矩阵功率放大器、通信方法以及通信系统技术方案

本发明专利技术涉及矩阵功率放大器、通信方法以及通信系统。包括下行链路通信模块的通信系统，下行链路通信模块连接到通信平台并且具有矩阵功率放大器，矩阵功率放大器包括输入混合矩阵、输出混合矩阵、布置在输入混合矩阵和输出混合矩阵之间并且至少与输入混合矩阵和输出混合矩阵通信的高功率放大器的组、以及布置在输入混合矩阵和输出混合矩阵之间并且至少与输入混合矩阵和输出混合矩阵通信的调节器的组。通信系统还包括连接到调节器的组中的每一个调节器的驱动电路，驱动电路被配置为命令每一个调节器以时分多址速率修改通过矩阵功率放大器的通信信号。

【技术实现步骤摘要】

本公开内容涉及通信系统，并且更具体地，涉及以时分多址速率(timedivisionmultipleaccessrate)将高RF功率通过矩阵功率放大器传输到天线波束(antennabeam，波束天线)。
技术介绍
通常，在电信领域中，通过使用通信平台(例如中继站)帮助通信传输。这些通信平台包括经过地面覆盖区域或者在地面覆盖区域盘旋的人工驾驶的或者无人驾驶的任何航行器，范围从典型的人工操纵及无人操作飞行器(UAV)的海拔高度以及轻于空气的(LTA)平台，到在任何轨道(不仅仅是地球，而是任何天体诸如月球或者火星)上的通信卫星。通常，通信平台以弯管原理(bent-pipeprinciple)运行，其中通信平台从地面经由接收天线波束接收信号，并且伴随仅放大以及从上行链路频率或者下行链路频率的偏移，经由传输天线波束将信号返回至地球。然而，由于互联网流量、电子商务、计算机以及其他数字技术的进步，随着全球开始需求越来越大的带宽和越来越大的吞吐量，现有架构越来越不切实际或者昂贵。例如，现有的在频分多址(FDMA)中专有地运行的高吞吐量多波束通信平台的实例是普通的，但是对于架构的需求使成本和架构的实用性越来越紧张。在FDMA中专有运行的高吞吐量多波束通信平台的情况下，架构需要大量的天线波束以提供最大化总吞吐量所需的频率复用。架构还具有大量的高功率放大器、复杂的高功率交换机网络(highpowerswitchnetwork)以及复杂的滤波器网络，其通常基于波导并且质量大、体积大。所有的这些因素推进了高功率、体积以及质量的要求，而在太空船上功率、体积以及质量是受限制的。例如，由于用于高功率组件的复杂的热排放系统，常规FDMA架构还产生高热要求。可包括多端口放大器系统的常规通信平台架构的其他实例，包括利用用于交换、路由以及复用的ATM交换机在异步传输模式(ATM)下操作的再生转发器(regenerativerepeater)。然而，这些通信架构通常需要对RF信号解调和再调制，产生带宽吞吐量瓶颈。因为瓶颈，这些通信架构适用于低数据速率性能并且不适合于宽带架构。这些ATM系统还包括通过ATM交换机的固定路由并且将RF信号从接收天线波束路由到广播天线波束的负担落于通信架构本身上，这是很低效的并且增加卫星的复杂性和电力使用。这些ATM系统还通常使用固定驻留时间(例如，对于每一个天线波束固定的时分多址(TDMA)时间帧)限制系统可用的整体带宽。在波束跳跃平台交换时分多址(PS-TDMA)系统中，RF信号按时间依次地路由到单独的波束，而不是如在FDMA系统中在不同的频率同时路由到单独的波束，FDMA系统中通过在固定馈电反射器天线、散焦阵馈反射器(defocusedarrayfedreflector)之间交换或者通过重新配置直接辐射相位阵列进行波束跳跃。除了波束中分配的频率带宽的片段之外或者代替波束中分配的频率带宽的片段，天线波束的总流量容量取决于驻留时间。波束跳跃PS-TDMA架构还替换通常在FDMA系统中使用的复杂的微波输入复用器和输出复用器过滤网络。然而，在提供低成本方式用于仅在TDMA驻留时间的时长内将高RF电力路由到天线波束的方面，波束跳跃PS-TDMA架构依然面临挑战。常规波束跳跃PS-TDMA架构利用专用于单个天线波束的高功率放大器实现，其对于通信平台电力供应呈现显著的负担。由于用于高功率放大器的电源不能以通常的TDMA帧的交换速率接通并且断开，并且因此即使当不存在RF信号时电源也必须保持接通，因而在常规波束跳跃PS-TDMA架构中使用的高功率放大器进一步加重关注的电力使用。在常规波束跳跃PS-TDMA架构中，高功率放大器可以在天线波束之间交换。耦接至高功率放大器的高功率交换网络增加质量、占据体积并且必须处理高RF功率考虑诸如热耗散、热交换(hotswitching)、欧姆损耗以及次级电子倍增(multipaction)。
技术实现思路
因此，将发现有效的系统和方法以旨在解决以上确认的关注点。本公开的一个实例涉及通信系统，包括：连接到通信平台并且具有矩阵功率放大器(matrixpoweramplifier)的下行链路通信模块(downlinkcommunicationmodule)，矩阵功率放大器包括输入混合矩阵(inputhybridmatrix)、输出混合矩阵(outputhybridmatrix)、布置在输入混合矩阵与输出混合矩阵之间并且至少与输入混合矩阵与输出混合矩阵通信的高功率放大器的组(bank)以及布置在输入混合矩阵与输出混合矩阵之间并且至少与输入混合矩阵与输出混合矩阵通信的调节器的组；以及连接到调节器的组中的每一个调节器的驱动电路，驱动电路被配置为命令每一个调节器以时分多址速率(timedivisionmultipleaccessrate)修改通过矩阵功率放大器的通信信号。本公开的一个实例涉及矩阵功率放大器，包括：输入混合矩阵；具有一个以上的输入；输出混合矩阵，具有一个以上的输出；高功率放大器的组，布置在输入混合矩阵与输出混合矩阵之间并且至少与输入混合矩阵和输出混合矩阵通信；调节器的组，布置在输入混合矩阵与输出混合矩阵之间并且至少与输入混合矩阵和输出混合矩阵通信；以及驱动电路，连接到调节器的组中的每一个调节器，驱动电路被配置为命令每一个调节器以时分多址速率修改通过矩阵功率放大器的通信信号。本公开的一个实例涉及通信的方法，包括：将通信信号输入矩阵功率放大器的输入混合矩阵；以及通过以时分多址速率修改通信信号来将通信信号可选择地重新路由到矩阵功率放大器的输出混合矩阵的预定输出。附图说明如此概括地描述了本公开的实例，现在将参考附图，附图不需要按比例绘制，并且其中，贯穿多个视图，相同的参考符号表示相同或者相似的部件，并且其中：图1A是根据本公开的一个方面的通信系统的框图；图1B是根据本公开的一个方面的通信系统的信道器的示意图；图1C是根据本公开的一个方面的通信系统的矩阵功率放大器的示意图；图1D是根据本公开的一个方面的通信系统的矩阵功率放大器的部分的示意图；图2A是根据本公开的一个方面的通信系统的示意图；图2B是根据本公开的一个方面的通信系统的部分的示意图；图3是根据本公开的一个方面的通信系统的部分的示意图；图4是根据本公开的一个方面的通信系统的部分的示意图；图5A和图5B是根据本公开的一个方面的通信系统的部分的示意图；图6A和图6B是根据本公开的一个方面的通信系统的部分的示意图；图7是根据本公开的一个方面的通信系统的操作的流程图；图8是根据本公开的一个方面的太空船生产和保养方法的流程图；以及图9是根据本公开的一个方面的包括分布式航行器系统的太空船的示意图。在以上提及的一个或多个框图中，连接各种元件和/或部件的实线(如果有的话)可以表示机械的、电的、流体的、光的、电磁的及其他耦接和/或其组合。如本文中使用的，“耦接”意味着直接关联以及间接关联。例如，构件A可以与构件B直接关联，或者可以例如经由另一个构件C与其间接关联。同样可以存在除在框图中绘制的那些以外的耦接。连接各种元件和/或部件的虚线(如果有的话)表示与由实线表示的功能及目的类似的耦接；然而，由虚线表示的耦接能够可选择地设置，或者可以指本公开的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矩阵功率放大器(109)，包括：输入混合矩阵(109a)，具有一个以上的输入(126a‑126n)；输出混合矩阵(109b)，具有一个以上的输出(127a–127n)；高功率放大器(109d)的组，布置在所述输入混合矩阵(109a)与所述输出混合矩阵(109b)之间并且至少与所述输入混合矩阵和所述输出混合矩阵通信；调节器(109c)的组，布置在所述输入混合矩阵(109a)与所述输出混合矩阵(109b)之间并且至少与所述输入混合矩阵和所述输出混合矩阵通信；以及驱动电路(109p)，连接到所述调节器的组中的每一个所述调节器(109c)，所述驱动电路(109p)被配置为命令每一个所述调节器(109c)以时分多址速率修改通过所述矩阵功率放大器(109)的通信信号。

【技术特征摘要】
2015.09.03 US 14/844,0771.一种矩阵功率放大器(109)，包括：输入混合矩阵(109a)，具有一个以上的输入(126a-126n)；输出混合矩阵(109b)，具有一个以上的输出(127a–127n)；高功率放大器(109d)的组，布置在所述输入混合矩阵(109a)与所述输出混合矩阵(109b)之间并且至少与所述输入混合矩阵和所述输出混合矩阵通信；调节器(109c)的组，布置在所述输入混合矩阵(109a)与所述输出混合矩阵(109b)之间并且至少与所述输入混合矩阵和所述输出混合矩阵通信；以及驱动电路(109p)，连接到所述调节器的组中的每一个所述调节器(109c)，所述驱动电路(109p)被配置为命令每一个所述调节器(109c)以时分多址速率修改通过所述矩阵功率放大器(109)的通信信号。2.根据权利要求1所述的矩阵功率放大器(109)，其中，存在与每一个所述高功率放大器(109d)相对应的所述调节器(109c)。3.根据权利要求2所述的矩阵功率放大器(109)，其中，所述调节器(109c)被布置在对应的所述高功率放大器(109d)的上游。4.根据权利要求1所述的矩阵功率放大器，其中，所述调节器(109c)的组被配置为对所述高功率放大器(109d)的组的响应进行匹配以在所述输出混合矩阵(109b)中以预定的组合来组合所述通信信号，其中，所组合的通信信号汇合至所述矩阵功率放大器(109)的单个输出(127a-127n)。5.根据权利要求1所述的矩阵功率放大器(109)，其中，每一个所述调节器(109c)被配置为在所述输入混合矩阵(109a)的每一个输入(126a-126n)再映射至所述输出混合矩阵(109b)的预定输出(127a-127n)时改变所述通信信号的相位。6.根据权利要求1所述的矩阵功率放大器(109)，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·J·哈恩三世，丹尼尔·S·鲁科斯，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US