通信卫星中的多端口放大器制造技术

在通信卫星的多端口放大器ＭＰＡ内使用反馈环路，以在Ｋｕ和Ｋａ频带处维持相位和幅度跟踪，并从而维持隔离和组合性能，其中，对ＭＰＡ应用的关注持续增长，在Ｋｕ和Ｋａ频带上，波长较短并且维持相位／幅度跟踪变得非常具有挑战性。反馈环路位于ＭＰＡ输出网络ＯＮＥＴ内的策略点处，以检测跟踪误差并提供补偿。通过在“零陷点”处的功率测量来检测误差，其中零功率与精确跟踪相对应。反馈环路调整ＭＰＡ相位／增益，使得这些点处的电平维持在０。该方案利用在ＭＰＡ输入之一处注入的、用于测量零陷的导频信号来进行操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用在卫星通信系统内的多端口放大器，具体涉及一种用于维持多端口放大器内的隔离的方法和装置。
技术介绍
对于将多端口放大器(MPA)应用于Ku和Ka频带卫星有效载荷的关注持续增长，见例如A Couchman，D.Jones，“Optimized MultiportAmplifiers for Wideband Multi-beam Satellites”，AIAA，24thInternational Communications Satellite Systems Conference，San Diego，USA，June 2006；A.Anakabe，et al，“Ka-band Multi-port AmplifierCharacteristics for Space Telecommunication Opereation”，6thInternational Vacuum Electronics Conference，Noordwijk，Netherlands，April，2005。MPA尤其适用于每束单馈(SFB，Single Feed per Beam)架构，该架构使用由典型地4个具有关联喇叭天线的天线反射器组成的系统，在所限定的覆盖区上产生规则邻接的波束集合。该波束集合采用高度频率重用，其中每个波束是由相应的喇叭天线唯一地产生的。这种架构在RF功率产生方面是相对非常高效的。然而，在将该功率分布在覆盖区上的灵活性方面，这种架构有很大限制。MPA的应用(其中每个喇叭天线由相应的MPA输出来驱动)将大大提高SFB设计的灵活性，通过使容量(传输功率)能够动态跟随覆盖区域上业务量分布的变化来显著增强该架构的灵活性。在向所有波束提供功率以及带宽的灵活分配以确保在每种情况下最优的链路参数的、宽带的可选择带宽应答器中，可以使用MPA。MPA是公知的功率放大器设备，用于在微波频带上操作的卫星通信。MPA包括并联的N个类似的放大器单元(TWT或固态)，每个具-->有功率P，使得每个放大器将每个输入信号均等地放大，以将每个输出信号的功率增大因子N，达到P×N。提供了N个输入端口和N个输出端口，从而将一个输入端口上的输入信号路由至相对应的输出端口。输入端口由低功率输入网络(INET)连接至放大器单元，可以使用适合于环境的任何便利的传输线技术(例如微带、带线、同轴电缆或波导)来实现INET。输出端口由高功率输出网络(ONET)连接至放大器单元，典型地，使用低损耗传输线技术来实现ONET。在数学上，ONET是INET的互逆网络，从而将呈现给第n个输入的信号引导至第n个输出。每个网络包括信号分割波导设备的阵列。仅包括混合设备的Butler矩阵或网络通常用于信号分割，这是由于其具有便利的增益和相移属性。混合设备是一种4端口信号分割设备，包括两个输入和两个输出，具有选择性的90°相移；可以利用该相位差来改进网络的隔离特性。然而，可以使用可具有180°相位差的其他混合设备和其他信号分裂设备。MPA的极大优点在于向每个放大器均等地提供对每个输入端口的接入，可用于每个端口的可接入功率是N×P，其中P是每个单个放大器的功率。因此，MPA实现了高度的灵活性，提供了可在N个输入(或下行链路波束)之间动态地且以高度灵活的方式共享的多种输出功率。然而，MPA中伴随的问题是MPA输出端口之间的串扰，以及一般而言在通过MPA进行路由的信号之间缺乏隔离。一段时间以来，已经考虑将MPA用于多波束卫星，MPA已经成功地用在L频带和S频带(1.5-2.6GHz)：见S.Egami，M.Kawai，“AnAdaptive Multiple Beam System Concept”IEEE Journal on SelectedAreas in Communications，Vol.SAC5，No.4，May 1987.M.Mallison，etal，“Advanced Payload for Multibeam Satellites that Support High DataRate Broadband Global Area Network”，AIAA，23rd InternationalCommunications Satellite Systems Conference，Rome，Sept 2005.M.Tanaka，et al，“S-band Multibeam Transmitter for N-STAR”，AIAA 16thInternational Communications Satellite Systems Conference，Washington，USA，February 1996。-->然而，这些是在比Ku和Ka频带(12-20GHz)处的波长长十倍附近的波长处进行操作。在Ku/Ka频带处，MPA的各个放大器的相位和幅度未对准的问题，以及由此带来的隔离和信号组合性能的问题，变得明显更严重，并可能使在这些频率在卫星上和在所需服务寿命内操作MPA的可行性成为问题。美国专利No.7,088,173公开了一种用于调谐MPA的相位关系的方法，包括：选择多个测试模式中用于检测MPA的放大器单元的相位信息的一个测试模式；在指定的MPA输出处检测所述测试模式的输出信号；以及基于所述输出信号来调整放大器单元的相位关系。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在Ku/Ka频带处进行操作的多端口放大器，用于维持通过所述多端口放大器进行路由的信号之间的隔离。本专利技术的更具体的目的是提供一种在Ku/Ka频带处进行操作的多端口放大器，其中，至少在必要时可以经常监控和校正相位和增益参数，以在所述多端口放大器内维持对准的相位和幅度关系。为了本说明书的目的，一种多端口放大器被限定为包括：多个微波功率放大器单元、多个输入端口和多个输出端口，所述输入端口由输入信号分割网络连接至所述放大器单元，所述输出端口由输出信号分割网络连接至所述放大器单元，使得在正常或典型情况下任何输入端口处的输入信号由所有放大器单元均等地放大，然后，放大后的输入信号被重新组合为输出端口处的输出信号：这种多端口放大器将被称为“如这里所限定的多端口放大器”。在第一方面，本专利技术提供了一种用于维持多端口放大器内的信号隔离的方法，所述多端口放大器包括：多个微波功率放大器单元、多个输入端口和多个输出端口，所述输入端口由输入信号分割网络连接至所述放大器单元，所述输出端口由输出信号分割网络连接至所述放大器单元，使得任何输入端口处的输入信号由所有放大器单元放大，然后，放大后的输入信号被重新组合为输出端口处的输出信号，所述方法包括：-->向所述放大器单元中的至少一个提供增益调整装置和相位调整装置，并且，提供反馈控制环路，所述反馈控制环路从所述输出信号分割网络中的预选节点延伸至所述增益调整装置和相位调整装置；将导频信号注入所述输入信号分割网络中，并在所述预选节点处检测所述导频信号，使得所述反馈环路提供相位和增益调整信号。在第二方面，本专利技术提供了一种多端口放大器，包括：多个微波功率放大器单元、多个输入端口和多个输出端口，所述输入端口由输入信号分割网络连接至所述放大器单元，所述输出端口由输出信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于维持通信卫星的多端口放大器内的隔离的方法，所述多端口放大器包括：多个微波功率放大器单元、多个输入端口和多个输出端口，所述输入端口由输入信号分割网络连接至所述放大器单元，所述输出端口由输出信号分割网络连接至所述放大器单元，使得任何输入端口处的输入信号由所有放大器单元放大，然后，放大后的输入信号被重新组合为输出端口处的输出信号，所述方法包括：　向所述放大器单元中的至少一个提供增益调整装置和相位调整装置，并且提供反馈控制环路，所述反馈控制环路从所述输出信号分割网络中的预选 节点延伸至所述增益调整装置和相位调整装置；　将导频信号注入所述输入信号分割网络中，并且在所述预选节点处检测所述导频信号，使得所述反馈环路根据所检测到的导频信号的值来提供相位和增益调整信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2007-5-4 0708718.2;EP 2007-5-4 07251874.91.一种用于维持通信卫星的多端口放大器内的隔离的方法，所述多端口放大器包括：多个微波功率放大器单元、多个输入端口和多个输出端口，所述输入端口由输入信号分割网络连接至所述放大器单元，所述输出端口由输出信号分割网络连接至所述放大器单元，使得任何输入端口处的输入信号由所有放大器单元放大，然后，放大后的输入信号被重新组合为输出端口处的输出信号，所述方法包括：向所述放大器单元中的至少一个提供增益调整装置和相位调整装置，并且提供反馈控制环路，所述反馈控制环路从所述输出信号分割网络中的预选节点延伸至所述增益调整装置和相位调整装置；将导频信号注入所述输入信号分割网络中，并且在所述预选节点处检测所述导频信号，使得所述反馈环路根据所检测到的导频信号的值来提供相位和增益调整信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述预选节点处形成所述导频信号的信号零陷。3.根据权利要求2所述的方法，其中，零陷的深度取决于增益并取决于相位失配。4.根据权利要求3所述的方法，其中，零陷的深度取决于包括相位和增益因子的对数函数。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述增益因子是所述第一和第二相邻放大器单元之间的增益比值。6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，在以下过程中执行相位和增益对准，所述过程包括：在保持增益调整恒定的同时，将相位增量的迭代引入所述相位调整装置，以标识小于所需值或为最小值的零陷值。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述过程还包括：在保持相位调整恒定的同时，将增益增量的迭代引入所述增益调整装置，以标识小于所述所需值或为最小值的零陷值。8.根据之前任一权利要求所述的方法，其中，所述导频信号是常数值的CW波、随时间而在频率上切换的CW和扩频序列中的一项。9.根据权利要求2至7所述的方法，其中，所述输入信号分割网络以矩阵形式配置并包括第一列输入混合设备，所述输入混合设备中的至少一个具有与第一和第二相邻的所述放大器单元耦合的第一输出端口和第二输出端口，第一放大器单元和第二放大器单元中的至少一个具有增益调整装置和相位调整装置，并且所述输出信号分割网络以矩阵形式配置并包括第一列输出混合设备，每个输出混合设备具有与所述第一和第二相邻放大器单元耦合的第一输入端口和第二输入端口，并且，所述预选节点包括所述第一输出混合设备的输出端口，所述信号零陷出现在该输出端口处。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述输入信号分割网络包括与输入信号分割网络的所述第一列中的混合设备耦合的第二列输入混合设备，并且所述输出信号分割网络包括与输出信号分割网络的所述第一列中的混合设备耦合的第二列输出混合设备，并且，第二预选节点包括所述第二列中的输出混合设备的输出端口，另一信号零陷出现在该输出端口处，以及所述方法还包括：提供第二反馈控制环路，所述第二反馈控制环路从所述输出信号分割网络中的所述第二预选节点延伸至所述放大器单元之一的增益调整装置和相位调整装置。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述输入信号分割网络包括与输入信号分割网络的所述第二列中的混合设备耦合的第三列输入混合设备，并且所述输出信号分割网络包括与输出信号分割网络的所述第二列中的混合设备耦合的第三列输出混合设备，并且，第三预选节点包括所述第三列中的输出混合设备的输出端口，另一信号零陷出现在该输出端口处，以及所述方法还包括：提供第三反馈控制环路，所述第三反馈控制环路从所述输出信号分割网络中的所述第三节点延伸至所述放大器单元之一的增益调整装置和相位调整装置。12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其中，在第一步骤中，通过第一个提及的反馈环路，在相位和增益方面将所述第一和第二相邻放大器单元对准。13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述第一步骤中，在相位和增益方面将具有关联增益调整装置和相位调整装置的其他对相邻放大器单元对准，所述其他对相邻放大器单元均具有关联的第一反馈控制环路。14.根据从属于权利要求10的权利要求12或13所述的方法，其中，在第二步骤中，通过所述第二反馈控制环路，在相位和增益方面将包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦大卫库奇曼，达里尔理查德琼斯，
申请(专利权)人：阿斯特里姆有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]