技术领域
[0001] 本
发明涉及功率
放大器相位补偿技术领域，尤其涉及一种提高线性度的相位补偿方法及系统。
背景技术
[0002]
微波功率放大器通常被用来将传输
信号功率放大到发射所需的功率电平，保证一定范围的信号
覆盖，一般在通信系统发射机的末级，是通信系统中非线性最强的器件之一，严重影响着通信信号的
质量。当非恒定包络的线性调制信号通过非线性功率放大器后将会产生
互调失真，造成
频谱扩展，且无法用
滤波器降其滤除。落于信道带内的失真将增加信号误码率，而带外再生的频谱将对邻近信道用户产生干扰。在宽频带通信系统中，后者对系统性能的影响更为严重，为此，卫星通信规定了频谱
辐射屏蔽的要求，而一般的功率放大器是很难达到此要求的，因此射频线性功率放大器的设计已成为通信发射机系统的关键技术。
[0003] 目前Ku波段750W
行波管功放技术(功率放大器简称为“功放”)相对较成熟，一般应用于地面站、固定站或机房，对于这种750W大功率发射机使用方式通常为单机独立使用或两台合成输出，因功放数量少，且在陆地使用，安装空间灵活，安装调试方便，可在牺牲功放输出功率和体积的前提下进行大功率干扰的功率压制，对单台或合成输出后的功放相位要求不高，因此对于实现多台Ku波段机载750W行波管功放的线性化相位补偿提出了更高的要求。
[0004] 传统的线性化相位补偿解决方法是使功率放大器工作点远离饱和区域，工作于线性区，即功率回退。功率回退可提高放大器的线性度，但会降低系统的效率；另一方面，大功率的Ku频段行波管功率放大器主要依靠进口，国内的研发能
力还非常薄弱，使用大功率器件输出小的功率，也提高了系统成本。因此，当总功率一定，功率放大器的设计是效率与线性度间的某种折中。对采用恒定包络信号的通信系统而言，通过适当的回退就可获得系统所要求的线性度；而对于采用线性调制的系统而言，仅仅采用功率回退的方法是远远不能达到系统要求的，因为当功率回退到一定程度，三阶交调达到了-40dBc以下时，继续回退，功率放大器的线性度将不再能得到改善。另外，仅采用功率回退的方法，系统为达到额定的输出功率必然要使用多级放大，也会造成
费用升高、效率降低和直流功率增大等诸多缺点，特别是在像机载这类安装空间和重量要求极为有限的系统中，功放效率是其考虑的主要因素。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是对于线性调制的系统，现有的线性化相位补偿方法往往
精度不高、效率低，且系统成本高、维修成本高等问题，本发明提供了解决上述问题的一种提高线性度的相位补偿方法及系统，为了降低系统的非线性，提高功率放大器的效率，根据机载系统的结构特点，遵循24路
波导等长同相原则，采用Ku波段750W行波管功率放大器预失真校正和线性化技术、波导配相技术，并配合移相网络来对功率放大器进行相位补偿，从而改善功率放大器的线性度，使功放相位配平。
[0006] 本发明通过下述技术方案实现：
[0007] 一种提高线性度的相位补偿方法，包括通信发射机系统，该方法包括：
[0008] 对通信发射机系统的各个单元进行初始相位分段配平；
[0009] 对初始相位分段配平结果进行大功率相位微调，直到各个馈源喇叭的输出
相位差都在通信发射机系统容忍的最大相位差范围内；以及
[0010] 对大功率相位微调结果进行微调验证。
[0011] 工作原理是：对于线性调制的系统，现有的线性化相位补偿方法往往精度不高、效率低，且系统成本高和直流功率大等问题，本发明采用上述方案为了提高天线的空间功率合成效率，遵循24路波导等长同相原则，使该通信发射机系统的24个馈源喇叭天线输出相位一致。由于系统工作在Ku频段，
频率较高，相位对传输线长度和扭曲程度非常敏感，很难测量精确，因此本发明采用先对通信发射机系统进行初始相位分段配平，再进行大功率相位微调。如此反复调整，直到24个馈源喇叭的输出相位差都在通信发射机系统能容忍的最大相位差范围内。最后，为了使合成效率最高，再采用大功率配相方法对系统法进行微调验证。本发明采用分段同时进行配相工作，配相速度快，一致性高；本发明通过功放预失真校正技术和移相技术相结合，能够大大提高功放线性度的精度，使24路功放及波导精确配相，使系统安装与调试操作更为简便；另外，基于本发明是分段配平，本发明涉及到的系统设备或部件故障后可以单独进行更换，更换后只需对更换设备或部件单独进行配相调试，故障隔离简单，不需要对整个通路进行更换，降低了设备的维修成本。
[0012] 进一步地，所述对通信发射机系统的各个单元进行初始相位分段配平，是遵循24路波导等长同相原则，使通信发射机系统的24个馈源喇叭天线输出相位一致。
[0013] 进一步地，所述对通信发射机系统的各个单元进行初始相位分段配平，具体包括三个阶段相位配平，第一阶段相位配平是24路
功率分配器、电控
移相器、同轴线缆采用配合移相网络调相；第二阶段相位配平是功率放大器配平；第三阶段相位配平是波导及馈源喇叭的配相。
[0014] 进一步地，所述第一阶段相位配平是24路功率分配器、电控移相器、同轴线缆采用配合移相网络调相，具体地：
[0015] 通过波束
控制器对左右两路同轴
电缆的初始相位进行设定，通过波束控制器自动调整24路电控移相器相位达到初始状态，左右天线工作状态切换时电控移相器初始相位便会随之设置到相对应的量值上；同轴线配相具体步骤如下：
[0016] 步骤101：选择一路同轴线作为基准，把
矢量网络分析仪的发射端口与24路功率分配器的输入连接，基于24路功率分配器的同轴线出口分别与电控移相网络相连接，得到24路电控移相网络输出通过射频线缆与矢量网络分析仪输入(即矢量网络分析仪接收端)相连接，使整个链路形成回路，并对矢量网络分析仪进行归零操作；
[0017] 步骤102：转换到待配的另一路同轴线上，连接好后观察矢量网络分析仪显示的相位值，通过调节电控移相器来达到相位一致。
[0018] 进一步地，所述第二阶段相位配平是功率放大器配平，采用其设备内的矩阵式移相网络进行相位配平；选取中心工作频点，以矢量网络分析仪输出端口(即矢量网络分析仪发射端)为功率放大器激励源，功率放大器输出
接口通过统一的
耦合器及负载吸收；耦合器端口连接矢量网络分析仪的输入端口(即矢量网络分析仪接收端)，形成信号链路闭环；通过功率放大器配相使24台功率放大器
输出信号的相位一致，每台功率放大器均各自配有电控移相器，能够对输出相位进行调节；功率放大器配相具体步骤如下：
[0019] 步骤111：选取任意一台功率放大器作为配相的基准功放，矢量网络分析仪选择双端口模式，矢量网络分析仪发射端通过同轴线1连接到功率放大器射频输入口，作为功放的激励源；矢量网络分析仪接收端通过同轴线2连接到耦合器的耦合监测口；将功率放大器发射，对矢量网络分析仪显示的相位值进行归零；
[0020] 步骤112：把同轴线1连接到待配功率放大器的射频输入口，负载连同弯波导连接到待配功率放大器的输出口；待配功率放大器发射，对矢量网络分析仪显示的两个功率放大器相位差值，通过调节功率放大器的电控移相器的相位调节旋钮直至矢量网络分析仪显示的值为零。
[0021] 进一步地，所述功率放大器采用Ku波段750W行波管功率放大器。
[0022] 进一步地，所述第三阶段相位配平是波导及馈源喇叭的配相，硬波导、软波导、弹性波导及馈源喇叭。所述第三阶段相位配平是整个系统配相工作的关键部分。首先要根据BJ120型波导内径尺寸，计算其在Ku频段的传输波导
波长，依此得出相位和波导物理长度的换算关系。通过矢量网络分析仪依次测量左右各24路波导的初始相位值，对测量数据进行
整理、分析，确定各路波导物理长度差值；然后，在需要调整物理长度的波导连接处，增加波导
垫片以补偿物理长度差值；最后，需对各路相位值重新测试。重复以上步骤，经过反复测量、调整，最终确定波导垫片厚度。波导及馈源喇叭配相步骤如下：
[0023] 在系统波导配相过程中，先通过对公共部分波导的调节实现天线24路波导的等相位，再切换波导
开关实现另一侧天线的等相位调节；用矢量网络分析仪的发射端连接波导入口(功率放大器射频输出口连接处)，矢量网络分析仪的接收端连接标准喇叭天线与输出喇叭天线(天线发射口)对接；通过调整波导垫片厚度来补偿相位进行波导相位的调节，实现相位一致。
[0024] 进一步地，所述对初始相位分段配平结果进行大功率相位微调，是在外场采用大功率配相的方法对初始相位进行微调；在天线舱壁及天线与接收点的传输路径上铺设吸波材料，且接收点设有高精尖
频谱分析仪及高精度伺服控制系统进行远距离方向图扫描。
[0025] 另一方面，本发明还提供了支持上述一种提高线性度的相位补偿方法所对应的一种提高线性度的相位补偿系统，包括：
[0026] 配平子系统，用于对通信发射机系统的各个单元进行初始相位分段配平；
[0027] 微调子系统，用于对初始相位分段配平结果进行大功率相位微调，直到各个馈源喇叭的输出相位差都在通信发射机系统容忍的最大相位差范围内；以及
[0028] 验证子系统，用于对大功率相位微调结果进行微调验证。
[0029] 进一步地，所述配平子系统包括第一阶段相位配平模
块，第一阶段相位配平模块是24路功率分配器、电控移相器、同轴线缆采用配合移相网络调相；
[0030] 还包括第二阶段相位配平模块，第二阶段相位配平模块是功率放大器配平；
[0031] 还包括第三阶段相位配平模块，第三阶段相位配平模块是波导及馈源喇叭的配相；
[0032] 其中，第一阶段相位配平模块包括功率分配器、矢量网络分析仪、矩阵式移相网络和同轴线，矢量网络分析仪发射端通过输入同轴线连接功率分配器的输入端，功率分配器的输出端通过输出同轴线连接矩阵式移相网络，矩阵式移相网络通过射频线缆与矢量网络分析仪接收端相连接，整个链路形成回路；
[0033] 第二阶段相位配平模块包括功率放大器、矢量网络分析仪、耦合器、吸收负载、同轴线和波导，矢量网络分析仪发射端通过同轴线1连接功率放大器射频输入端，功率放大器射频输出端连接波导，波导连接耦合器，耦合器的耦合监测口通过同轴线2接入矢量网络分析仪的接收端，形成信号链路闭环；通过第二阶段相位配平模块使24台功率放大器输出信号的相位一致，每台功率放大器均各自配有电控移相器，能够对输出相位进行调节；
[0034] 第三阶段相位配平模块包括波导公共部分、波导、波导切换开关、天线馈源喇叭、矢量网络分析仪，矢量网络分析仪发射端通过测试线缆连接波导公共部分，波导公共部分连接波导切换开关，波导切换开关连接左、右天线馈源喇叭，左、右天线馈源喇叭作为测试喇叭天线通过测试线缆连接矢量网络分析仪接收端；通过对波导公共部分的调节实现天线24路波导的等相位，再切换波导开关实现另一侧天线的等相位调节。
[0035] 本发明与
现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0036] 1、本发明一种提高线性度的相位补偿方法及系统，通过功放预失真校正技术和移相技术相结合，能够大大提高功放线性度的精度，使24路功放及波导精确配相，使系统安装与调试操作更为简便；
[0037] 2、本发明一种提高线性度的相位补偿方法及系统，可以分段同时进行配相工作，配相速度快，一致性高；
[0038] 3、本发明一种提高线性度的相位补偿方法及系统，系统设备或部件故障后可以单独进行更换，更换后只需对更换设备或部件单独进行配相调试，故障隔离简单，不需要对整个通路进行更换，降低了设备的维修成本。
附图说明
[0039] 此处所说明的附图用来提供对本发明
实施例的进一步理解，构成本
申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0040] 图1为本发明一种提高线性度的相位补偿方法
流程图。
[0041] 图2为本发明通信发射机系统传输网络示意图。
[0042] 图3为本发明的同轴线配相原理图。
[0043] 图4为本发明的功率放大器配相原理图。
[0044] 图5为本发明的波导配相原理图。
具体实施方式
[0045] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0046] 实施例
[0047] 如图1至图5所示，本发明一种提高线性度的相位补偿方法，包括通信发射机系统，该方法包括：
[0048] 对通信发射机系统的各个单元进行初始相位分段配平；进行初始相位分段配平是遵循24路波导等长同相原则，使通信发射机系统的24个馈源喇叭天线输出相位一致；
[0049] 对初始相位分段配平结果进行大功率相位微调，直到各个馈源喇叭的输出相位差都在通信发射机系统容忍的最大相位差范围内；以及
[0050] 对大功率相位微调结果进行微调验证。
[0051] 本实施例中，所述对通信发射机系统的各个单元进行初始相位分段配平，具体包括三个阶段相位配平，第一阶段相位配平是24路功率分配器、电控移相器、同轴线缆采用配合移相网络调相；第二阶段相位配平是功率放大器配平；第三阶段相位配平是波导及馈源喇叭的配相。
[0052] 本实施例中，所述第一阶段相位配平是Ku波段750W行波管功率放大器之前24路功分器、电控移相器、同轴传输线缆采用配合移相网络调相；具体地：
[0053] 24路功分器极其之后的传输线、电控移相器为另一部分，利用电控移相器进行相位配平。由于左右两路同轴电缆长度不同，相位存在差异，因此通过波束控制器对左右两路同轴电缆的初始相位进行设定。初始相位需要反复测试以保证系统相位基准的精确性。初始相位设定好后，在系统启动后波束控制器自动调整24路电控移相器相位达到初始状态(即24路链路相位全部配平)，左右天线工作状态切换时电控移相器初始相位也会随之设置到相对应的量值上。如图3所示，图3为同轴线配相原理图。同轴线配相具体步骤如下：
[0054] 步骤101：选择一路同轴线作为基准，把矢量网络分析仪的发射端口与24路功率分配器的输入连接，基于24路功率分配器的同轴线出口分别与电控移相网络相连接，得到24路电控移相网络输出通过射频线缆与矢量网络分析仪输入(即矢量网络分析仪接收端)相连接，使整个链路形成回路后，对矢量网络分析仪进行归零操作；
[0055] 步骤102：转换到待配的另一路同轴线上，连接好后观察矢量网络分析仪显示的相位值，通过调节电控移相器来达到相位一致。
[0056] 本实施例中，所述第二阶段相位配平是功率放大器配平，采用其设备内的矩阵式移相网络进行相位配平；选取中心工作频点，以矢量网络分析仪输出端口(即矢量网络分析仪发射端)为功率放大器激励源，功率放大器输出接口通过统一的耦合器及负载吸收；耦合器端口连接矢量网络分析仪的输入端口(即矢量网络分析仪接收端)，形成信号链路闭环；同时，在测试过程中，保证每台功率放大器输出功率相同，且经过一段时间达到功率稳定、相位稳定后再进行测量。
[0057] 功率放大器配相所要达到的目的是使24台功率放大器输出信号的相位一致，每台功率放大器均各自配有电控移相器，能够对输出相位进行调节。如图4所示，图4为功率放大器配相原理图。功率放大器配相具体步骤如下：
[0058] 步骤111：选取任意一台功率放大器作为配相的基准功放，矢量网络分析仪选择双端口模式，矢量网络分析仪发射端通过同轴线1连接到功率放大器射频输入口，作为功放的激励源；矢量网络分析仪接收端通过同轴线2连接到耦合器的耦合监测口；将功率放大器发射，对矢量网络分析仪显示的相位值进行归零；
[0059] 步骤112：把同轴线1连接到待配功率放大器的射频输入口，负载连同弯波导连接到待配功率放大器的输出口；待配功率放大器发射，此时矢量网络分析仪会显示一个相位值，这个值即为两个功率放大器的相位差，调节功放移相器的相位调节旋钮，直至矢量网络分析仪显示的值为零。
[0060] 本实施例中，所述功率放大器采用Ku波段750W行波管功率放大器。
[0061] 本实施例中，所述第三阶段相位配平是波导及馈源喇叭的配相，硬波导、软波导、弹性波导及馈源喇叭。所述第三阶段相位配平是整个系统配相工作的关键部分。首先要根据BJ120型波导内径尺寸，计算其在Ku频段的传输波导波长，依此得出相位和波导物理长度的换算关系。通过矢量网络分析仪依次测量左右各24路波导的初始相位值，对测量数据进行整理、分析，确定各路波导物理长度差值；然后，在需要调整物理长度的波导连接处，增加波导垫片以补偿物理长度差值；最后，需对各路相位值重新测试。重复以上步骤，经过反复测量、调整，最终确定波导垫片厚度。如图5所示，图5为波导配相原理图。波导及馈源喇叭配相步骤如下：
[0062] 在系统波导配相过程中，先通过对公共部分波导的调节实现天线24路波导的等相位，再切换波导开关实现另一侧天线的等相位调节；用矢量网络分析仪的发射端连接波导入口(功率放大器射频输出口连接处)，矢量网络分析仪的接收端连接标准喇叭天线与输出喇叭天线(天线发射口)对接；通过调整波导垫片厚度来补偿相位进行波导相位的调节，实现相位一致。
[0063] 本实施例中，所述对初始相位分段配平结果进行大功率相位微调，是在外场采用大功率配相的方法对初始相位进行微调；为了减小天线舱壁及地面反射带来相位测量误差，在天线舱壁及天线与接收点的传输路径上铺设吸波材料；由于系统功率过大，接收点设有高精尖频谱分析仪及高精度伺服控制系统进行远距离方向图扫描。
[0064] 工作原理是：对于线性调制的系统，现有的线性化相位补偿方法往往精度不高、效率低，且系统成本高和直流功率大等问题，本发明采用上述方案为了提高天线的空间功率合成效率，遵循24路波导等长同相原则，使该通信发射机系统的24个馈源喇叭天线输出相位一致。由于系统工作在Ku频段，频率较高，相位对传输线长度和扭曲程度非常敏感，很难测量精确，因此本发明采用先对通信发射机系统进行初始相位分段配平，再进行大功率相位微调。如此反复调整，直到24个馈源喇叭的输出相位差都在通信发射机系统能容忍的最大相位差范围内。最后，为了使合成效率最高，再采用大功率配相方法对系统法进行微调验证。本发明采用分段同时进行配相工作，配相速度快，一致性高；本发明通过功放预失真校正技术和移相技术相结合，能够大大提高功放线性度的精度，使24路功放及波导精确配相，使系统安装与调试操作更为简便；另外，基于本发明是分段配平，本发明涉及到的系统设备或部件故障后可以单独进行更换，更换后只需对更换设备或部件单独进行配相调试，故障隔离简单，不需要对整个通路进行更换，降低了设备的维修成本。
[0065] 另一实施例，提供支持上述一种提高线性度的相位补偿方法所对应的一种提高线性度的相位补偿系统，包括：
[0066] 配平子系统，用于对通信发射机系统的各个单元进行初始相位分段配平；
[0067] 微调子系统，用于对初始相位分段配平结果进行大功率相位微调，直到各个馈源喇叭的输出相位差都在通信发射机系统容忍的最大相位差范围内；以及
[0068] 验证子系统，用于对大功率相位微调结果进行微调验证。
[0069] 具体地，所述配平子系统包括第一阶段相位配平模块，第一阶段相位配平模块是24路功率分配器、电控移相器、同轴线缆采用配合移相网络调相；
[0070] 还包括第二阶段相位配平模块，第二阶段相位配平模块是功率放大器配平；
[0071] 还包括第三阶段相位配平模块，第三阶段相位配平模块是波导及馈源喇叭的配相；
[0072] 其中，如图3所示，第一阶段相位配平模块包括功率分配器、矢量网络分析仪、矩阵式移相网络和同轴线，矢量网络分析仪发射端通过输入同轴线连接功率分配器的输入端，功率分配器的输出端通过输出同轴线连接矩阵式移相网络，矩阵式移相网络通过射频线缆与矢量网络分析仪接收端相连接，整个链路形成回路；
[0073] 如图4所示，第二阶段相位配平模块包括功率放大器、矢量网络分析仪、耦合器、吸收负载、同轴线和波导，矢量网络分析仪发射端通过同轴线1连接功率放大器射频输入端，功率放大器射频输出端连接波导，波导连接耦合器，耦合器的耦合监测口通过同轴线2接入矢量网络分析仪的接收端，形成信号链路闭环；通过第二阶段相位配平模块使24台功率放大器输出信号的相位一致，每台功率放大器均各自配有电控移相器，能够对输出相位进行调节；
[0074] 如图5所示，第三阶段相位配平模块包括波导公共部分、波导、波导切换开关、天线馈源喇叭、矢量网络分析仪，矢量网络分析仪发射端通过测试线缆连接波导公共部分，波导公共部分连接波导切换开关，波导切换开关连接左、右天线馈源喇叭，左、右天线馈源喇叭作为测试喇叭天线通过测试线缆连接矢量网络分析仪接收端；通过对波导公共部分的调节实现天线24路波导的等相位，再切换波导开关实现另一侧天线的等相位调节。
[0075] 本发明方法及系统能够在机载这种庞大的系统中方便灵活的进行多路功放配相，实现相位补偿配平，不需要对机载其他系统设备进行调整，不与机载其他系统设备进行关联。本发明一种提高线性度的相位补偿方法及系统在心理战某型装备上成功运用，并在空军某部队试用试飞，解决了大系统工程实现难题，本发明能够大大提高功放线性度的精度，使24路功放及波导精确配相，使系统安装与调试操作更为简便；本发明分段同时进行配相工作，配相速度快，一致性高；本发明系统设备或部件故障后可以单独进行更换，更换后只需对更换设备或部件单独进行配相调试，故障隔离简单，不需要对整个通路进行更换，降低了设备的维修成本。
[0076] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
