CN117118369A - 一种宽带大功率合成控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种宽带大功率合成控制系统，涉及宽带功率合成技术领域。所述系统包括有信号输入端口、功率分配模块、多个功率放大模块、功率合成模块、信号输出端口、多个红外测温探头和控制模块，其中，所述功率放大模块包括有增益受控功率放大电路，并通过这些部件的连接关系限定及功能限定，可以实时发现是否存在功放过热情况的功率放大模块，并通过减小这些功率放大模块的输出功率，可以改善对应增益受控功率放大电路的功放过热情况，减缓功放高温老化程度，进而可在应用过程中对功率放大器的输出阻抗异常情况进行实时判断，并根据判断结果动态调整功率放大器的工作状态以及还维持输出功率不变，延长整个宽带大功率合成装置的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于宽带功率合成技术领域，具体涉及一种宽带大功率合成控制系统。
背景技术
功率放大器广泛应用于无线通信、电子对抗、雷达和导航等系统的发射设备中，功率放大器对于系统性能的改进、新功能和新应用的研究都具有重要的意义，因此提升功率放大器的性能成为各系统厂商关注的焦点。功率放大器研究的核心问题是宽频带和高效率，目前，提高功率放大器工作带宽的方法主要有：补偿匹配网络、分布式放大器、负反馈放大器、平衡放大器、有源匹配式放大器和电阻电抗匹配式放大器等。而增强效率的技术发展相对比较滞后，可以提高功率放大器效率的技术常见的有：Doherty技术、包络跟踪(Envelopetracking)、包络消除再生技术(Envelopeeliminationrestoration)、自适应偏置技术(adaptivebias)和峰值减小技术(Crestfactorreduction)等。
在功率放大器的应用过程中，其输出阻抗可能出现异常，进而会导致出现所述功率放大器无法正常使用的问题。对此，现有专利技术《CN113037234B-一种宽带大功率合成方法》提供了一种宽带功率合成方案：通过判断功率放大器工作在测试频率时且在功率信号输出端的检测电压值/功率，是否位于功率放大器工作在该测试频率且输出阻抗正常时，所述功率信号输出端的电压值范围或功率范围，来确定功率放大器的负载链路中是否存在短路或断路，以判断功率放大器的输出阻抗是否存在异常的情况。
但是上述现有宽带功率合成技术是一种应用前检查方案，不适合在应用过程中实施，因此如何在应用过程中功放对功率放大器的输出阻抗异常情况进行实时判断，并根据判断结果动态调整功率放大器的工作状态以及还维持输出功率不变，是本领域技术人员亟需研究的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽带大功率合成控制系统，用以解决现有宽带功率合成技术还无法在功放应用过程中对功放输出阻抗异常情况进行实时判断并动态调整功放工作状态的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种宽带大功率合成控制系统，包括有信号输入端口、功率分配模块、K个功率放大模块、功率合成模块、信号输出端口、K个红外测温探头和控制模块，其中，所述功率放大模块包括有增益受控功率放大电路，所述增益受控功率放大电路的受控端连接所述控制模块的第一输出端，所述K个红外测温探头与所述K个功率放大模块一一对应，所述红外测温探头的输出端连接所述控制模块的输入端，K表示大于等于2的正整数；
所述信号输入端口连接所述功率分配模块的输入端，所述功率分配模块的K个输出端与所述K个功率放大模块一一对应，所述功率分配模块的各个输出端分别连接对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的输入端，所述功率合成模块的K个输入端与所述K个功率放大模块一一对应，所述功率合成模块的各个输入端分别连接对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的输出端，所述功率合成模块的输出端连接所述信号输出端口；
所述红外测温探头，用于对准对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的功率放大器，并实时采集获取该功率放大器的外表温度数据，最后将该外表温度数据实时传送至所述控制模块；
所述控制模块，用于根据来自所述K个红外测温探头的温度数据，若发现在所述K个功率放大模块中有M个功率放大模块的增益受控功率放大电路存在功放过热情况，则向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，并向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变大控制信号，以便减小所述M个功率放大模块的输出功率和增加所述N个功率放大模块的输出功率，使得所述K个功率放大模块的输出总功率维持不变，其中，M和N分别表示小于K的正整数，M+N=K。
基于上述发明内容，提供了一种在功放应用过程中基于温度监测结果进行功放检查的新方案，即包括有信号输入端口、功率分配模块、多个功率放大模块、功率合成模块、信号输出端口、多个红外测温探头和控制模块，其中，所述功率放大模块包括有增益受控功率放大电路，并通过这些部件的连接关系限定及功能限定，可以实时发现是否存在功放过热情况的功率放大模块，并通过减小这些功率放大模块的输出功率，可以改善对应增益受控功率放大电路的功放过热情况，减缓功放高温老化程度，利于延长功放使用寿命，以及通过增加其它功率放大模块的输出功率，可以维持输出总功率不变，进而可在应用过程中对功率放大器的输出阻抗异常情况进行实时判断，并根据判断结果动态调整功率放大器的工作状态以及还维持输出功率不变，延长整个宽带大功率合成装置的使用寿命，便于实际应用和推广。
在一个可能的设计中，向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，并向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变大控制信号，包括：
向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现减小X倍的增益变小控制信号，以及向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现增加Y倍的增益变大控制信号，以便减小所述M个功率放大模块的输出功率和增加所述N个功率放大模块的输出功率，使得所述K个功率放大模块的输出总功率维持不变，其中，N表示小于K的正整数，M+N=K ，X表示预设的步进倍数，Y=(X×M)÷N。
在一个可能的设计中，向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，并向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变大控制信号，包括：
根据来自所述K个红外测温探头的温度数据，确定与在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块一一对应的N个当前功放温度值，其中，N表示小于K的正整数，M+N=K；
针对在所述N个功率放大模块中的各个功率放大模块，按照如下公式确定对应的当前权重系数：
Wn=Tn÷(T1+T2+...Tn+...+TN)
式中，n表示小于等于N的正整数，Wn表示在所述N个功率放大模块中的第n个功率放大模块的当前权重系数，Tn表示所述第n个功率放大模块的过热判定温度阈值与在所述N个当前功放温度值中的第n个当前功放温度值的温度差值，所述过热判定温度阈值是指用于判断对应功率放大模块的增益受控功率放大电路是否存在功放过热情况的预设温度阈值；
向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现减小X倍的增益变小控制信号，以及向所述第n个功率放大模块的增益受控功率放大电路发送用于实现增加Yn倍的增益变大控制信号，以便减小所述M个功率放大模块的输出功率和增加所述N个功率放大模块的输出功率，使得所述K个功率放大模块的输出总功率维持不变，其中，X表示预设的步进倍数，Yn=X×M×Wn。
在一个可能的设计中，所述功率放大模块还包括有信号开关控制电路，其中，所述信号开关控制电路的开关通路一端连接所述功率分配模块的输出端，所述信号开关控制电路的开关通路另一端连接所述增益受控功率放大电路的输入端，所述信号开关控制电路的受控端连接所述控制模块的第二输出端；
所述控制模块还用于当发现所述M个功率放大模块中有P个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益均已达到对应增益可调范围的下限值时，向所述P个功率放大模块的所述信号开关控制电路分别发送开关断开控制信号，并向在所述M个功率放大模块中的其它Q个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，以便停用所述P个功率放大模块和减小所述Q个功率放大模块的输出功率，其中，P和Q分别表示小于M的正整数，P+Q=M；
或者，所述控制模块还用于当发现所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益均已达到对应增益可调范围的下限值时，向所述M个功率放大模块的信号开关控制电路分别发送开关断开控制信号，以便停用所述M个功率放大模块。
在一个可能的设计中，所述控制模块还用于当发现所述M个功率放大模块中有S个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益均已达到对应增益可调范围的下限值时，向所述N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现增加Y倍的增益变大控制信号，以便增加所述N个功率放大模块的输出功率，其中，S表示小于等于M的正整数，Y=(G1+G2+...+Gz+...+GS+X×(M-S))÷N，z表示小于等于S的正整数，Gz表示根据在所述S个功率放大模块中的第z个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益换算得到的倍数，X表示预设的步进倍数。
在一个可能的设计中，所述信号开关控制电路采用基于SOI工艺的开关器件。
在一个可能的设计中，所述增益受控功率放大电路包括有第一电容、第一场效应管、第二场效应管、电阻、数字电位器、第二电容、功率放大器和第三电容；
所述第一电容的一端作为所述增益受控功率放大电路的输入端，所述第一电容的另一端分别连接所述第一场效应管的栅极和栅极偏压电源，所述第一场效应管的漏极连接所述第二场效应管的源极，所述第二场效应管的栅极分别连接所述电阻的一端和所述数字电位器的一端，所述电阻的另一端连接直流电压源，所述数字电位器的控制信号输入端作为所述增益受控功率放大电路的受控端, 所述第一场效应管的源极和所述数字电位器的另一端分别接地；
所述第二场效应管的漏极分别连接所述第二电容的一端和漏极偏压电源，所述第二电容的另一端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接所述第三电容的一端，所述第三电容的另一端作为所述增益受控功率放大电路的输出端。
在一个可能的设计中，还包括有用于覆盖所述功率分配模块、所述K个功率放大模块和所述功率合成模块的电磁屏蔽罩；
所述红外测温探头嵌设在所述电磁屏蔽罩的顶板内表面中，以便对准对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的功率放大器。
在一个可能的设计中，还包括有人机交互模块，其中，所述人机交互模块连接所述控制模块；
所述控制模块还用于根据来自所述人机交互模块的输入信息，向所述增益受控功率放大电路发送增益设置控制信号，以便设置所述增益受控功率放大电路的当前增益，并还用于将所述增益受控功率放大电路的当前增益传送至所述人机交互模块进行输出展示。
在一个可能的设计中，还包括有报警模块，其中，所述报警模块的输入端连接所述控制模块的第三输出端；
所述控制模块还用于在发现所述K个功率放大模块的输出总功率无法维持不变时，向所述报警模块发送报警触发控制信号，以便触发所述报警模块执行预设的报警动作。
上述方案的有益效果：
（1）本发明创造性提供了一种在功放应用过程中基于温度监测结果进行功放检查的新方案，即包括有信号输入端口、功率分配模块、多个功率放大模块、功率合成模块、信号输出端口、多个红外测温探头和控制模块，其中，所述功率放大模块包括有增益受控功率放大电路，并通过这些部件的连接关系限定及功能限定，可以实时发现是否存在功放过热情况的功率放大模块，并通过减小这些功率放大模块的输出功率，可以改善对应增益受控功率放大电路的功放过热情况，减缓功放高温老化程度，利于延长功放使用寿命，以及通过增加其它功率放大模块的输出功率，可以维持输出总功率不变，进而可在应用过程中对功率放大器的输出阻抗异常情况进行实时判断，并根据判断结果动态调整功率放大器的工作状态以及还维持输出功率不变，延长整个宽带大功率合成装置的使用寿命，便于实际应用和推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的宽带大功率合成控制系统的结构示意图。
图2为本申请实施例提供的增益受控功率放大电路的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的红外测温探头的布置示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A、单独存在B或者同时存在A和B等三种情况；又例如，A、B和/或C，可以表示存在A、B和C中的任意一种或他们的任意组合；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A或者同时存在A和B等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例
如图1所示，本实施例第一方面提供的所述宽带大功率合成控制系统，包括但不限于有信号输入端口、功率分配模块、K个功率放大模块、功率合成模块、信号输出端口、K个红外测温探头和控制模块等，其中，所述功率放大模块包括但不限于有增益受控功率放大电路，所述增益受控功率放大电路的受控端连接所述控制模块的第一输出端，所述K个红外测温探头与所述K个功率放大模块一一对应，所述红外测温探头的输出端连接所述控制模块的输入端，K表示大于等于2的正整数。
所述信号输入端口连接所述功率分配模块的输入端，所述功率分配模块的K个输出端与所述K个功率放大模块一一对应，所述功率分配模块的各个输出端分别连接对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的输入端，所述功率合成模块的K个输入端与所述K个功率放大模块一一对应，所述功率合成模块的各个输入端分别连接对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的输出端，所述功率合成模块的输出端连接所述信号输出端口。前述的信号输入端口和信号输出端口可具体采用现有的SMA接口（SMA全称是 SubMiniatureversion A，SMA接口有两种形式，标准的SMA是一端“外螺纹+孔”，另一端“内螺纹+针”；而另一种反极性 RP-SMA是一端“外螺纹+针”，另一端为“内螺纹+孔”）实现，前述的功率分配/合成模块可具体采用现有的功率分配/合成器实现。
所述红外测温探头，用于对准对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的功率放大器，并实时采集获取该功率放大器的外表温度数据，最后将该外表温度数据实时传送至所述控制模块。前述的红外测温探头可具体采用现有探头实现，以便根据温度监测结果来实时判断功放输出阻抗异常情况。
所述控制模块，用于根据来自所述K个红外测温探头的温度数据，若发现在所述K个功率放大模块中有M个功率放大模块的增益受控功率放大电路存在功放过热情况，则向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，并向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变大控制信号，以便减小所述M个功率放大模块的输出功率和增加所述N个功率放大模块的输出功率，使得所述K个功率放大模块的输出总功率维持不变，其中，M和N分别表示小于K的正整数，M+N=K。前述根据所述K个红外测温探头的温度数据来判断所述K个功率放大模块是否存在功放过热情况，具体但不限于包括：针对在所述K个功率放大模块中的各个功率放大模块，若发现来自对应的红外测温探头的温度值大于等于对应的预设温度阈值，则判定对应功率放大模块的增益受控功率放大电路存在功放过热情况（由于在功放输出阻抗异常时，功放输出阻抗的发热量会明显增加，因此功放过热情况可以直接反映功放输出阻抗异常情况）。由于功放增益降低会导致输出电压/电流都降低，使得功放输出阻抗的发热量降低，因此减小所述M个功率放大模块的增益及输出功率（具体功率减少量由所述N个功率放大模块来弥补，以便维持输出总功率不变），可以改善对应增益受控功率放大电路的功放过热情况，减缓功放高温老化程度，利于延长功放使用寿命，进而可以延长整个宽带大功率合成装置（即包括有所述信号输入端口、所述功率分配模块、所述K个功率放大模块、所述功率合成模块、所述信号输出端口的功率合成装置）的使用寿命。此外，所述控制模块可以但不限于采用现有的FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列）或单片机实现。
由此基于前述的宽带大功率合成控制系统，提供了一种在功放应用过程中基于温度监测结果进行功放检查的新方案，即包括有信号输入端口、功率分配模块、多个功率放大模块、功率合成模块、信号输出端口、多个红外测温探头和控制模块，其中，所述功率放大模块包括有增益受控功率放大电路，并通过这些部件的连接关系限定及功能限定，可以实时发现是否存在功放过热情况的功率放大模块，并通过减小这些功率放大模块的输出功率，可以改善对应增益受控功率放大电路的功放过热情况，减缓功放高温老化程度，利于延长功放使用寿命，以及通过增加其它功率放大模块的输出功率，可以维持输出总功率不变，进而可在应用过程中对功率放大器的输出阻抗异常情况进行实时判断，并根据判断结果动态调整功率放大器的工作状态以及还维持输出功率不变，延长整个宽带大功率合成装置的使用寿命。
优选的，向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，并向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变大控制信号，包括但不限于有：向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现减小X倍的增益变小控制信号，以及向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现增加Y倍的增益变大控制信号，以便减小所述M个功率放大模块的输出功率和增加所述N个功率放大模块的输出功率，使得所述K个功率放大模块的输出总功率维持不变，其中，N表示小于K的正整数，M+N=K ，X表示预设的步进倍数，Y=(X×M)÷N。如此通过前述具体控制信号确定方式，可以确保所述M个功率放大模块的输出功率减少总量与所述N个功率放大模块的输出功率增加总量持平，进而实现使所述输出总功率维持不变的目的。
优选的，向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，并向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变大控制信号，包括但不限于有如下步骤S11～S13。
S11.根据来自所述K个红外测温探头的温度数据，确定与在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块一一对应的N个当前功放温度值，其中，N表示小于K的正整数，M+N=K。
在所述步骤S11中，由于所述K个红外测温探头与所述K个功率放大模块是一一对应的，因此可以针对在所述N个功率放大模块中的各个功率放大模块，根据来自对应的红外测温探头的温度数据，常规确定对应的当前功放温度值。
S12.针对在所述N个功率放大模块中的各个功率放大模块，按照如下公式确定对应的当前权重系数：
Wn=Tn÷(T1+T2+...Tn+...+TN)
式中，n表示小于等于N的正整数，Wn表示在所述N个功率放大模块中的第n个功率放大模块的当前权重系数，Tn表示所述第n个功率放大模块的过热判定温度阈值与在所述N个当前功放温度值中的第n个当前功放温度值的温度差值，所述过热判定温度阈值是指用于判断对应功率放大模块的增益受控功率放大电路是否存在功放过热情况的预设温度阈值。
在所述步骤S12中，不同功率放大模块的过热判定温度阈值可以相同，也可以不同。
S13.向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现减小X倍的增益变小控制信号，以及向所述第n个功率放大模块的增益受控功率放大电路发送用于实现增加Yn倍的增益变大控制信号，以便减小所述M个功率放大模块的输出功率和增加所述N个功率放大模块的输出功率，使得所述K个功率放大模块的输出总功率维持不变，其中，X表示预设的步进倍数，Yn=X×M×Wn。
由此基于上述步骤S11～S13的具体控制信号确定方式，不但可以确保所述M个功率放大模块的输出功率减少总量与所述N个功率放大模块的输出功率增加总量持平，进而实现使所述输出总功率维持不变的目的，还可以实现所有功率放大模块的工作温度均衡的目的，进一步延长整个宽带大功率合成装置的使用寿命。
优选的，所述功率放大模块还包括但不限于有信号开关控制电路，其中，所述信号开关控制电路的开关通路一端连接所述功率分配模块的输出端，所述信号开关控制电路的开关通路另一端连接所述增益受控功率放大电路的输入端，所述信号开关控制电路的受控端连接所述控制模块的第二输出端；所述控制模块还用于当发现所述M个功率放大模块中有P个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益均已达到对应增益可调范围的下限值时，向所述P个功率放大模块的所述信号开关控制电路分别发送开关断开控制信号，并向在所述M个功率放大模块中的其它Q个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，以便停用所述P个功率放大模块和减小所述Q个功率放大模块的输出功率，其中，P和Q分别表示小于M的正整数，P+Q=M；或者，所述控制模块还用于当发现所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益均已达到对应增益可调范围的下限值时，向所述M个功率放大模块的信号开关控制电路分别发送开关断开控制信号，以便停用所述M个功率放大模块。所述信号开关控制电路用于在发现即使降低增益也难以避免功放过热时，及时停用过热功放，进一步延长整个宽带大功率合成装置的使用寿命。考虑所述信号开关控制电路是需要用于宽带信号场景，而基于SOI（全称为Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅，该技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层）工艺的开关器件具有如下特点：低插入损耗、宽带宽、可与CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体的缩写）兼容的正极控制接口和坚固的ESD（Electrostatic Protection，静电保护）保护，因此所述信号开关控制电路优选采用基于SOI工艺的开关器件。
为了实现使所述输出总功率维持不变的目的，进一步优选的，所述控制模块还用于当发现所述M个功率放大模块中有S个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益均已达到对应增益可调范围的下限值时，向所述N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现增加Y倍的增益变大控制信号，以便增加所述N个功率放大模块的输出功率，其中，S表示小于等于M的正整数，Y=(G1+G2+...+Gz+...+GS+X×(M-S))÷N，z表示小于等于S的正整数，Gz表示根据在所述S个功率放大模块中的第z个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益换算得到的倍数，X表示预设的步进倍数。此外，所述控制模块还可以使Yn=(G1+G2+...+Gz+...+GS+X×(M-S))×Wn，进而实现同时使所述输出总功率维持不变和所有功率放大模块的工作温度均衡的目的。
优选的，如图2所示，所述增益受控功率放大电路包括但不限于有第一电容C1、第一场效应管FET1、第二场效应管FET2、电阻R1、数字电位器DP1、第二电容C2、功率放大器PA1和第三电容C3等；所述第一电容C1的一端作为所述增益受控功率放大电路的输入端Pin，所述第一电容C1的另一端分别连接所述第一场效应管FET1的栅极和栅极偏压电源VG，所述第一场效应管FET1的漏极连接所述第二场效应管FET2的源极，所述第二场效应管FET2的栅极分别连接所述电阻R1的一端和所述数字电位器DP1的一端，所述电阻R1的另一端连接直流电压源VCC，所述数字电位器DP1的控制信号输入端作为所述增益受控功率放大电路的受控端Pctrl, 所述第一场效应管FET1的源极和所述数字电位器DP1的另一端分别接地；所述第二场效应管FET2的漏极分别连接所述第二电容C2的一端和漏极偏压电源VD，所述第二电容C2的另一端连接所述功率放大器PA1的输入端，所述功率放大器PA1的输出端连接所述第三电容C3的一端，所述第三电容C3的另一端作为所述增益受控功率放大电路的输出端Pout。前述的几个电容主要用于实现隔离直流电的目的，所述电阻R1和所述数字电位器DP1用于在所述控制模块的控制下配合实现分压可调目的，进而使控制电压VC可调。所述增益受控功率放大电路的工作原理可具体如下：所述第一场效应管FET1的栅压VG保持不变，控制电压VC变化控制漏电流Id的变化，同时由于VG不变，所述第一场效应管FET1的源漏电阻值的变化不会很大，在10欧姆左右，则所述第一场效应管FET1的漏压产生变化，该漏压比较低，在1V以下，使所述第一场效应管FET1工作在线性放大区；所述第二场效应管FET2的漏压VD保持不变，而VC变化时VM会相应变化，使得所述第二场效应管FET2成为一个电压放大器件，随着VM的不同，电压放大的倍数不同，所述第二场效应管FET2工作在饱和区；如此所述第一场效应管FET1和所述第二场效应管FET2的增益都受VC的控制，其共同的增益变化量成为整个功率放大模块的增益变化范围，进而可以适用于本实施例。
优选的，如图3所示，还包括有用于覆盖所述功率分配模块、所述K个功率放大模块和所述功率合成模块的电磁屏蔽罩100；所述红外测温探头200嵌设在所述电磁屏蔽罩100的顶板内表面中，以便对准对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的功率放大器PA1。
优选的，还包括有人机交互模块，其中，所述人机交互模块连接所述控制模块；所述控制模块还用于根据来自所述人机交互模块的输入信息，向所述增益受控功率放大电路发送增益设置控制信号，以便设置所述增益受控功率放大电路的当前增益，并还用于将所述增益受控功率放大电路的当前增益传送至所述人机交互模块进行输出展示。进一步优选的，所述人机交互模块可以但不限于具体为触控屏。
优选的，还包括有报警模块，其中，所述报警模块的输入端连接所述控制模块的第三输出端；所述控制模块还用于在发现所述K个功率放大模块的输出总功率无法维持不变（例如发现在所述N个功率放大模块中的任一个功率放大模块的增益受控功率放大电路的增加后增益已达到对应增益可调范围的上限值）时，向所述报警模块发送报警触发控制信号，以便触发所述报警模块执行预设的报警动作。
综上，采用本实施例所提供的宽带大功率合成控制系统，具有如下技术效果：
（1）本实施例提供了一种在功放应用过程中基于温度监测结果进行功放检查的新方案，即包括有信号输入端口、功率分配模块、多个功率放大模块、功率合成模块、信号输出端口、多个红外测温探头和控制模块，其中，所述功率放大模块包括有增益受控功率放大电路，并通过这些部件的连接关系限定及功能限定，可以实时发现是否存在功放过热情况的功率放大模块，并通过减小这些功率放大模块的输出功率，可以改善对应增益受控功率放大电路的功放过热情况，减缓功放高温老化程度，利于延长功放使用寿命，以及通过增加其它功率放大模块的输出功率，可以维持输出总功率不变，进而可在应用过程中对功率放大器的输出阻抗异常情况进行实时判断，并根据判断结果动态调整功率放大器的工作状态以及还维持输出功率不变，延长整个宽带大功率合成装置的使用寿命，便于实际应用和推广。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。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 (10)
1.一种宽带大功率合成控制系统，其特征在于，包括有信号输入端口、功率分配模块、K个功率放大模块、功率合成模块、信号输出端口、K个红外测温探头和控制模块，其中，所述功率放大模块包括有增益受控功率放大电路，所述增益受控功率放大电路的受控端连接所述控制模块的第一输出端，所述K个红外测温探头与所述K个功率放大模块一一对应，所述红外测温探头的输出端连接所述控制模块的输入端，K表示大于等于2的正整数；
所述信号输入端口连接所述功率分配模块的输入端，所述功率分配模块的K个输出端与所述K个功率放大模块一一对应，所述功率分配模块的各个输出端分别连接对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的输入端，所述功率合成模块的K个输入端与所述K个功率放大模块一一对应，所述功率合成模块的各个输入端分别连接对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的输出端，所述功率合成模块的输出端连接所述信号输出端口；
所述红外测温探头，用于对准对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的功率放大器，并实时采集获取该功率放大器的外表温度数据，最后将该外表温度数据实时传送至所述控制模块；
所述控制模块，用于根据来自所述K个红外测温探头的温度数据，若发现在所述K个功率放大模块中有M个功率放大模块的增益受控功率放大电路存在功放过热情况，则向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，并向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变大控制信号，以便减小所述M个功率放大模块的输出功率和增加所述N个功率放大模块的输出功率，使得所述K个功率放大模块的输出总功率维持不变，其中，M和N分别表示小于K的正整数，M+N=K。
2.根据权利要求1所述的宽带大功率合成控制系统，其特征在于，向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，并向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变大控制信号，包括：
向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现减小X倍的增益变小控制信号，以及向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现增加Y倍的增益变大控制信号，以便减小所述M个功率放大模块的输出功率和增加所述N个功率放大模块的输出功率，使得所述K个功率放大模块的输出总功率维持不变，其中，N表示小于K的正整数，M+N=K ，X表示预设的步进倍数，Y=(X×M)÷N。
3.根据权利要求1所述的宽带大功率合成控制系统，其特征在于，向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，并向在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变大控制信号，包括：
根据来自所述K个红外测温探头的温度数据，确定与在所述K个功率放大模块中的其它N个功率放大模块一一对应的N个当前功放温度值，其中，N表示小于K的正整数，M+N=K；
针对在所述N个功率放大模块中的各个功率放大模块，按照如下公式确定对应的当前权重系数：
Wn=Tn÷(T1+T2+...Tn+...+TN)
式中，n表示小于等于N的正整数，Wn表示在所述N个功率放大模块中的第n个功率放大模块的当前权重系数，Tn表示所述第n个功率放大模块的过热判定温度阈值与在所述N个当前功放温度值中的第n个当前功放温度值的温度差值，所述过热判定温度阈值是指用于判断对应功率放大模块的增益受控功率放大电路是否存在功放过热情况的预设温度阈值；
向所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现减小X倍的增益变小控制信号，以及向所述第n个功率放大模块的增益受控功率放大电路发送用于实现增加Yn倍的增益变大控制信号，以便减小所述M个功率放大模块的输出功率和增加所述N个功率放大模块的输出功率，使得所述K个功率放大模块的输出总功率维持不变，其中，X表示预设的步进倍数，Yn=X×M×Wn。
4.根据权利要求1所述的宽带大功率合成控制系统，其特征在于，所述功率放大模块还包括有信号开关控制电路，其中，所述信号开关控制电路的开关通路一端连接所述功率分配模块的输出端，所述信号开关控制电路的开关通路另一端连接所述增益受控功率放大电路的输入端，所述信号开关控制电路的受控端连接所述控制模块的第二输出端；
所述控制模块还用于当发现所述M个功率放大模块中有P个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益均已达到对应增益可调范围的下限值时，向所述P个功率放大模块的所述信号开关控制电路分别发送开关断开控制信号，并向在所述M个功率放大模块中的其它Q个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送增益变小控制信号，以便停用所述P个功率放大模块和减小所述Q个功率放大模块的输出功率，其中，P和Q分别表示小于M的正整数，P+Q=M；
或者，所述控制模块还用于当发现所述M个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益均已达到对应增益可调范围的下限值时，向所述M个功率放大模块的信号开关控制电路分别发送开关断开控制信号，以便停用所述M个功率放大模块。
5.根据权利要求4所述的宽带大功率合成控制系统，其特征在于，所述控制模块还用于当发现所述M个功率放大模块中有S个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益均已达到对应增益可调范围的下限值时，向所述N个功率放大模块的增益受控功率放大电路分别发送用于实现增加Y倍的增益变大控制信号，以便增加所述N个功率放大模块的输出功率，其中，S表示小于等于M的正整数，Y=(G1+G2+...+Gz+...+GS+X×(M-S))÷N，z表示小于等于S的正整数，Gz表示根据在所述S个功率放大模块中的第z个功率放大模块的增益受控功率放大电路的当前增益换算得到的倍数，X表示预设的步进倍数。
6.根据权利要求4所述的宽带大功率合成控制系统，其特征在于，所述信号开关控制电路采用基于SOI工艺的开关器件。
7.根据权利要求1所述的宽带大功率合成控制系统，其特征在于，所述增益受控功率放大电路包括有第一电容（C1）、第一场效应管（FET1）、第二场效应管（FET2）、电阻（R1）、数字电位器（DP1）、第二电容（C2）、功率放大器（PA1）和第三电容（C3）；
所述第一电容（C1）的一端作为所述增益受控功率放大电路的输入端（Pin），所述第一电容（C1）的另一端分别连接所述第一场效应管（FET1）的栅极和栅极偏压电源（VG），所述第一场效应管（FET1）的漏极连接所述第二场效应管（FET2）的源极，所述第二场效应管（FET2）的栅极分别连接所述电阻（R1）的一端和所述数字电位器（DP1）的一端，所述电阻（R1）的另一端连接直流电压源（VCC），所述数字电位器（DP1）的控制信号输入端作为所述增益受控功率放大电路的受控端（Pctrl）, 所述第一场效应管（FET1）的源极和所述数字电位器（DP1）的另一端分别接地；
所述第二场效应管（FET2）的漏极分别连接所述第二电容（C2）的一端和漏极偏压电源（VD），所述第二电容（C2）的另一端连接所述功率放大器（PA1）的输入端，所述功率放大器（PA1）的输出端连接所述第三电容（C3）的一端，所述第三电容（C3）的另一端作为所述增益受控功率放大电路的输出端（Pout）。
8.根据权利要求1所述的宽带大功率合成控制系统，其特征在于，还包括有用于覆盖所述功率分配模块、所述K个功率放大模块和所述功率合成模块的电磁屏蔽罩（100）；
所述红外测温探头（200）嵌设在所述电磁屏蔽罩（100）的顶板内表面中，以便对准对应功率放大模块的增益受控功率放大电路的功率放大器（PA1）。
9.根据权利要求1所述的宽带大功率合成控制系统，其特征在于，还包括有人机交互模块，其中，所述人机交互模块连接所述控制模块；
所述控制模块还用于根据来自所述人机交互模块的输入信息，向所述增益受控功率放大电路发送增益设置控制信号，以便设置所述增益受控功率放大电路的当前增益，并还用于将所述增益受控功率放大电路的当前增益传送至所述人机交互模块进行输出展示。
10.根据权利要求1所述的宽带大功率合成控制系统，其特征在于，还包括有报警模块，其中，所述报警模块的输入端连接所述控制模块的第三输出端；
所述控制模块还用于在发现所述K个功率放大模块的输出总功率无法维持不变时，向所述报警模块发送报警触发控制信号，以便触发所述报警模块执行预设的报警动作。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117118369B (zh) | 2024-01-30 |
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