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四选一通道式大功率发射系统及其通道热切换方法和应用

阅读：872发布：2020-05-13

专利汇可以提供四选一通道式大功率发射系统及其通道热切换方法和应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种四选一通道式大功率发射系统，属于发射机技术领域。包括单刀双掷开关 (1)，与单刀双掷开关(1)输出端连接的混合接头(2)，与混合接头(2)输出端连接的双刀双掷开关(3)，与双刀双掷开关(3)的两个输出端连接的混合接头(41,42)，与混合接头(41,42)的输出端连接的功率放大器 (51,52，53,54)，与(51,52，53,54)输出端连接的混合接头(61，62)，以及与混合接头(61,62)输出端连接的混合接头(71,72)。本发明还提供所述发射系统的通道热切换方法及应用。本发明将发射系统的通道切换时间降至ns级，将开关选择通道的功率损失降至1W以下，整个功率损失占发射机整体功率的1‰以下；解决了传统开关式发射机效率低和通道切换响应时间长的问题。，下面是四选一通道式大功率发射系统及其通道热切换方法和应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种四选一通道式大功率发射系统，其特征在于，包括单刀双掷开关(1)，与单刀双掷开关(1)输出端连接的混合接头(2)，与混合接头(2)输出端连接的双刀双掷开关(3)，与双刀双掷开关(3)的输出端连接的混合接头(41,42)，与混合接头(41,42)的输出端连接的功率放大器(51,52，53,54)，与(51,52，53,54)输出端连接的混合接头(61，62)，以及与混合接头(61,62)输出端连接的混合接头(71,72)。
2.如权利要求1所述一种四选一通道式大功率发射系统，其特征在于，所述混合接头(71)上设置有输出口(Pout4,Pout2),所述混合接头(72)上设置有输出口(Pout3,Pout1)，所述混合接头(61)的两个输出端分别与输出口(Pout4)和输出口(Pout3)连接，所述混合接头(62)的两个输出端分别与输出口(Pout2)和输出口(Pout1)连接。
3.如权利要求1所述一种四选一通道式大功率发射系统，其特征在于，包括单刀双掷开关(1)，与单刀双掷开关(1)输出端连接的混合接头(2)，与混合接头(2)输出端连接的双刀双掷开关(3)，与双刀双掷开关(3)的两个输出端连接的混合接头(41,42)，与混合接头(41)的两个输出端连接的功率放大器(51,52)，与混合接头(42)的两个输出端连接的功率放大器(53,54)，与功率放大器(51,52)输出端连接的混合接头(61)，与功率放大器(53,54)输出端连接的混合接头(62)，以及与混合接头(61,62)输出端连接的混合接头(71,72)，所述混合接头(71)上设置有输出口(Pout4,Pout2),所述混合接头(72)上设置有输出口(Pout3,Pout1)，所述混合接头(61)的两个输出端分别与输出口(Pout4)和输出口(Pout3)连接，所述混合接头(62)的两个输出端分别与输出口(Pout2)和输出口(Pout1)连接。
4.如权利要求1所述一种四选一通道式大功率发射系统，其特征在于，所述混合接头(2,41,42)为功率分配90/180°混合接头；所述混合接头(61,62,71,72)为功率合成90/180°混合接头。
5.如权利要求4所述一种四选一通道式大功率发射系统，其特征在于，所述功率分配
90/180°混合接头(2,41,42)为90°电桥、180°电桥或魔T中的一种；所述功率合成90/180°混合接头(61,62,71,72)为90°电桥、180°电桥或魔T中的一种。
6.如权利要求5所述一种四选一通道式大功率发射系统，其特征在于，所述功率分配
90/180°混合接头(2,41,42)和功率合成90/180°混合接头(61,62,71,72)采用同样相位的器件，或者采用同一种器件更有利于幅相合成的一致性。
7.如权利要求1所述一种四选一通道式大功率发射系统，其特征在于，所述单刀双掷开关(1)为匹配式小信号单刀双掷开关；所述双刀双掷开关(3)为一个匹配式双刀双掷开关或两个匹配式小信号单刀双掷开关组合使用。
8.如权利要求1所述一种四选一通道式大功率发射系统，其特征在于，所述功率放大器(51,52，53,54)为需求频段的固态功放器件、行波管功放器件、固态功放组件或行波管功放组件中的一种。
9.一种四选一通道式大功率发射系统的通道热切换方法，其特征在于，所述热切换方法采用上述权利要求3至8任一项所述的四选一通道式大功率发射系统，具体方法如下：
双刀双掷开关(3)后面的混合接头(41、42)、功率放大器(51、52、53、54)和输出端的四个混合接头(61、62、71、72)为两套独立的一模一样的一级通道功率合成电路；两组功率放大器(51、52、53、54)输出的高功率在混合接头(61)混合接头(62)中同时获得第一级通道功率合成；
若控制双刀双掷开关(3)同时向上输出，第一级通道合成功率同时从混合接头(61)和混合接头(62)的下端口输出，进入混合接头(72)；此时，控制发射系统输入的单刀双掷开关(1)向上输出，混合接头(2)和混合接头(72)配对进行第二级通道功率合成，第二级通道合成功率从,混合接头(71)的Pout1口输出；
若控制双刀双掷开关(3)同时向下输出，第一级通道合成功率同时从混合接头(61)和混合接头(62)的上端口输出，进入混合接头(71)；此时，控制单刀双掷开关(1)向上输出，混合接头(2)和混合接头(71)配对进行第二级通道功率合成，第二级通道合成功率从混合接头(71)的Pout2口输出；
若控制发射系统输入的单刀双掷开关(1)向下输出，当控制双刀双掷开关(3)同时向上输出，第二级通道合成功率从混合接头(72)的Pout3口输出；当控制双刀双掷开关(3)同时向下输出，第二级通道合成功率从混合接头(71)的Pout4口输出。
10.如权利要求1所述一种四选一通道式大功率发射系统的应用，其特征在于，所述发射系统适用于集成一体化固态功放组件、集成一体化行波管功放组件、基于固态功放组件的发射机或基于行波管功放的发射机。

说明书全文

四选一通道式大功率发射系统及其通道热切换方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于发射机技术领域，具体为一种四选一通道式大功率发射系统及其通道热切换方法和应用。

背景技术

[0002] 目前，四选一通道式大功率发射机的主要工作体制有两种：一是采用大功率功放后面接大功率机械开关进行冷切换(关断大功率后进行开关切换)；二是采用大功率功放后面接大功率电子开关冷切换(关断大功率后进行开关切换)。大功率机械开关优点是，机械开关的自身插入损耗较小、功率容量大、可靠性较高，缺点是大功率机械开关体积大，系统集成引入电缆多、高强度振动条件下易损坏、开关响应速度慢等；大功率电子开关的优点是体积小、重量轻、响应速度较快，缺点是插入损耗大、散热要求高、容易烧毁、供电负压要求高。

[0003] 综上，现有方法实现的四选一通道式大功率发射机，存在的主要缺点是：采用电子开关系统效率低和采用机械开关响应速度慢。第一，系统效率低。主要表现在发射机输出功率只有内部大功率放大器功率40％～50％甚至更小！也就是说整个发射机中：功率放大器模块经过三个电子开关进行联动组合后，输出功率比单个功放输出功率降低50％～60％甚至更高，例如：发射机设备指标要求50W功率输出，则必须选用100～150W的功率放大器才能满足要求。对于机械开关式的发射机，主要是由于机械开关系统集成过程中必须引入多根大功率射频电缆，这样就会累积造成整个发射机的效率降低，损失效率50％左右；对于大功率电子开关式的发射机，大功率电子开关的自身插入损耗大，还要引入少量的大功率射频电缆，这样整个发射机效率就会更低，损失效率50～60％％左右。第二，响应速度慢。主要表现在发射机的通道切换响应时间长，为us级，甚至ms级。对于机械开关式的发射机，由于机械开关的构造原理造成了其响应时间为50ms左右；对于电子开关式的发射机，由于考虑开关的大功率容量等问题，其响应速度比起小功率电子开关也是慢了很多，大概响应时间为50us 左右。

发明内容

[0004] 本发明针对传统大功率四选一通道式发射机效率低和通道切换响应速度慢的问题，提出一种新的发射机拓扑结构，本发明可以提高四选一通道式大功率发射机的效率和通道切换响应速度。

[0005] 本发明目的通过以下技术方案来实现：

[0006] 一种四选一通道式大功率发射系统，包括单刀双掷开关(1)，与单刀双掷开关(1) 输出端连接的混合接头(2)，与混合接头(2)输出端连接的双刀双掷开关(3)，与双刀双掷开关(3)的输出端连接的混合接头(41,42)，与混合接头(41,42)的输出端连接的功率放大器(51,52，53,54)，与(51,52，53,54)输出端连接的混合接头 (61，62)，以及与混合接头(61,62)输出端连接的混合接头(71,72)。

[0007] 作为本发明所述一种四选一通道式大功率发射系统的一个具体实施例，所述混合接头(71)上设置有输出口(Pout4,Pout2),所述混合接头(72)上设置有输出口 (Pout3,Pout1)，所述混合接头(61)的两个输出端分别与输出口(Pout4)和输出口(Pout3)连接，所述混合接头(62)的两个输出端分别与输出口(Pout2)和输出口(Pout1)连接。

[0008] 作为本发明所述一种四选一通道式大功率发射系统的一个具体实施例，包括单刀双掷开关(1)，与单刀双掷开关(1)输出端连接的混合接头(2)，与混合接头(2) 输出端连接的双刀双掷开关(3)，与双刀双掷开关(3)的两个输出端连接的混合接头(41,42)，与混合接头(41)的两个输出端连接的功率放大器(51,52)，与混合接头(42)的两个输出端连接的功率放大器(53,54)，与功率放大器(51,52)输出端连接的混合接头(61)，与功率放大器(53,54)输出端连接的混合接头(62)，以及与混合接头(61,62)输出端连接的混合接头(71,72)，所述混合接头(71)上设置有输出口(Pout4,Pout2),所述混合接头(72)上设置有输出口(Pout3,Pout1)，所述混合接头(61)的两个输出端分别与输出口(Pout4)和输出口(Pout3)连接，所述混合接头(62)的两个输出端分别与输出口(Pout2)和输出口(Pout1)连接。

[0009] 作为本发明所述一种四选一通道式大功率发射系统的一个具体实施例，所述混合接头(2,41,42)为功率分配90/180°混合接头；所述混合接头(61,62,71,72)为功率合成90/180°混合接头。

[0010] 作为本发明所述一种四选一通道式大功率发射系统的一个具体实施例，所述功率分配90/180°混合接头(2,41,42)为90°电桥、180°电桥或魔T中的一种；所述功率合成90/180°混合接头(61,62,71,72)为90°电桥、180°电桥或魔T中的一种。

[0011] 快速切换电桥和魔T还有一个功能是功率合成，在功率合成的过程中利用输入口的变换，在功率合成的过程中实现输出口的切换；如果用开关的话，只进行功率方向切换，没有合成功能，还有冷态切换的时候，开关切换方向必须将功放关掉再切方向，然后再打开功放，这个也是很费时间的。

[0012] 作为本发明所述一种四选一通道式大功率发射系统的一个具体实施例，所述功率分配90/180°混合接头(2,41,42)和功率合成90/180°混合接头(61,62,71,72) 采用同样相位的器件，或者采用同一种器件更有利于幅相合成的一致性。

[0013] 作为本发明所述一种四选一通道式大功率发射系统的一个具体实施例，所述单刀双掷开关(1)为匹配式小信号单刀双掷开关；所述双刀双掷开关(3)为一个匹配式双刀双掷开关或两个匹配式小信号单刀双掷开关组合使用。

[0014] 作为本发明所述一种四选一通道式大功率发射系统的一个具体实施例，所述功率放大器(51,52，53,54)为需求频段的固态功放器件、行波管功放器件、固态功放组件或行波管功放组件中的一种。

[0015] 本发明高速高效率四选一通道式发射机采用了平衡式功率合成结构，提高了发射机的可靠性；采用了中、小功率单刀双掷开关选择功分混合接头的输入口，来实现输出功率口面的选择，取代了传统方案中大功率开关切换发射机输出口面的选择，大大提高了设备口面切换速度；避免了传统发射机采用单一大功率功放加大功率开关，大功率器件功率密度过高等问题带来的大功率损坏风险和插入损耗带来的功率损耗。

[0016] 一种四选一通道式大功率发射系统的通道热切换方法，所述热切换方法采用上述所述的四选一通道式大功率发射系统，具体方法如下：

[0017] 双刀双掷开关(3)后面的混合接头(41、42)、功率放大器(51、52、53、54) 和输出端的四个混合接头(61、62、71、72)为两套独立的一模一样的一级通道功率合成电路；两组功率放大器(51、52、53、54)输出的高功率在混合接头(61)混合接头(62)中同时获得第一级通道功率合成；

[0018] 若控制双刀双掷开关(3)同时向上输出，第一级通道合成功率同时从混合接头 (61)和混合接头(62)的下端口输出，进入混合接头(72)；此时，控制发射系统输入的单刀双掷开关(1)向上输出，混合接头(2)和混合接头(72)配对进行第二级通道功率合成，第二级通道合成功率从,混合接头(71)的Pout1口输出；

[0019] 若控制双刀双掷开关(3)同时向下输出，第一级通道合成功率同时从混合接头 (61)和混合接头(62)的上端口输出，进入混合接头(71)；此时，控制单刀双掷开关(1)向上输出，混合接头(2)和混合接头(71)配对进行第二级通道功率合成，第二级通道合成功率从混合接头(71)的Pout2口输出；

[0020] 若控制发射系统输入的单刀双掷开关(1)向下输出，当控制双刀双掷开关(3) 同时向上输出，第二级通道合成功率从混合接头(72)的Pout3口输出；当控制双刀双掷开关(3)同时向下输出，第二级通道合成功率从混合接头(71)的Pout4口输出。

[0021] 在整个大功率切换过程中，功率输出通道选择都是通过前级的中、小功率开关与功率分配的混合接头一起组合实现，该组合切换时间主要是由中、小功率开关决定，由于中小功率开关的切换时间一般都在30ns左右，这样整个发射机的功率切换时间就可以控制在100ns以内，这就将整个发射机的通道切换时间由us级甚至ms级提升至ns级；单刀双掷开关在高功率发射单元的前级，中、小功率部分插入损耗小于1.5dB，该损耗是作用于中小功率，以最大1W的驱动功率来做计算，整个功率损失小于0.4W，对于一个400W的整个发射机系统来说，该功率损失是小于1‰的，这个就解决了传统方案中必须在大功率功放后面放置大功率开关所带来的插损过大对系统造成的功率损失等问题。

[0022] 一种四选一通道式大功率发射系统的应用，所述发射系统适用于集成一体化固态功放组件、集成一体化行波管功放组件、基于固态功放组件的发射机或基于行波管功放的发射机。

[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0024] 本发明提供了一种高速高效率开关式四选一通道式大功率发射机及其通道热切换方法，本发明可以将整个发射机的通道切换时间由us级甚至ms级降至ns级，将开关选择通道带来的功率损失降至1W以下，整个功率损失占发射机整体功率的1‰ 以下。有效解决了传统开关式发射机效率低和通道切换响应时间长的问题。本发明可以满足任意频段需求的开关式大功率发射机。附图说明

[0025] 图1为本发明四选一通道式大功率发射系统的原理框图。

[0026]

[0027] 附图标记：1-单刀双掷开关，2、41、42、61、62、71、72-混合接头，3-双刀双掷开关，51、52、53、54-功率放大器。

具体实施方式

[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0029] 实施例1

[0030] 本实施例将功率放大器设置为行波管放大器，混合接头(2，41，42，61,62,71,72) 优选为魔T，本实施例四选一通道式大功率行波管放射系统包括：

[0031] 单刀双掷开关(1)，与单刀双掷开关(1)输出端连接的魔T(2)，与魔T(2) 输出端连接的双刀双掷开关(3)，与双刀双掷开关(3)的两个输出端连接的魔T(41， 42)，与魔T(41)的两个输出端连接的行波管放大器(51，52)，与魔T(42)的两个输出端连接的行波管放大器(53，54)，与行波管放大器(51,52)输出端连接的魔 T(61)，与行波管放大器(53，54)输出端连接的魔T(62)，以及与魔T(61，62) 输出端连接的魔T(71，72)，所述魔T(71)上设置有输出口(Pout4，Pout2),所述魔T(72)上设置有输出口(Pout3，Pout1)，所述魔T(61)的两个输出端分别与输出口(Pout4)和输出口(Pout3)连接，所述魔T(62)的两个输出端分别与输出口 (Pout2)和输出口(Pout1)连接。

[0032] 本实施例四个行波管放大器采用50～80W行波管功率放大器，通过实例中的平衡式功率合成技术得到200W的典型输出功率，并且本实施例发射系统具备快速四选一通道式大功率热切换功能。整个发射系统的射频部分采用了模块化与电缆互联的混合集成技术，实现了一体化设计完成。

[0033] 本发明可以将整个发射系统的通道切换时间由us级甚至ms级降至ns级，将开关选择通道带来的功率损失降至1W以下，整个功率损失占发射系统整体功率的1‰ 以下。

[0034] 本发明发射系统实现了大功率的高速高效率四选一通道式大功率热切换工作模式；四选一通道切换响应时间小于100ns；工程应用中，发射系统的四个功率输出口面直接与天线互联，省去了系统集成过程中发射机与天线互联之间的功率损失。

[0035] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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四选一通道式大功率发射系统及其通道热切换方法和应用

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