[发明专利]一种C波段射频信号功率放大装置和方法

权利要求书

1.一种C波段射频信号功率放大方法，应用于一种C波段射频信号功率放大装置，其特征在于，所述的一种C波段射频信号功率放大装置包括前级放大模块、全高二功分器、合成放大模块、全高二功合器、合成输出模块、辅助电源、冷却装置、通信控制模块、监控保护电路；

所述的前级放大模块、全高二功分器、合成放大模块、全高二功合器和合成输出模块依次连接；

所述前级放大模块接收射频输入信号，对所述射频输入信号进行一次功率放大得到前级输出信号；

所述全高二功分器将所述前级输出信号进行功率平分，得到功率平分后的两路信号；

所述合成放大模块对所述功率平分后的两路信号分别同时进行二次功率放大，得到二次功率放大后的两路信号；

所述全高二功合器将所述二次功率放大后的两路信号进行功率合成，得到合成输出信号；

所述合成输出模块对所述合成输出信号进行耦合输出得到发射信号，并传输到发射天线，所述合成输出模块实时检测输出功率和发射功率；

所述的辅助电源分别与所述前级放大模块、所述合成放大模块和所述冷却装置连接，进行AC/DC电源转换，为各个模块/系统提供所需直流电压；

所述冷却装置为C波段射频信号功率放大装置进行散热；

所述通信控制模块分别与所述前级放大模块、所述合成放大模块和所述合成输出模块通信连接，实时监测各个模块的运行状态；

所述监控保护电路对检测的设备状态进行监测并保护；

所述的前级放大模块接收射频输入信号，对所述射频输入信号进行一次功率放大得到前级输出信号具体包括：对所述射频输入信号进行预处理和信号驱动放大；

所述前级放大模块包括预处理单元和驱动放大单元；

所述预处理单元包括：双工开关A、双工开关B和激励放大组件；所述的激励放大组件包括激励放大组件A和激励放大组件B；

所述双工开关A接收射频输入信号，通过激励放大组件对信号进行预处理后，经双工开关B将预处理后的信号输出给驱动放大单元；

所述预处理单元与所述通信控制模块之间通信连接；当激励放大组件A和激励放大组件B中的任一个发生故障时，所述通信控制模块基于故障反馈信号控制双工开关将信号线路切换至未发生故障激励放大组件；

所述驱动放大单元包括：半高二功分器、末级功放组件和半高二功合器；所述的末级功放组件包括末级功放组件A和末级功放组件B；

所述驱动放大单元接收预处理单元输出的大功率信号，其中的半高二功分器将所述预处理后的信号进行功率平分，得到功率平分后的两路信号，通过末级功放组件A和末级功放组件B对功率平分后的两路信号进行信号放大，将放大后的两路射频信号通过半高二功合器进行功率合成后，得到前级输出信号并输出至全高二功分器中；

所述的激励放大组件对信号进行预处理包括对射频输入信号限幅、均衡、衰减匹配、滤波、激励放大和隔离耦合；

所述激励放大组件包括依次连接的输入功率检测耦合器、压控衰减器、数控衰减器、增益放大器、推动放大器、功率放大器、二功分电桥、末级功放管模块、二功合电桥以及输出功率检测耦合器；所述的末级功放管模块为并联的两个末级功放管；

所述射频输入信号通过所述输入功率检测耦合器进行输入功率检波，之后射频信号经过压控衰减器和数控衰减器来调整激励放大组件的链路增益，再通过增益放大器、推动放大器和功率放大器进行功率放大，最后通过二功分电桥、末级功放管模块和二功合电桥组成的功放组件把功率推放到激励放大组件预设的输出功率；在激励放大器组件的输出端最末级，连接有输出功率检测耦合器，实现对激励放大器组件的输出功率检波和反射功率检波；

所述输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器分别与通信控制模块连接，输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器将检波信号转换成电压信号并传输至所述通信控制模块；

所述辅助电源为所述激励放大组件中各个放大器提供相适应的电压，所述辅助电源与所述通信控制模块之间通信连接，当所述通信控制模块通过接收的所述电压信号监测到激励放大器组件的输出功率或输出驻波异常时，切断当前激励放大组件的辅助电源，并控制所述双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件；

所述的末级功放组件包括：波导功分器、功率放大器和波导功合器；

所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行功率平分，得到两路末级功放组件输入信号，并通过末级功放组件A和末级功放组件B分别对所述两路末级功放组件输入信号进行功率放大；

所述波导功分器将所述两路末级功放组件输入信号分别再进行一分四路功分；两组功分后的四路信号在两组末级功放组件中通过并联的功率放大器分别进行四路并行放大后再通过波导功合器进行四路功合，得到两路末级功放组件输出信号；

所述两路末级功放组件输出信号经所述半高二功合器进行功率合成得到所述前级输出信号；

所述合成放大模块对所述功率平分后的两路信号分别进行二次功率放大并输入给所述全高二功合器；

所述的合成放大模块包括：合成放大单元A和合成放大单元B；所述前级输出信号经所述全高二功分器进行功率平分后，分别进入合成放大单元A和合成放大单元B中进行二次功率放大；

每一个合成放大单元包括：1个十六路功分器、16个末级功放组件以及1个十六路功合器；

所述十六路功分器将信号功分成16路，经并联的16个末级功放组件放大，通过十六路功合器进行功率合成得到合成放大单元输出信号；合成放大单元A和合成放大单元B的合成放大单元输出信号再经全高二功分器功合获得合成输出信号；

包括如下步骤：

在前级放大模块中对射频输入信号进行一次功率放大，得到功率为67.6dBm的前级输出信号；

基于全高二功分器对所述前级输出信号进行功率平分，得到两路功率为64.5dBm的信号；

对所述功率平分后的两路信号在合成放大模块中分别同时进行二次功率放大至73dBm；

将所述二次功率放大后的两路信号进行功率合成得到76dBm合成输出信号；

将所述合成输出信号输入合成输出模块进行耦合输出，得到功率为75.6dBm的发射信号并传输到发射天线；

还包括：将所述合成输出信号输入合成输出模块进行耦合输出的同时，实时检测信号的输出功率和反射功率；

所述的在前级放大模块中对射频输入信号进行一次功率放大，得到功率为67.6dBm的前级输出信号具体包括：信号预处理过程和信号驱动放大过程；

所述预处理过程包括如下步骤：

双工开关A接收8dBm的射频输入信号，将7.8dBm的功率信号传输给激励放大组件进行信号预处理，经双工开关B将预处理后的信号输出给驱动放大单元；

所述预处理单元与所述通信控制模块之间通信连接；当激励放大组件A和激励放大组件B中的任一个发生故障时，所述通信控制模块基于故障反馈信号控制双工开关将信号线路切换至另外一个激励放大组件；

所述驱动放大单元包括：半高二功分器、末级功放组件A、末级功放组件B和半高二功合器；

所述驱动放大单元接收预处理单元输出的58.6dBm大功率信号，所述半高二功分器将所述预处理后的信号进行功率平分，得到两路55.5dBm功率信号，通过与其并联的末级功放组件A和末级功放组件B对两路功率平分后的信号进行信号放大，将信号放大后的两路射频信号通过半高二功合器进行功率合成后，得到67.6dBm前级输出信号并输出至全高二功分器中；

所述的激励放大组件对信号进行预处理包括对射频输入信号进行：限幅、均衡、衰减匹配、滤波、激励放大、隔离耦合；

所述激励放大组件包括依次连接的输入功率检测耦合器、压控衰减器、数控衰减器、增益放大器、推动放大器、功率放大器、二功分电桥、末级功放管模块、二功合电桥以及输出功率检测耦合器；所述的末级功放管模块为并联的两个末级功放管；

7.8dBm射频输入信号通过所述输入功率检测耦合器进行输入功率检波，之后7.5dBm的射频信号经过压控衰减器和数控衰减器来调整激励放大组件的链路增益，此时信号功率为0.2dBm，再通过增益放大器、推动放大器和功率放大器进行功率放大，三组放大器的放大输出功率递增至50.2dBm，最后通过二功分电桥、两个并联的末级功放管和二功合电桥组成的功放组件把功率推放到激励放大组件预设的输出功率59dBm；在激励放大器组件的输出端最末级，连接有输出功率检测耦合器，以实现对激励放大器组件的输出功率检波和反射功率检波；

所述输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器分别与通信控制模块连接，输入功率检测耦合器和输出功率检测耦合器将检波信号转换成电压信号并传输至所述通信控制模块；

所述辅助电源为所述激励放大组件中各个放大器提供相适应的电压，所述辅助电源与所述通信控制模块之间通信连接，当所述通信控制模块通过接收的所述电压信号监测到激励放大器组件的输出功率或输出驻波异常时，切断当前激励放大组件的辅助电源，并控制所述双工开关将信号线路切换至未发生异常的激励放大组件。