CN116826341B - 一种波导功率合成网络拓扑及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于波导功率合成领域，提出了一种波导功率合成网络拓扑及其合成方法，网络拓扑包括：输出路数获取单元、支路对划分单元、时钟单元、第一功率分配单元和第二功率分配单元；方法包括：当信号输入端口有输入信号输入时，输入信号经过第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配，并在第二时间后控制输入信号流入对应的支路对，通过支路对输出幅值和相位一致的输出信号至对应的信号输出端口。本发明可以输出幅值和相位一致的通用路数的输出信号，不再局限于传统2ⁿ阶输出路数，能够适用更多不同工况的应用场景。

Description

一种波导功率合成网络拓扑及其合成方法

技术领域

本发明波导功率合成领域，特别涉及一种波导功率合成网络拓扑及其合成方法。

背景技术

目前的功分器和合成器作为毫米波发射机中放大器的主要核心部件，功分器大多满足2ⁿ阶路输出，即2路、4路、8路、16路等，对于偶数路输出，如6路、10路、12路和14路等输出路数，并未有归一化产品，特定工况场景下，处于工况场景的功率输出需求，有相关设计人员专门设计出6路功分器，然而，对于其他工况，比如10路输出应用场景，则不能简单将4路功分器和6路功分器直接插拔使用，若直接插拔使用，各个输出端口的幅值和相位必然会因系统误差不一致，这将大大增加调试成本，而插拔损耗也

假设功率合成器是理想的，即插损为0时，通过对输入信号幅度、相位对合成效率的影响的分析，可知，当幅度一致时，相位不同对合成效率的影响非常大。而且在现实中，由于功放中电路的复杂和离散性影响，在微波频段，相位相差十几度，甚至几十度都是常见的。因此，在功率合成过程中，只有重点研究采用移相技术，来保证相位关系的一致性，这是功率合成的成败关键。

因此，亟需一种通用波导功率合成器，以适应不用应用工况的需求，且需要保证其幅值和相位一致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波导功率合成网络拓扑及其合成方法，能够适用不同工况下的应用需求，可以根据需要输出不同路数的输出信号，在使用前，只需要选择输出路数较多的功分器，即可控制输出对应路数的输出信号，且能够保证输出信号幅值和相位一致，不再局限于传统2ⁿ阶功分器，也不需要根据特定场景单独设计对应路数的功分器。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：

一方面，本发明提供的是一种波导功率合成网络拓扑，包括：

输出路数获取单元，用于获取当前工况下的信号输出路数，所述信号输出路数大于等于两路；

支路对划分单元，用于基于信号输出路数将与信号输出端口对应的信号输出支路划分为至少两个支路对，每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，这两个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离相同；

时钟单元，用于设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，以及用于设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间；

第一功率分配单元，用于设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，并按第一功率分配比例对输入信号进行第一次功率分配；

第二功率分配单元，用于设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，并对经过第一次功率分配后的输入信号进行第二次功率分配；

当信号输入端口有输入信号输入时，输入信号经过第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配，并在第二时间后控制输入信号流入对应的支路对，通过支路对输出幅值和相位一致的输出信号至对应的信号输出端口。

作为进一步优化，所述每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，每个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离均相同。

作为进一步优化，还包括第一信号缓存节点；

所述第一信号缓存节点，用于在接收到输入信号后进行第一次缓存，并通知时钟单元设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，在第一时间设定完毕后，控制第一功率分配单元设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，当第一功率分配比例设定完毕后，通过第一功率分配单元按第一功率分配比例对第一次缓存的输入信号进行第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配。

作为进一步优化，还包括第二信号缓存节点；

所述第二信号缓存节点，用于对接收第一次功率分配后的输入信号并进行第二次缓存，并通知时钟单元设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间，在第二时间设定完毕后，控制第二功率分配单元设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，当第二功率分配比例设定完毕后，通过第二功率分配单元按第二功率分配比例对第二次缓存的输入信号进行第二次功率分配，并在第二时间后将第二次功率分配后的输入信号输入至对应支路对。

作为进一步优化，还包括通道链路计算单元；

所述通道链路计算单元，用于获取信号输入端口并将其作为各个信号传输链路的起点，同时获取各个信号输出端口并将其分别作为各个信号传输链路的终点，计算出各个通道链路的理论信号传输距离；

为每个支路对对应的波导分配第一权重系数，为信号输入端至输入信号进入之路对时的波导分配第二权重系数，以第二权重系数乘以信号输入端至输入信号进入之路对时的波导长度计算出第一信号传输距离，以第一权重乘以对应支路对的波导长度分别计算出各个之路对的第二信号传输距离，第二信号传输距离取均值后加上第一信号传输距离，得到各个通道链路的实际信号传输距离，其中第一权重系数与第二权重系数的和为1；

通过实际信号传输距离对理论信号传输距离进行修正。

作为进一步优化，还包括信号输出控制单元；

所述信号输出控制单元，用于当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，监控这

两个信号输出端口的信号到达时间以及输出信号的幅值和相位，当幅值和相位一致，且信号到达时间不一致时，则对信号到达时间取均值后作为两个信号输出端的信号输出时间，当幅值和/或相位不一致，则对其进行修正后再输出；

还用于当一个支路对末端对应有一个信号输出端口时，预先设置该信号输出端口的幅值和相位，若输出至信号输出端口的幅值和/或相位不一致，则利用预先设置的幅值和相位对其进行修正后再输出。

另一方面，本发明提供的是一种波导功率合成方法，应用于所述的一种波导功率合成网络拓扑，包括如下步骤：

获取当前工况下的信号输出路数，所述信号输出路数大于等于两路；

基于信号输出路数将与信号输出端口对应的信号输出支路划分为至少两个支路对，每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，这两个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离相同；

设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，以及用于设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间；

设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，并按第一功率分配比例对输入信号进行第一次功率分配；

设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，并对经过第一次功率分配后的输入信号进行第二次功率分配；

当信号输入端口有输入信号输入时，输入信号经过第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配，并在第二时间后控制输入信号流入对应的支路对，通过支路对输出幅值和相位一致的输出信号至对应的信号输出端口。

本发明的有益效果是：通过上述一种波导功率合成网络拓扑及其合成方法，首先，获取当前工况下的信号输出路数，这里，需要保证信号输出路数大于等于两路，可以是偶数路，也可以是大于等于3的奇数路，不再仅仅是2ⁿ阶路；其次，基于信号输出路数将与信号输出端口对应的信号输出支路划分为至少两个支路对，每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，这两个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离相同；然后，设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，以及用于设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间，并设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，并按第一功率分配比例对输入信号进行第一次功率分配；其次，设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，并对经过第一次功率分配后的输入信号进行第二次功率分配；最后，在应用过程中，当信号输入端口有输入信号输入时，输入信号经过第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配，并在第二时间后控制输入信号流入对应的支路对，通过支路对输出幅值和相位一致的输出信号至对应的信号输出端口。

因此，本发明能够适用不同工况下的应用需求，可以根据需要输出不同路数的输出信号，在使用前，只需要选择输出路数较多的功分器，即可控制输出对应路数的输出信号，且能够保证输出信号幅值和相位一致，不再局限于传统2ⁿ阶功分器，也不需要根据特定场景单独设计对应路数的功分器。

附图说明

图1为本发明实施例1的一种波导功率合成网络拓扑的结构组成示意图；

图2为本发明实施例2中一种波导功率合成方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例1

本实施例提供的是一种波导功率合成网络拓扑，其结构组成示意图参见图1，该网络拓扑主要由以下单元组成：

输出路数获取单元，用于获取当前工况下的信号输出路数，所述信号输出路数大于等于两路，实际应用过程中，可以是奇数路，如3路，5路，7路，9路等，也可以是2ⁿ路，如2路，4路，8路，16路等，还可以是除2ⁿ路以外的偶数路，如6路，10路，12路，14路等，在工况确认完毕后，可以直接选取输出路数较大的功分器，再应用本实施例提供的一种波导功率合成网络拓扑，后续可以控制输出符合输出路数要求的输出信号，不必根据工况单独设计符合工况需求的对应路功分器，大大降低了设计和调试成本；

支路对划分单元，用于基于信号输出路数将与信号输出端口对应的信号输出支路划分为至少两个支路对，每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，这两个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离相同，本实施例中，进行支路对划分时，如果输出信号路数要求是偶数路，那么支路对末端必然对应两个信号输出端口，这两个信号输出端口的输出信号幅值和相位一致，而对于输出信号路数要求是奇数路的情况，必然存在一个支路对，其末端对应一个信号输出端口，这种情况下，这个单独的信号输出端口的输出信号，其幅值和相位与其他支路对的输出信号相同，可以在选择输出路数时，保证各个输出端口的输出信号的幅值和相位均一致，不需单独计算插拔损耗，大大缩短仿真和计算时间；

时钟单元，用于设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，以及用于设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间，本实施例中，第一时间设置的目的是为了使流入之路对的信号时间一直，避免信号在传输链路上的时间差，而第二时间设置的目的则是能够保证支路对中信号传输的时间基本一致，最终可以使各个信号输出端口输出的输出信号不存在时延，可以避免使用功分器的系统误差；

第一功率分配单元，用于设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，并按第一功率分配比例对输入信号进行第一次功率分配；

第二功率分配单元，用于设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，并对经过第一次功率分配后的输入信号进行第二次功率分配；

本实施例中，对于功率分配比例的设定，需要考虑的是具体应用工况的功分器使用需求，相同工况下，可以灵活选择输出路数，选择的输出路数不同，对应输出端口的功率分配比例必然有所差异，通过同一工况下不同路数的功分器选择，可以为后续验证毫米波发射机的系统误差，系统误差较大时，则需要提示相关人员进行调试，保证毫米波发射机中硬件系统误差较小。

实际应用过程中，当信号输入端口有输入信号输入时，输入信号经过第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配，并在第二时间后控制输入信号流入对应的支路对，通过支路对输出幅值和相位一致的输出信号至对应的信号输出端口。

为了能够让各个信号输出端口输出幅值和相位一致的输出信号，且不存在时间差，本实施例中，在一种情况下，如果所述每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，那么每个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离均相同。

需要补充的是，本实施例中，为了精准控制输入信号到达各个输出端口的时间一致，因此，本实施例的一种波导功率合成网络拓扑还可以包括第一信号缓存节点；

这里，第一信号缓存节点，用于在接收到输入信号后进行第一次缓存，并通知时钟单元设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，在第一时间设定完毕后，控制第一功率分配单元设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，当第一功率分配比例设定完毕后，通过第一功率分配单元按第一功率分配比例对第一次缓存的输入信号进行第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配。

同时，还需要包括第二信号缓存节点；

其中，第二信号缓存节点，用于对接收第一次功率分配后的输入信号并进行第二次缓存，并通知时钟单元设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间，在第二时间设定完毕后，控制第二功率分配单元设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，当第二功率分配比例设定完毕后，通过第二功率分配单元按第二功率分配比例对第二次缓存的输入信号进行第二次功率分配，并在第二时间后将第二次功率分配后的输入信号输入至对应支路对。

需要说明的是，在确定好应用工况和选择好输出路数后，可以预先计算出输入信号经过本实施例提供的一种波导功率合成网络拓扑到达各个输出端口的理论时间，然而，由于毫米波发射机中各个之路对的波导长度会由于使用时间存在插拔损耗和正常应用损耗，并且，每路波导可能受损程度并不一致，因此，需要计算出实际的信号传输路径和传输距离，因此，本实施例中的一种波导功率合成网络拓扑还可以包括通道链路计算单元；

其中，通道链路计算单元，用于获取信号输入端口并将其作为各个信号传输链路的起点，同时获取各个信号输出端口并将其分别作为各个信号传输链路的终点，计算出各个通道链路的理论信号传输距离；

另外，还要为每个支路对对应的波导分配第一权重系数，为信号输入端至输入信号进入之路对时的波导分配第二权重系数，以第二权重系数乘以信号输入端至输入信号进入之路对时的波导长度计算出第一信号传输距离，以第一权重乘以对应支路对的波导长度分别计算出各个之路对的第二信号传输距离，第二信号传输距离取均值后加上第一信号传输距离，得到各个通道链路的实际信号传输距离，其中第一权重系数与第二权重系数的和为1；

通过实际信号传输距离对理论信号传输距离进行修正。

实际应用过程中，需要对各个输出端口的输出信号进行幅值和相位一致控制，因此，本实施例中的一种波导功率合成网络拓扑还可以包括信号输出控制单元；

其中，信号输出控制单元，用于当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，监控这

两个信号输出端口的信号到达时间以及输出信号的幅值和相位，当幅值和相位一致，且信号到达时间不一致时，则对信号到达时间取均值后作为两个信号输出端的信号输出时间，当幅值和/或相位不一致，则对其进行修正后再输出；

还用于当一个支路对末端对应有一个信号输出端口时，预先设置该信号输出端口的幅值和相位，若输出至信号输出端口的幅值和/或相位不一致，则利用预先设置的幅值和相位对其进行修正后再输出。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例提供的是一种波导功率合成方法，应用于实施例1所述的一种波导功率合成网络拓扑，其流程图见图2，其中，该方法可以包括如下步骤：

S1、获取当前工况下的信号输出路数，所述信号输出路数大于等于两路；

S2、基于信号输出路数将与信号输出端口对应的信号输出支路划分为至少两个支路对，每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，这两个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离相同；

S3、设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，以及用于设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间；

S4、设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，并按第一功率分配比例对输入信号进行第一次功率分配；

S5、设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，并对经过第一次功率分配后的输入信号进行第二次功率分配；

S6、当信号输入端口有输入信号输入时，输入信号经过第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配，并在第二时间后控制输入信号流入对应的支路对，通过支路对输出幅值和相位一致的输出信号至对应的信号输出端口。

本实施例的应用原理和实施例1一致，因此不再详述。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种波导功率合成网络拓扑，其特征在于，包括：

输出路数获取单元，用于获取当前工况下的信号输出路数，所述信号输出路数大于等于两路；

支路对划分单元，用于基于信号输出路数将与信号输出端口对应的信号输出支路划分为至少两个支路对，每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，这两个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离相同；

时钟单元，用于设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，以及用于设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间；

第一功率分配单元，用于设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，并按第一功率分配比例对输入信号进行第一次功率分配；

第二功率分配单元，用于设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，并对经过第一次功率分配后的输入信号进行第二次功率分配；

当信号输入端口有输入信号输入时，输入信号经过第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配，并在第二时间后控制输入信号流入对应的支路对，通过支路对输出幅值和相位一致的输出信号至对应的信号输出端口。

2.根据权利要求1所述的一种波导功率合成网络拓扑，其特征在于，所述每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，每个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离均相同。

3.根据权利要求1所述的一种波导功率合成网络拓扑，其特征在于，还包括第一信号缓存节点；

所述第一信号缓存节点，用于在接收到输入信号后进行第一次缓存，并通知时钟单元设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，在第一时间设定完毕后，控制第一功率分配单元设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，当第一功率分配比例设定完毕后，通过第一功率分配单元按第一功率分配比例对第一次缓存的输入信号进行第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配。

4.根据权利要求3所述的一种波导功率合成网络拓扑，其特征在于，还包括第二信号缓存节点；

所述第二信号缓存节点，用于对接收第一次功率分配后的输入信号并进行第二次缓存，并通知时钟单元设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间，在第二时间设定完毕后，控制第二功率分配单元设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，当第二功率分配比例设定完毕后，通过第二功率分配单元按第二功率分配比例对第二次缓存的输入信号进行第二次功率分配，并在第二时间后将第二次功率分配后的输入信号输入至对应支路对。

5.根据权利要求1所述的一种波导功率合成网络拓扑，其特征在于，还包括通道链路计算单元；

所述通道链路计算单元，用于获取信号输入端口并将其作为各个信号传输链路的起点，同时获取各个信号输出端口并将其分别作为各个信号传输链路的终点，计算出各个通道链路的理论信号传输距离；

为每个支路对对应的波导分配第一权重系数，为信号输入端至输入信号进入支路对时的波导分配第二权重系数，以第二权重系数乘以信号输入端至输入信号进入之路对时的波导长度计算出第一信号传输距离，以第一权重乘以对应支路对的波导长度分别计算出各个之路对的第二信号传输距离，第二信号传输距离取均值后加上第一信号传输距离，得到各个通道链路的实际信号传输距离，其中第一权重系数与第二权重系数的和为1；

通过实际信号传输距离对理论信号传输距离进行修正。

6.根据权利要求1所述的一种波导功率合成网络拓扑，其特征在于，还包括信号输出控制单元；

所述信号输出控制单元，用于当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，监控这

两个信号输出端口的信号到达时间以及输出信号的幅值和相位，当幅值和相位一致，且信号到达时间不一致时，则对信号到达时间取均值后作为两个信号输出端的信号输出时间，当幅值和/或相位不一致，则对其进行修正后再输出；

还用于当一个支路对末端对应有一个信号输出端口时，预先设置该信号输出端口的幅值和相位，若输出至信号输出端口的幅值和/或相位不一致，则利用预先设置的幅值和相位对其进行修正后再输出。

7.一种波导功率合成方法，应用于如权利要求1-6任意一项所述的一种波导功率合成网络拓扑，其特征在于，包括如下步骤：

获取当前工况下的信号输出路数，所述信号输出路数大于等于两路；

基于信号输出路数将与信号输出端口对应的信号输出支路划分为至少两个支路对，每个支路对末端对应有两个信号输出端口或者对应有一个信号输出端口，当一个支路对末端对应有两个信号输出端口时，这两个信号输出端口距离信号输入端口的信号传输距离相同；

设定第一功率分配单元分配输入信号的第一时间，以及用于设定第二功率分配单元分配流入支路对的输入信号的第二时间；

设定输入信号流入支路对之前的第一功率分配比例，并按第一功率分配比例对输入信号进行第一次功率分配；

设定输入信号流入支路对时的第二功率分配比例，并对经过第一次功率分配后的输入信号进行第二次功率分配；

当信号输入端口有输入信号输入时，输入信号经过第一次功率分配，并在第一时间后进行第二次功率分配，并在第二时间后控制输入信号流入对应的支路对，通过支路对输出幅值和相位一致的输出信号至对应的信号输出端口。