CN206149219U - 一种q频段卫星通信100w固态功率放大器链路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路，包括前级放大模块、驱动功率放大器模块、12路径向波导功率分配器、末级功率放大器、12路径向波导功率合成器、定向耦合器、若干隔离器及波导窗。其中波导输入口连接前级放大模块，前级放大模块对射频输入的小信号进行有限放大并进行增益调节以实现增益均衡；驱动功率放大器模块对链路前端的前级放大模块的输出信号进行放大，使其达到足够的功率电平经过12路径向波导功率分配器以推动链路的末级功率放大器实现射频信号的进一步放大；12路径向波导功率合成器将经过各末级功率放大器放大后的信号进行功率合成并通过波导窗实现射频信号输出；定向耦合器是在链路中耦合一小部分功率以实现功率检测；隔离器是为了保证链路各级之间信号的良好隔离，以避免各级之间信号的相互影响；前级放大模块还能对耦合器耦合出的正反向功率实施功率检测以进行调节，整个功率放大器链路构成具有负反馈的闭合回路。

Description

一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其是高频大功率放大器的链路实现方案。

背景技术

毫米波功放目前已经广泛的应用于空间电子、雷达、卫星、公路交通、民航系统、电子对抗、通信系统等多种尖端科技中，是目前研究的热点领域。毫米波固态功放采用GaAs器件MMIC(毫米波单片集成电路)功率合成技术实现，具有体积小、效率高、易集成、使用方便等优点。而微波固态功放是否具备足够大的发射功率是其能否在系统中可靠工作的重要因素。单个MMIC功放芯片的功率输出有限，无法达到一些系统正常工作所需要的功率，特别是在大功率应用场合。为了满足微波固态功放对功率的需求，通常采用微波功率合成技术实现。对于百瓦量级的功率放大器，内部链路的设计也是保证其正常工作的重要方面。内部链路的设计会关系到功率放大器输入输出信号的幅度和相位一致性、功率分配与合成网络的效率、功率放大器的增益平坦度、带宽、驻波比、回波损耗等各项指标，进而关系到功率放大器的整体性能。

现有技术方案的微波功率放大器的链路前端是信号的预处理模块，主要实现对输入的射频小信号作衰减和增益调节。为了使该预处理模块的射频输出信号具有良好的线性化度，通常采用功率回退技术，其实现方法就是把前级功率放大器的输入功率从1dB压缩点向后回退6～10dB，使其工作在远小于1dB压缩点的电平上，远离饱和区，进入线性工作区，改善功率放大器的三阶交调系数。对于链路的功率分配与合成网络，采用的是Wilkinson或者二进制功率分配/合成器实现射频信号的分配与合成。与功率分配器和合成器相连的是多个具有相同参数的MMIC实现对各路分配后的射频信号信号放大。

以上所述的现有技术具有以下缺点：

1.前级放大模块中采用功率回退技术使前级放大器远离饱和区，进入线性工作区，这样做虽然能善放大器线性度，但效率大为降低，其工作时的输出功率非常小，甚至难以达到足够的功率电平以推动链路的下一级模块实现射频信号的进一步放大。

2.功率回退法简单且易实现，不需要增加任何附加设备，但是当功率回退到一定程度，继续回退将不再改善放大器的线性度。因此，此方法在线性度要求很高的场合不再适用。

3.采用的Wilkinson或者二进制功率分配/合成器实现射频信号的分配与合成。在功率需求较小、支路较少的场合能达到相当高的合成效率。对于大功率需求，设计链路时所需的支路较多的情况下，整个功率分配/合成网络的损耗显著增大，效率急剧降低。

4.系统链路中功率分配/合成网络中的的功率放大芯片在系统的各功率分配支路上单独工作，各支路间需要采取相应的隔离措施，以防止信号间的干扰。在支路较多的情况下，系统的体积会变得异常庞大，不利于小型化应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路方案：

一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路，包括前级放大模块、驱动功率放大器模块、12路径向波导功率分配器、末级功率放大器、12路径向波导功率合成器、定向耦合器、若干隔离器及波导窗；其中前级放大模块对射频输入的小信号进行预处理；驱动功率放大器模块对链路前端的前级放大模块的输出信号进行放大，使其达到足够的功率电平经过12路径向波导功率分配器以推动链路的末级功率放大器实现射频信号的进一步放大；12路径向波导功率合成器将经过各末级功率放大器放大后的信号进行功率合成并通过波导窗实现信号输出；定向耦合器是在链路中耦合一小部分功率以实现功率检测；隔离器是为了保证链路各级之间信号的良好隔离，以避免各级之间信号的相互影响；前级放大模块还能对耦合器耦合出的正反向功率实施功率检测以进行调节，整个功率放大器链路构成具有负反馈的闭合回路。

所述前级放大模块包括信号放大、衰减、增益均衡、正反向功率检测功能，还含有预失真线性化器、自动电平控制(ALC)功能。

所述驱动功率放大器模块内也包含有位于12路径向波导功率分配器与12路径向波导功率合成器之间的末级功率放大器模块。

所述的功率分配器和功率合成器为12路径向波导功率分配器与12路径向波导功率合成器，它是空间功率分配与合成技术的一种实现形式，其内部含有波导模的转换结构。

所述的末级功率放大器模块是一种内部含有两个波导魔T结构和基于GaAs为材料的8个微波功率放大芯片TGA4046。该模块是一个有内部MMIC实现射频信号放大的功率放大器12W模块。

所述的链路中定向耦合器耦合部分正反向功率反馈到该链路的前级放大模块，整个链路构成闭合回路。耦合器的输出信号经过WR22型波导窗实现射频信号输出。

有益效果：

1、射频链路前端的前级放大模块采用预失真线性化器，使得该模块的放大器工作在饱和区也能保持较高的线性化度，在饱和区工作的放大器具有更高的增益与工作效率。

2、采用12路径向波导功率分配器与12路径向波导功率合成器实现一次功率分配，每个支路都含有使得功率分配/合成网络具有较高的合成效率。

3、采用末级功率放大器模块是一种内部含有两个波导魔T结构和基于GaAs为材料的8个微波功率放大芯片TGA4046。该模块是一个有内部MMIC实现射频信号放大的功率放大器12W模块。如此高的功率模块作为一个支路，对于实现100W的功率放大器，其体积变得很小，利于小型化应用。

4、链路中采用定向耦合器是在耦合一小部分功率以实现功率检测和驻波比保护；各级之间采用隔离器是为了保证链路各级之间信号的良好隔离，以防止链路的反射功率烧毁功率放大器。

5、链路中采用定向耦合器是在耦合一小部分功率以实现功率检测，检测的射频信号反馈到链路前端的前级放大模块，整个链路构成具有反馈的闭合回路。前级放大模块的自动电平控制可根据检测到的功率进行适当调节以达到链路稳定工作状态。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

实施例1

Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路的前级放大模块含有小信号放大器、均衡器、预失真线性化器以及自动电平控制部分电路。分别对进入该链路的射频信号进行放大、增益均衡、线性化、自动电平控制功能。简言之，就是射频小信号的预处理级。整个链路的输入信号功率电平为-4dBm时，该级的输出信号功率为11.5dBm，实现增益15.5dB，可见其效率非常高。

实施例2

Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路的驱动放大模块含有若干末级功率放大模块。由于其输入信号是经过前级放大模块处理后的信号，因此射频信号在该级最易实现功率增益的放大。射频信号经过该级之后输出功率为41.5dBm，该级增益达到30dB。由于前级放大模块处理的是射频小信号，故驱动功率放大器模块与前级放大模块之间的隔离器的损耗可忽略不计。

实施例3

经过驱动功率放大器后的输出信号经过一隔离器进入12路径向波导功率分配器的输入端口实现射频信号的功率分配。12个支路分别接一个Q波段43.5G～45.5G固态功率放大器12W模块经过该模块后的信号经过12路径向波导功率合成实现信号输出。除去损耗，整个链路的功率分配/合成网络功率增益在11.5dB(51.7-41.2)。可见，射频信号在末级功放进行放大的过程中，其功率几近饱和，功率分配/合成网络整体功率增益不及链路的驱动功率放大器模块。

实施例4

链路各级之间增加隔离器为了与链路相邻级保证良好的隔离，防止反射功率烧毁链路。该类型的隔离器又称为回转器，是一个信号只能单向传递的三端口器件。射频信号进入隔离器的输入端后，只能被传递到隔离器的输出端。如果其输出端有反向功率进入，则反射回来的信号只能被传递到地上而无法到达隔离器的输入端。隔离器以此方式实现各相邻链路之间的有效隔离。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路，包括前级放大模块、驱动功率放大器模块、12路径向波导功率分配器、末级功率放大器、12路径向波导功率合成器、定向耦合器、若干隔离器及波导窗；其中前级放大模块对射频输入的小信号进行预处理；驱动功率放大器模块对链路前端的前级放大模块的输出信号进行放大，使其达到足够的功率电平经过12路径向波导功率分配器以推动链路的末级功率放大器实现射频信号的进一步放大；12路径向波导功率合成器将经过各末级功率放大器放大后的信号进行功率合成并通过波导窗实现信号输出；定向耦合器是在链路中耦合一小部分功率以实现功率检测；隔离器是为了保证链路各级之间信号的良好隔离，以避免各级之间信号的相互影响；前级放大模块还能对耦合器耦合出的正反向功率实施功率检测以进行调节，整个功率放大器链路构成具有负反馈的闭合回路。

2.根据权利要求1所述的一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路，其特征在于，所述前级放大模块包括信号放大、衰减、增益均衡、正反向功率检测功能，还含有预失真线性化器；自动电平控制(ALC)功能，其控制范围为20dB。

3.根据权利要求1所述的一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路，其特征在于，所述驱动功率放大器模块内也包含有位于12路径向波导功率分配器与12路径向波导功率合成器之间的末级功率放大器模块。

4.根据权利要求3所述的一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路，其特征在于，所述的功率分配器和功率合成器为12路径向波导功率分配器与12路径向波导功率合成器，它是空间功率分配与合成技术的一种实现形式，其内部含有波导模的转换结构。

5.根据权利要求1所述的一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路，其特征在于，所述末级功率放大器模块是一种内部含有两个波导魔T结构和基于GaAs为材料的8个微波功率放大芯片TGA4046；该模块是一个有内部MMIC实现射频信号放大的功率放大器12W模块。

6.根据权利要求1所述的一种Q频段卫星通信100W固态功率放大器链路，其特征在于，所述链路中定向耦合器耦合部分正反向功率反馈到该链路的前级放大模块，整个链路构成闭合回路；耦合器的输出信号经过WR22型波导窗实现射频信号输出。