn,1数据以其中的一组为基准，对其他n-1组数据进行幅度和相位的归一化，分别调节各通道的行波管放大器或固态放大器档位实现幅度的一致性配平，分别调节各通道的移相器的相位档位实现相位一致性的配平；
S7：对测量的其他n-1组数据按照所述步骤S6的方法进行幅度和相位的精确调整，实现各通道的幅相一致性配平；
S8：利用矢量网络分析仪，矢量网络分析仪端口1加同样功率，依次对Pn,1，Pn-1,2，Pn-2,3……P1,n输出功率进行测量，并计算Pn,1-Pn-1,2，Pn,1-Pn-2,3……Pn,1-P1,n得到各端口隔离度；通过行波管放大器或固态放大器输出功率遥测得到各通道行波管放大器输出功率之和为Pout，则通过Pn,1/Pout得到MPA系统的输出n端口的功率集中效率；
S9：其他MPA系统端口1,2,3……n-1的端口隔离度和功率集中效率计算方法与所述步骤S8方法一致。
2.根据权利要求1所述的一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法，其特征在于，所述步骤S1中n≥2，且n为2的倍数,则移相器通道数加上备份为n+2，行波管放大器或固态放大器加上备份为n+2，T型射频开关为n+2，R型射频开关为n+2，备份通道定义为n+1和n+2通道。
3.根据权利要求2所述的一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法，其特征在于，TWTA1~n为主份的行波管放大器，形成的通路为主份的通路，TWTAn+1和TWTAn+2为备份的行波管放大器，形成的通路为备份通路。
4.根据权利要求3所述的一种多端口功率放大器幅相一致性配平方法，其特征在于，采用备份时，切换相应的备份环开关，利用所述步骤S8中的方法得到各端口的端口隔离度和功率集中效率测量结果。
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2022
- 2022-09-19 CN CN202211136118.8A patent/CN115529050B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109725244A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-07 | 南京华络通信技术有限公司 | 一种大功率脉冲行波管幅相一致性的测量系统 |
| CN113567793A (zh) * | 2021-09-22 | 2021-10-29 | 成都工业学院 | 一种射频微波二端口器件非线性行为模型提取方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 一种应用于移动通信卫星的多端口功率放大器系统设计;黄齐波;鲁玲;王五兔;陈博;;空间电子技术;20200625(第03期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115529050A (zh) | 2022-12-27 |
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