CN1443397A - Rf信号放大组件、传输装置和传输天线/终端 - Google Patents

Abstract

一种RF信号放大组件，接收第一RF信号(RFin)，并包括放大第一RF信号的放大装置(3，4，12，15)，以便传送第二放大RF信号(RF1)。必须由预定的额定功率(Pout)放大这一信号(RF1)，以便在放大块的输出端传输这一信号。组件包括测量第二放大RF信号(RF1)的功率的装置，将放大RF信号与放大组件的第一输出耦合的装置(5，6)，由中央处理单元(8)产生用于控制耦合装置的控制信号(Sc)。本发明也涉及一种RF信号传输装置，它被设置在RF信号聚焦装置的焦点处，它包括根据本发明的放大组件和RF信号传输天线/终端。特别地应用于跟踪异步卫星。

Description

RF信号放大组件、传输装置和传输天线/终端

技术领域

本发明属于电信领域，且特别地涉及一种RF(射频)或无线电频率信号放大组件。

本发明也涉及一种设置在RF信号聚焦装置焦点处的RF信号传输装置，特别地但又不限于抛物线型或椤勃型(Luneberg)透镜。

本发明也涉及一种包括RF信号聚焦装置的天线/终端，它设置在如上所述的至少一个装置的焦点处。本发明特别地涉及但又不局限于包括上述两种装置的、用于跟踪目标尤其是跟踪异步卫星的终端，在给定时刻这两种装置中的一种被激活。

背景技术

至今，已经通过卫星获得的商业通信几乎是完全通过对地静止的卫星来获得的，这些卫星在空中不变化的相对位置对商业通信特别有利。然而，对地静止的卫星有几个主要的缺点，例如与用户天线和对地静止卫星之间的距离有关的传输信号衰减(大约是36000公里的距离，相应的损失在Ku频带达到205分贝)和传输延迟(典型地大约是250毫秒到280毫秒)，因此，很明显，这些缺点是可以察觉的，且特别地影响了通话、视频会议等实时应用。此外，位于赤道平面的对地静止的轨道存在可视的问题：在高纬度区域，对于接近两极的区域来说仰角变得非常小。

使用对地静止的卫星的可选方法是：

在倾斜的椭圆形轨道中使用卫星，然后，卫星在位于它的远地点高度的区域上几乎静止达到若干小时的持续时间，

在圆形轨道中使用卫星星群，特别是在低轨道(“低地球轨道”或LEO)或在中轨道(“中地球轨道”或MEO)中使用卫星星群，星群的卫星依次在用户终端的视程内飞过，持续时间从十分钟到大约一个小时。

在这两种情况下，单个的卫星不能够提供持续的服务，服务的连续性需要有几个卫星一个接一个地飞越服务区域的上空。

如前文所定义的天线/终端能够确保终端在和异步卫星的星群一起进行传输时的稳定通信。

这种终端通常包括抛物线型或椤勃型的透镜，在透镜的焦点，设置有通常包括辐射元件的两个信号源，辐射元件的类型为“补片(patch)”阵列，喇叭形辐射体或其它辐射元件，以传输RF信号。这些元件由放大器组件激活，该放大器组件可以提供放大信号源。这一放大器组件的上游是中央处理单元，它可以管理在辐射空间中的两个相继的低轨道卫星之间的切换。很明确，除了在产生不活动信号源的激活问题的切换期间之外，必须在给定时刻激活一个信号源。

放大器组件用于放大信号，使之足够被卫星觉察到。它必须通过计算卫星/终端链路预算来以预定的额定功率进行传输。特别地，如果传输是在额定功率之下进行，卫星补偿低电平信号，如果传输是在额定功率值之上进的，信号传送失真，该失真可能在卫星水平上干扰(jam)包含在信号中的信息的接收(特别地如果执行的信号调制是CDMA类型时)。

在切换过程中执行从不活动状态变到活动状态的不活动放大器组件的初始化。在切换过程中，放大器组件必须放大到额定功率，从最初的几毫秒开始这样做，但有失去由后面的卫星发送的最初少数几个有用数据项的危险。现在，由于可能引起组件增益改变的因素，例如元件分布、电源、传输频率、温度的改变，和在功率晶体管的结点和包含放大器的外壳之间的热阻抗的改变等等，很难调整在传输过程中以额定功率传输的即刻或准即刻传输。如果可以通过因数校准(facotry calibration)降低由于特定参数分布的效果，则存在其它的更难控制的情况，例如，结合温度，即刻进行调整传输功率，使其具有卫星系统规约所需要的精确度几乎是不可能的。因此，放大器组件在放大到预定的额定功率之前要花费一定时间。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题。

为此目的，本发明的主题是用于协助中央处理单元的RF信号放大组件，包括用于接收第一RF信号的第一输入端，放大第一RF信号以便传送第二放大的RF信号的放大装置，其特征在于所述放大组件包括：

测量第二放大的RF信号的装置，

将放大的RF信号与放大组件的第一输出端耦合的装置，

用于接收由中央处理单元产生的控制信号的第二输入端，以控制耦合装置，使其具有在放大的RF信号和额定功率值之间的比较功能。

因此，根据本发明的放大组件在切换过程中输出从零功率增长到预定的额定功率的功率信号。

为了能够以适中的成本需求来批量生产放大组件，所述的组件包括用于处理第一RF信号的两个通道；放大装置，包括分别设置在第一和第二处理通道上的第一和第二放大装置，以便传送相同功率的第三放大RF信号，所述耦合装置能够在输入端接收所述第三RF信号，并能够在连接到第一输入端的第一通道的第二输出端上传输对应于所述第三信号差的差信号，和在第二通道的第三输出端上传输和信号，所述和信号对应于第三信号的总和，并等于所述第二信号，以便由所述测量装置测量和信号，耦合的装置能够改变第二和第三输出的次序。

以这种方式，一方面本发明可以避免使用昂贵的微波频率开关，另一方面，本发明使用第一和第二放大装置，通过以并行方式操作所述装置，以等同形式共用放大功能。由于所述装置只需要放大功率的一半，所以它们具有价格低廉和容易制造的优点。

为了使这两个放大装置传送相同的增益和相位信号，以便这些信号的加性组合或差性组合分别是有用的或有害的，所述处理通道包括增益衰减装置和第一信号相移装置。以这种方式，可以有效地改变在第二通道上传输的信号的相位，以最大化产生的功率。

根据一个实施例，需要放大具有较大增益和较高功率电平的所述放大组件，通常被称为“驱动器”的前置放大器在至少所述第一和第二放大装置之一的前面，另外，至少一个第一和第二放大装置包括固态功率放大器SSPA。

根据一个实施例，所述耦合装置包括3分贝定向耦合器。因此，3分贝定向耦合器的非常适度的损失不会迫使SSPA压缩点(compressionpoint)超尺寸。

根据一个实施例，所述的通道之一包括第二180°相移装置，要由所述的控制装置进行控制，以便改变所述信号的传送次序。所述180°相移装置的例子是低功率电平移相器。

根据一个变化，所述耦合装置包括微波频率开关。

本发明也涉及一种RF信号传输装置，它被设置在RF信号聚焦装置的焦点处，类型为抛物线或椤勃类型的透镜，其特征在于它包括根据本发明的放大组件。

本发明也涉及一种包括RF信号聚焦装置的RF信号传输天线/终端，在聚焦装置的焦点设置有至少一个RF信号传输装置，其特征在于所述装置包括根据本发明的装置。

附图说明

根据非限制性的示例，并参考附图，从下面的实施例中可以更清楚地了解本发明的其它特征和益处，其中，

图1描述了根据本发明的放大组件的第一实施例，

图2描述了根据本发明的放大组件的第二实施例。

为了简化说明，在后面的图中使用前面图中所使用的相同符号，以指定完成相同功能的元件。

具体实施方式

于1998年4月23日以申请人的名义提交的专利申请NO.9805111和9805112中描述了用于沿着预定轨道跟踪异步卫星的天线/终端。例如，在申请号为9805111的申请中，天线/终端包括至少第一和第二接收/传输信号源，可以沿着在焦点线路上的椤勃透镜的聚焦表面移动，第一信号源主动地跟踪第一卫星，和第二信号源保持备用状态以主动地跟踪第二卫星。从由天线/终端表示的内部单元直到外部单元的信号传输链需要在调制解调器的水平上执行调制，至少一个变换可以使信号变换到高频率(例如，变换到用于低轨道卫星星群系统的Ku频带)，随后以较大的增益将其放大到高功率电平。

在图1，放大组件1包括第一输入端E1，接收来自变换组件2的信号RFin，其中变换组件2已经将输入信号变换到例如Ku频带。输入端E1与前置放大器3连接，放大器3的输出信号是由SSPA功率放大器4放大的信号。这两个放大器都以MMIC(微波单片集成电路)技术来实现。第二放大器4的输出端与微波频率断路器5的第一连接终端51连接。第二连接终端52通过耦合器20将开关与二极管7连接，以检测并测量(本质上是已知的)从放大器4输出的信号的功率，二极管与组件的输出端S4连接。由50欧姆的负载阻抗6匹配连接终端52与二极管7的线路。第三连接终端53将开关与放大组件1的输出端S1连接。这一输出端与实质上置于天线/终端的焦点处的信号源连接(未示出)。

切换时刻对于中央处理单元8来说是已知的，例如借助于包括调整星群的卫星轨道所必需的天文历的微控制器8(设置在内部元件或天线/终端中)。因此，在操作模式下，为了在T0时进行切换，微控制器估算要使用的新的功率Pout，以将信号传输到卫星(作为新的连接预算的函数(function)，例如，可以通过使用新的传输频率来修改新的连接预算。这一信息以卫星传输的信号形式传输)。先于切换T0时刻的特定时间t1之前，中央处理单元使得功率信号Pin被传输到输入端E1，并向与开关输入端E3连接的放大组件的输入端E2发送控制信号Sc，以便产生终端51到终端52的连接。然后由二极管7测量放大组件4输出的功率。这一测量值被发送到微控制器，在功率增加期间的引起功率信号Pin的增量。这一功率测量值与增量相位将放大组件定义为不活动状态，在这种状态期间，它不能在它的输出端S1传送任何信号。

当在放大器4的输出端测量的功率等于功率Pout和达到T0时刻时，微控制器8通过信号Sc将终端51连接到终端53，因此将放大器4的输出端与输出端S1连接。

从装置1输出的功率然后与应用的额定值相等，以使天线能够最优地传输。在这种配置中，在输出端S1传输最优功率Pout的信号的组件处于所谓的活动状态。

图2表示根据本发明的组件1的另一实施例。第一输入端E1与前置放大器3连接，前置放大器3的输出端与两个并行通道9和10连接。通过通道2，放大器3的输出端与增益衰减器11的输入端连接，增益衰减器11的输出端将它馈送到功率放大器12的输入端。通过通道10，放大器的输出端与移相器13的输入端连接，移相器13能够在它的输入端将信号移相0°或180°。因此移相的信号被传输到移相器14，移相器14的功能为在这条通道上改变传输的信号的相位。这一移相器的输出端与放大器15的输入端连接。两个放大器12，15的输出端中的各个输出端分别将放大的信号RF1’，RF1”传输到3分贝定向耦合器16的各个输入端E4，E5，3分贝定向耦合器16在它的第一输出端S2传输由两个放大器传输的信号RF1’，RF1”差，和在耦合器16的第二输出端S3传输这些信号RF1’，RF1”的和。由50欧姆的负载阻抗6短截线匹配的第二输出端S3，也和二极管7连接，以测量总信号离开S3时的功率。二极管7向和微控制器8连接的输出端S4传送测量信号。

为了使放大组件令人满意地工作，两个放大器必须具有相同的增益和相同的相位，所以它们各自的输出信号是可以有用的。通过可以工厂调整(factory-adjusted)的衰减器11和移相器14实现上述目的。

一旦微处理器接收到准备管理切换的命令(例如，通过从卫星接收的信号中的指示词或根据天文历)，则触发用于控制传输功率的处理的相位的初始化。

只要在输出端S3的信号没有传输预定的额定功率，微控制器根据已知的装置增加输入功率Pin。一旦达到了总和信号功率测量的阈值，例如“Pout减20分贝”，则微控制器确定对应的输入功率Pin，和，电路的增益实质上是恒定的，然后，微控制器确定要被传输到放大组件输入端E1的新的输入功率Pin，以便放大电路可以在放大器15的输出端传输等于所需额定功率的功率Pout(放大电路的输入功率和输出功率之间的关系是线性的)。

当功率Pout到达输出端S3时，微控制器在实际切换时刻T0等待指令信号，以便将命令发送到移相器13，以反转通过第二通道行进的信号的相位，以便反转3分贝定向耦合器的输出。以这种方式，然后，所有的功率被指引到用于信号源的输出端S1。

根据本发明的放大组件因此可以校准施加到信号源上的功率，而不用经受在切换期间丢失有用数据的危险，确保了传输的最初少数几个有用数据项具有所需的额定功率。

使用两个SSPA放大器而不是使用一个SSPA放大器可以降低它们中的每一个的输出功率三分贝，以及相应地降低它们的压缩点。由此降低终端的放大电路成本，和增加它的可靠性能。此外，转换180°的移相器是以低功率电平操作的元件，由于通常采用MMIC技术并具有多个放大级的SSPA放大器提供了远远超过移相器电平的较大增益，所以移相器的电平几乎没有影响放大电路。

当然，本发明并不局限于上述实施例。因此，根据本发明的放大组件可以有用于任意类型的终端的放大功能，其中放大组件需要在所给时刻产生额定功率。类似地，终端不局限于跟踪在本专利申请中所述的移动目标。例如，可以将放大组件置于天线/终端中，以和对地静止的卫星通信，放大组件的功能仍是在给定的时刻将未经放大的信号放大为所需的额定功率，以使信号传输中不损失有用数据。

Claims (10)

1.一种用于协助中央处理单元(8)的RF信号放大组件，包括用于接收第一RF信号(RFin)的第一输入端(E1)，放大第一RF信号以便传送第二放大的RF信号(RF1)的放大装置(3，4，12，15)，其特征在于所述放大组件包括：

测量第二放大的信号(RF1)的装置(7)，

将放大的RF信号与放大组件的第一输出端(S1)耦合的装置(5，16)，

用于接收由中央处理单元产生的控制信号(Sc)的第二输入端，以控制耦合装置，使其具有在放大的RF信号和额定功率值(Pout)之间的比较功能。

2.如权利要求1所述的放大组件，其特征在于所述耦合装置包括微波频率开关(5)。

3.如权利要求1所述的放大组件，其特征在于所述的放大组件包括用于处理第一RF信号(RF1)的两个通道(9，10)，放大装置包括分别设置在第一(9)和第二(10)处理通道上的第一放大装置(12)和第二放大装置(15)，以便分别传送相同功率的第三放大的RF信号(RF1’，RF”)，所述耦合装置(16)能够在输入端接收所述第三RF信号，并能够在连接到第一输出端(S1)的第一通道的第二输出端(S2)上传输对应于所述第三信号差的差信号，和在第二通道的第三输出端(S3)上传输和信号，所述和信号对应于第三信号的总和，并等于所述第二信号，以便由所述测量装置测量和信号，耦合的装置能够改变第二和第三输出(S2，S3)的次序。

4.如权利要求3所述的放大组件，其特征在于所述处理通道包括增益衰减装置(11)和第一信号相移装置(14)。

5.如权利要求3或4所述的放大组件，其特征在于前置放大器(3)在至少所述第一和第二放大装置之一的前面。

6.如权利要求3到5之一所述的放大组件，其特征在于至少第一和第二放大装置之一包括固态功率放大器SSPA。

7.如权利要求3到6之一所述的放大组件，其特征在于所述耦合装置包括3分贝定向耦合器。

8.如权利要求3到7之一所述的放大组件，其特征在于所述的通道之一包括第二180°相移位装置(13)，以由所述的控制装置进行控制，以便执行所述信号传送的所述排列。

9.一种RF信号传输装置，它被设置在RF信号聚焦装置的焦点处，为抛物线型或椤勃型的透镜，其特征在于它包括根据权利要求1到8之一的放大组件。

10.一种包括RF信号聚焦装置的RF传输天线/终端，在聚焦装置的焦点设置有至少一个RF信号传输装置，其特征在于所述装置包括根据权利要求9的装置。

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