可实现极化方式选择的微波功率放大器的制作方法

电子电路装置的制造及其应用技术1.本发明涉及微波功率放大器技术领域，尤其涉及到一种可实现极化方式选择的微波功率放大器。背景技术：2.在多功能电子系统应用中，常采用正交的两组天线来实现多极化功能。功率全部发射于水平极化天线时，系统工作于水平极化；功率全部发射于垂直极化天线时，系统工作于垂直极化；当水平极化和垂直极化信号幅度相同，相位相差0°或者180°时，则系统工作于斜极化；当水平极化和垂直极化信号幅度相同，相位相差±90°时时，则系统工作于圆极化。3.传统常采用在每个发射通道前加入移相器的方式实现极化变化。对于这种方式，工作于水平极化时，垂直极化功率无效，工作于垂直极化时，水平极化功率无效，没有对昂贵的功率放大资源做到物尽其用。4.论文“全极化波变极化网络设计”主要应用于线性度较好的接收系统中。在大功率发射系统中，由于功率放大器常工作于深度ab类、甚至c类，其增益随着输入信号幅度的变化而变化较大，采用文中的网络并不能实现文中所述的任意极化变化。5.专利“一种用于实现电磁波快速变极化控制装置”即在传统的变极化方式应用下增加了可调衰减器以期实现任意极化方式选择。此方式相比于最传统的变极化方式，可以实现更多的极化方式选择。在实际应用中，其仍然只能实现在线极化和和圆极化方式下没有功率能力损失，其他极化方式仍然是通过降低其中的某个固态功率放大器的输出功率来实现，此种应用，也会降低系统整体的效率。6.因此，如何提供一种实现极化方式变化而无功率或者效率损失的微波功率放大器，是一个亟需解决的技术问题。7.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。技术实现要素：8.本发明的主要目的在于提供一种可实现极化方式选择的微波功率放大器，旨在解决目前实现极化变化会降低系统效率的技术问题。9.为实现上述目的，本发明提供一种可实现极化方式选择的微波功率放大器，包括功分器、第一移相控制模块、第二移相控制模块、第一放大器模块、第二放大器模块和90°电桥；其中：10.所述功分器的输入端接收射频输入信号，所述功分器的第一输出端通过所述第一移相控制模块连接所述第一放大器模块，构成第一放大支路，所述功分器的第二输出端通过所述第二移相控制模块连接所述第二放大器模块，构成第二放大支路；11.所述90°电桥的第一输入端接收所述第一放大支路生成的第一信号，所述90°电桥的第二输入端接收所述第二放大支路生成的第二信号，所述90°电桥根据所述第一信号的移相量和所述第二信号的移相量，对输出端的输出信号进行极化选择控制输出；12.所述90°电桥的第一射频输出端连接水平极化天线，所述90°电桥的第二射频输出端连接垂直极化天线。13.可选的，所述第一移相控制模块包括第一移相器和连接所述第一移相器的第一移相控制电路，所述第二移相控制模块包括第二移相器和连接所述第二移相器的第二移相控制电路，所述第一移相控制电路和第二移相控制电路分别控制第一移相器和第二移相器的移相角度，以实现水平极化波输出、垂直极化波输出或线极化输出。14.可选的，当所述第一移相控制模块控制第一移相器的移相角度为90°，第二移相控制模块控制第二移相器的移相角度为0°时，所述第一信号和所述第二信号的输出功率合成后从所述第二射频输出端输出；15.当所述第一移相控制模块控制第一移相器的移相角度为0°，第二移相控制模块控制第二移相器的移相角度为90°时，所述第一信号和所述第二信号的输出功率合成后从所述第一射频输出端输出。16.可选的，当所述第一移相控制模块控制第一移相器的移相角度和所述第二移相控制模块控制第二移相器的移相角度相同时，所述第一射频输出端和第二射频输出端的输出信号的幅度相同、相位相同；17.当所述第一移相控制模块控制第一移相器的移相角度和所述第二移相控制模块控制第二移相器的移相角度相差180°时，所述第一射频输出端和第二射频输出端的输出信号的幅度相同、相位相差180°。18.可选的，所述第一放大器模块包括第一放大器和连接所述第一放大器的第一放大器控制电路，所述第二放大器模块包括第二放大器和连接所述第二放大器的第二放大器控制电路，所述第一放大器控制电路和第二放大器控制电路分别控制第一放大器和第二放大器的工作状态，以实现左旋圆极化输出或右旋圆极化输出。19.可选的，当所述第一放大器控制电路控制第一放大器关闭和所述第二放大器控制电路控制第二放大器工作时，所述第二信号的输出功率通过90°电桥平均分配至第一射频输出端和第二射频输出端，以实现左旋圆极化输出；20.当所述第一放大器控制电路控制第一放大器工作和所述第二放大器控制电路控制第二放大器关闭时，所述第一信号的输出功率通过90°电桥平均分配至第一射频输出端和第二射频输出端，以实现右旋圆极化输出。21.可选的，所述左旋圆极化输出为所述第二射频输出端相对于所述第一射频输出端的射频信号相位为-90°；所述右旋圆极化输出为所述第二射频输出端相对于所述第一射频输出端的射频信号相位为-90。22.本发明提出了一种可实现极化方式选择的微波功率放大器，该微波功率放大器包括功分器、由第一移相控制模块和第一放大器模块构成的第一放大支路、由第二移相控制模块和第二放大器模块构成的第二放大支路以及90°电桥，经功分器输出至第一放大支路和第二放大支路分别生成的第一信号和第二信号输入至90°电桥，并由连接90°电桥的水平极化天线和垂直极化天线进行射频信号输出。本发明通过控制第一移相控制模块和第二移相控制模块的移相量输出、控制第一放大器模块和第二放大器模块的工作状态，以实现圆极化波、水平极化、垂直极化、线极化、左旋圆极化和右旋圆极化输出控制，实现低成本的多极化选择，解决了水平极化、垂直极化时功率损失的问题。附图说明23.图1为可实现极化方式选择的微波功率放大器的原理示意图；24.图2为两路功放同时工作仿真原理框图；25.图3为两路功放同时工作时端口输出功率和相位差随移相器相位差变化的示意图；26.图4为一路功放关闭时端口输出功率和相位差随移相器相位差变化的示意图。27.附图标号说明：28.标号名称标号名称1功分器690°电桥2移相器17移相控制电路13移相器28移相控制电路24放大器19放大器控制电路15放大器210放大器控制电路229.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式30.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。31.下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。32.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。33.在多功能电子系统应用中，常采用正交的两组天线来实现多极化功能。功率全部发射于水平极化天线时，系统工作于水平极化；功率全部发射于垂直极化天线时，系统工作于垂直极化；当水平极化和垂直极化信号幅度相同，相位相差0°或者180°时，则系统工作于斜极化；当水平极化和垂直极化信号幅度相同，相位相差±90°时时，则系统工作于圆极化。34.传统常采用在每个发射通道前加入移相器的方式实现极化变化。对于这种方式，工作于水平极化时，垂直极化功率无效，工作于垂直极化时，水平极化功率无效，没有对昂贵的功率放大资源做到物尽其用。35.论文“全极化波变极化网络设计”主要应用于线性度较好的接收系统中。在大功率发射系统中，由于功率放大器常工作于深度ab类、甚至c类，其增益随着输入信号幅度的变化而变化较大，采用文中的网络并不能实现文中所述的任意极化变化。36.专利“一种用于实现电磁波快速变极化控制装置”即在传统的变极化方式应用下增加了可调衰减器以期实现任意极化方式选择。此方式相比于最传统的变极化方式，可以实现更多的极化方式选择。在实际应用中，其仍然只能实现在线极化和和圆极化方式下没有功率能力损失，其他极化方式仍然是通过降低其中的某个固态功率放大器的输出功率来实现，此种应用，也会降低系统整体的效率。37.因此，如何提供一种实现极化方式变化而无功率或者效率损失的微波功率放大器，是一个亟需解决的技术问题。38.为了解决这一问题，提出本发明的可实现极化方式选择的微波功率放大器的各个实施例。本发明提供的可实现极化方式选择的微波功率放大器通过控制第一移相控制模块和第二移相控制模块的移相量输出、控制第一放大器模块和第二放大器模块的工作状态，以实现圆极化波、水平极化、垂直极化、线极化、左旋圆极化和右旋圆极化输出控制，实现低成本的多极化选择，解决了水平极化、垂直极化时功率损失的问题。39.本实施例提供一种可实现极化方式选择的微波功率放大器，所述微波功率放大器包括功分器、第一移相控制模块、第二移相控制模块、第一放大器模块、第二放大器模块和90°电桥。40.具体而言，功分器的输入端接收射频输入信号，所述功分器的第一输出端通过所述第一移相控制模块连接所述第一放大器模块，构成第一放大支路，所述功分器的第二输出端通过所述第二移相控制模块连接所述第二放大器模块，构成第二放大支路；41.90°电桥的第一输入端接收所述第一放大支路生成的第一信号，所述90°电桥的第二输入端接收所述第二放大支路生成的第二信号，所述90°电桥根据所述第一信号的移相量和所述第二信号的移相量，对输出端的输出信号进行极化选择控制输出；42.90°电桥的第一射频输出端连接水平极化天线，所述90°电桥的第二射频输出端连接垂直极化天线。43.在一些实施例中，第一移相控制模块包括第一移相器和连接所述第一移相器的第一移相控制电路，所述第二移相控制模块包括第二移相器和连接所述第二移相器的第二移相控制电路，所述第一移相控制电路和第二移相控制电路分别控制第一移相器和第二移相器的移相角度，以实现水平极化波输出、垂直极化波输出或线极化输出。44.容易理解的，当所述第一移相控制模块控制第一移相器的移相角度为90°，第二移相控制模块控制第二移相器的移相角度为0°时，所述第一信号和所述第二信号的输出功率合成后从所述第二射频输出端输出；当所述第一移相控制模块控制第一移相器的移相角度为0°，第二移相控制模块控制第二移相器的移相角度为90°时，所述第一信号和所述第二信号的输出功率合成后从所述第一射频输出端输出。45.同时，当所述第一移相控制模块控制第一移相器的移相角度和所述第二移相控制模块控制第二移相器的移相角度相同时，所述第一射频输出端和第二射频输出端的输出信号的幅度相同、相位相同；当所述第一移相控制模块控制第一移相器的移相角度和所述第二移相控制模块控制第二移相器的移相角度相差180°时，所述第一射频输出端和第二射频输出端的输出信号的幅度相同、相位相差180°。46.在另一实施例中，第一放大器模块包括第一放大器和连接所述第一放大器的第一放大器控制电路，所述第二放大器模块包括第二放大器和连接所述第二放大器的第二放大器控制电路，所述第一放大器控制电路和第二放大器控制电路分别控制第一放大器和第二放大器的工作状态，以实现左旋圆极化输出或右旋圆极化输出。47.容易理解的，当所述第一放大器控制电路控制第一放大器关闭和所述第二放大器控制电路控制第二放大器工作时，所述第二信号的输出功率通过90°电桥平均分配至第一射频输出端和第二射频输出端，以实现左旋圆极化输出；当所述第一放大器控制电路控制第一放大器工作和所述第二放大器控制电路控制第二放大器关闭时，所述第一信号的输出功率通过90°电桥平均分配至第一射频输出端和第二射频输出端，以实现右旋圆极化输出。48.其中，左旋圆极化输出为所述第二射频输出端相对于所述第一射频输出端的射频信号相位为-90°；所述右旋圆极化输出为所述第二射频输出端相对于所述第一射频输出端的射频信号相位为-90。49.为了便于理解，本实施例提出可实现极化方式选择的微波功率放大器的具体实例，具体如下：50.在本实施例中，提供一种通过电桥和小功率移相器实现极化方式选择的功率放大器，其具体原理说明如下：51.如图1所示，功率放大器电路主要包含：功分器(1)、移相器1(2)、移相器2(3)、放大器1(4)、放大器2(5)、90°电桥(6)、移相控制电路1(7)、移相控制电路2(8)、放大器控制电路1(9)、放大器控制电路2(10)组成。52.电桥的一路输出至水平极化天线，一路输出至垂直极化天线。当电桥只有接水平极化天线的一端有功率输出时，系统输出水平极化波；当电桥只有接垂直极化天线的一端有功率输出时，系统输出垂直极化波；当电桥两端输出幅度相同，相位差为0°或者180°时，系统输出线极化波；当电桥两端输出幅度相同，相位差为±90°时，系统输出圆极化波。53.本发明可以通过移相控制电路1(7)和移相控制电路2(8)来控制移相器1(3)和移相器2(4)的移相量以实现90°电桥(6)的输出端口的输出信号幅度和相位，实现系统的水平极化输出、垂直极化输出、线极化输出。54.本发明可以通过放大器控制电路1(9)和放大器控制电路2(10)来控制放大器1(4)和放大器2(5)的工作状态，实现系统的左旋圆极化输出和右旋圆极化输出，此时虽然有功率输出能力的损失，但不管是放大器1(4)还是放大器2(5)工作，其都工作于饱和状态，系统没有效率损失。55.当移相器1(2)的移相角度为90°，移相器2(3)的移相角度为0°时，放大器1(4)和放大器2(5)正常开启工作时，则放大器1(4)和放大器2(5)的输出功率合成后从90°电桥(6)的射频输出端口2输出。当移相器2(1)的移相角度为0°，移相器2(3)的移相角度为90°时，放大器1(4)和放大器2(5)正常开启工作时，则放大器1(4)和放大器2(5)的输出功率合成后从90°电桥(6)的射频输出端口1输出。这样的话，可以实现合成水平极化波或合成垂直极化波输出。56.当移相器1(2)和移相器2(3)的相位一致时，90°电桥(6)的输出端口1与输出端口2的输出信号幅度相同，相位相同。当移相器1(2)和移相器2(3)的相位相差180°时，90°电桥(6)的输出端口1和输出端口2的输出信号幅度相同，相位相差180°，此两种情况输出至双极化天线后实现系统线极化输出。57.若通过放大器控制电路1(9)关闭放大器1(4)，此时只有放大器2(5)工作，其输出功率通过90°电桥(6)平均分配至射频输出1端口和射频输出2端口，射频输出2端口信号相对于射频输出1端口信号相位为-90°。若通过放大器控制电路2(10)关闭放大器2(5)，此时只有放大器1(4)工作，其输出功率通过90°电桥(6)平均分配至射频输出1端口和射频输出2端口，射频输出1端口信号相对于射频输出2端口信号相位为-90°。此两种情况输出至双极化天线后实现系统左旋圆极化输出和右旋圆极化输出。58.为了验证本实施例方案的正确性，采用模型对电路进行了仿真。仿真原理框图如图2所示，其采用的是理想模型，单个功放输出功率为100w。为了仿真方便，移相器1(2)和移相器2(3)在仿真中只采用了一个移相器，设置其移相值可以为负。59.两路功放同时工作时，两端口输出功率和相位差随移相器相位变化仿真结果见图3。从图中可以看出，在移相器相位差为-90°时，功率合成后从端口3输出，移相器相位差为90°时，功率合成后从端口2输出，从而实现功放功率合成后从水平极化或垂直极化输出。当移相器相位差为180°，两端口输出功率相同，相位差为180°；当移相器相位差为0°，两端口输出功率相同，相位差为0°；这两种情况都实现线极化输出。60.关闭一路功放，即可以在仿真中把amp2的增益设置成-30db，其仿真结果如图4所示，此时两端口的输出功率相同,相位相差90°，系统可以合成圆极化，此时由于工作的功放仍处于饱和工作状态，没有效率损失。61.以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。









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