[发明专利]一种基于HBT功放的高效率星上自闭环功率随动系统

说明书

本发明涉及一种基于HBT功放的高效率星上自闭环功率随动系统，属于功放功率随动技术领域；包括载荷综合处理器、相控阵发射单元和相控阵发射单元电源；相控阵发射单元包括上变频模块和HBT功率放大器；通过卫星载荷综合处理器实现下行业务量与发射单元功放最佳供电电压之间的反馈机制，提高发射功率大动态范围下功放平均效率，降低整星功耗；发射单元中选用高动/静态电流比的HBT功放芯片，充分利用其低静态电流的优势，进一步提高功率回退和静默状态下功放效率；在调压策略上，保持功放基极电压Vb不变，适时调整集电极电压Vcc，实现了功放的输出功率与卫星业务量的自适应匹配，整个系统形成了功率跟踪的自闭环，从而针对性地实现整星功耗热耗的优化。

技术领域

本发明属于功放功率随动技术领域，涉及一种基于HBT功放的高效率星上自闭环功率随动系统。

背景技术

当前，全球低轨卫星通信领域发展如火如荼，为了抢占有限的轨道和频谱资源，SpaceX、AirBus等国外企业纷纷推出以Starlink、OneWeb为代表的数十个规模庞大的低轨卫星系统方案，以期在低轨卫星通信系统组网建设上占得先机。与此同时，我国也正在着力发展以“鸿雁”、“虹云”等为代表的低轨卫星星座，因此快速攻关和解决一系列的关键技术问题迫在眉睫。

低轨通信卫星具有轨道高度低、通信时延短、数据传输速率高、用户终端小型化及频率高效复用等优点，但是也存在着卫星业务量随时间及地域的分布极为不均匀的特点。对于发射波束而言，业务分配不均将导致发射功率动态范围大，发射单元长时间处于功率回退状态甚至是静默状态，这意味着其中的功放在大多数时间将以较低的效率运行。因此，根据低轨卫星在轨业务模型，针对性地进行功耗热耗的优化，提高功放平均效率，降低整星功耗成为急需解决的关键问题。

目前国际上研制成功并投入使用的低轨卫星星座有GlobalStar I代、GlobalStarII代、Iridium系统和Iridium Next系统。从公开文献资料中可以看出，其中一些系统采用了功放电压调整技术来减少回退状态下的功耗，但均采用的是传统基于PHEMT(赝高电子迁移率晶体管)工艺的功放技术，该技术主要存在两点不足：1、电压调整过程中，功放性能尤其是增益会发生较大变化，需要引入额外的增益补偿机制，从而增加了系统设计的复杂度。例如在Iridium Next系统中采用了一个PIN二极管压控衰减器，其电压需要与PHEMT功放漏极电压Vds同步调整以补偿增益变化，整个链路最终增益变化量小于4dB。2、基于PHEMT工艺的功放动/静态电流比大，目前现有技术仅能达到5:1，根据低轨系统方案和应用需求，相控阵天线发射单元在功率回退或静默状态的工况占比较高，此时，发射组件的功耗接近于静态功耗，而拥有较高的静态电流将制约其在降低整星平均功耗上发挥的作用。此外，各系统中针对如何实现功放电压调整自闭环鲜有公开报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于HBT功放的高效率星上自闭环功率随动系统，实现功放的输出功率与卫星业务量的自适应匹配，整个系统形成了功率跟踪的自闭环，从而针对性地实现整星功耗热耗的优化。

本发明解决技术的方案是：

一种基于HBT功放的高效率星上自闭环功率随动系统，包括载荷综合处理器、相控阵发射单元和相控阵发射单元电源；其中，相控阵发射单元包括上变频模块和HBT功率放大器；

载荷综合处理器：接收外部卫星传来的下行总业务量P₀；对下行总业务量P₀进行功率转换，生成中频输入信号和调压控制信号；将中频输入信号发送至上变频模块；将调压控制信号发送至相控阵发射单元电源；

相控阵发射单元电源：接收载荷综合处理器传来的调压控制信号，生成功放最佳供电电压Vcc，采用功放最佳供电电压Vcc对HBT功率放大器供电；

上变频模块：接收载荷综合处理器传来的中频输入信号，对中频输入信号进行上变频处理，生成射频信号，并将射频信号发送至HBT功率放大器；