專利名稱：一種射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及雙通道輸出的射頻相位匹配和功率匹配控制領(lǐng)域，主要是一種射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
GSM-R系統(tǒng)是專門為鐵路通信設(shè)計(jì)的綜合專用數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。在中國鐵路的頻段為上行885-889MHZ、下行930_934MHz。它在GSMPhase2+的規(guī)范協(xié)議的高級(jí)語音呼叫功能，如組呼、廣播呼叫、多優(yōu)先級(jí)搶占和強(qiáng)拆業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，加入了基于位置尋址和功能尋址等功能，適用于鐵路通信特別是鐵路專用調(diào)度通信的需要。主要提供無線列調(diào)、編組調(diào)車通信、區(qū)段養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)通信、應(yīng)急通信、隧道通信等語音通信功能，可為列車自動(dòng)控制與檢測信息提供數(shù)據(jù)傳輸通道，并可提供列車自動(dòng)尋址和旅客服務(wù)。正因?yàn)镚SM-R系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的特殊性，為了提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，保障通信暢通，其中的不少模塊需要采用雙備份方案，如電源模塊備份、光模塊和光纖備份、射頻功率放大器備份等等。以往國內(nèi)的絕大多數(shù)廠家都采用射頻功率放大器冷備份，也就是說當(dāng)一個(gè)射頻功率放大器發(fā)生故障時(shí)，采用射頻開關(guān)等方法來接通備用的射頻功率放大器，其間必然會(huì)出現(xiàn)通信信號(hào)的瞬時(shí)中斷。對(duì)于普通的移動(dòng)通信系統(tǒng)，瞬時(shí)的通信信號(hào)中斷所造成的損失是可以掌控。但對(duì)于GSM-R系統(tǒng)來說，瞬時(shí)的通信信號(hào)消失可能會(huì)造成災(zāi)難性的后果。所以隨著高速鐵路的飛速發(fā)展，射頻功率放大器冷備份系統(tǒng)的局限性日益凸現(xiàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型正是針對(duì)GSM-R射頻功率放大器冷備份系統(tǒng)體現(xiàn)出來的不足，而提供一種射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括功率分配器、相位調(diào)節(jié)器、射頻功率放大器、定制腔體雙工器、輸出功率檢測器和微控制器，其中定制腔體雙工器中內(nèi)嵌功率合成/功率分配器和輸出耦合器；射頻信號(hào)輸入功率分配器和相位調(diào)節(jié)電路，輸出兩路射頻信號(hào)。兩個(gè)功率放大器分別對(duì)兩路射頻信號(hào)進(jìn)行放大。放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過定制雙工器內(nèi)的功率合成/分配器及輸出耦合器后，輸出兩路功率為額定功率的射頻信號(hào)。輸出耦合器和輸出功率檢測器用于檢測功率合成/分配器的輸出信號(hào)。檢測出來的功率信號(hào)送到微控制器進(jìn)行量化分析處理，微控制器的輸出信號(hào)用于調(diào)節(jié)相位調(diào)節(jié)器中兩路射頻信號(hào)之間的相位差，以保證系統(tǒng)的兩路輸出功率基本相等(兩者的差值小于O. 2dB)。更進(jìn)一步的，所述的輸出耦合器提取部分射頻輸出信號(hào)送到輸出功率檢測器，輸出功率檢測器把射頻輸出信號(hào)功率轉(zhuǎn)化為微控制器能測量的模擬直流信號(hào)。更進(jìn)一步的，相位調(diào)節(jié)器電路由一個(gè)3dB電橋和兩個(gè)變?nèi)荻O管組成。電橋把射頻信號(hào)分為兩路，通過變?nèi)荻O管改變射頻信號(hào)的相位后反射到與電橋輸入端對(duì)應(yīng)的隔離端輸出。微控制器通過控制變?nèi)荻O管的反向電壓，來改變變?nèi)荻O管的電容值，從而達(dá)到改變射頻信號(hào)的相位的目的。更進(jìn)一步的，輸出耦合器的耦合系數(shù)不能小于40dB，以使輸出耦合器的插入損耗很小，減小功率損耗。更進(jìn)一步的，所述的微控制器，包括8個(gè)通道的IObit A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；包換8個(gè)通道的IObit D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；包括ARM內(nèi)核，能運(yùn)行各種算法；包括存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)將功率合成/分配器處于定制雙工器的輸入前端的原因兩路射頻信號(hào)在雙工器中所經(jīng)過的路徑不同，所產(chǎn)生的時(shí)延也不相等，將率合成/分配器處于定制雙工器的輸入前端可以消除由于時(shí)延不同所帶來的不利影響，如增益平坦度變差等。微控制器的相位調(diào)節(jié)采用先粗調(diào)后微調(diào)算法。剛上電時(shí)，系統(tǒng)的兩路輸出功率強(qiáng) 度差值可能比較大，此時(shí)微控制器采用粗調(diào)(即大步進(jìn))算法。當(dāng)兩者的功率強(qiáng)度差值較小(如小于IdB)時(shí)，微控制器采用微調(diào)(即小步進(jìn))算法，直至兩者的功率相等。采用這種算法的好處是，能改善相位調(diào)節(jié)的效果，上電后能使兩者的功率在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到相等。本實(shí)用新型所述的射頻功率放大器熱的備份方法，步驟如下(I)、在正常情況下，兩個(gè)射頻功率放大器同時(shí)工作，即同時(shí)對(duì)輸入其中的射頻信號(hào)進(jìn)行放大。由于電路的離散性和兩路射頻信號(hào)所經(jīng)過的路徑的時(shí)延不同，如果沒有相位調(diào)節(jié)器，則無法保證系統(tǒng)兩路輸出的功率強(qiáng)度相等。微控制器芯片通過比較兩路功率檢測信號(hào)，來調(diào)整相位調(diào)節(jié)器的控制電壓，控制電壓的大小用于改變相位調(diào)節(jié)器中兩路信號(hào)之間的相位差，以使系統(tǒng)兩路輸出信號(hào)的強(qiáng)度相等。(2)、當(dāng)某一射頻功率放大器發(fā)生故障且無輸出功率時(shí)，微控制器檢測到功率合成/分配器的總輸出功率只有正常情況下的一半左右，此時(shí)微控制器就認(rèn)為有一個(gè)射頻功率放大器發(fā)生故障。為了保證系統(tǒng)的輸出功率不變，微控制器同時(shí)將兩個(gè)射頻功率放大器的最大輸出功率的設(shè)置值增加3dB。在此過程中存在短暫的射頻信號(hào)減弱現(xiàn)象，但不影響通信信號(hào)的連續(xù)性。本實(shí)用新型有益的效果是以往的冷備份系統(tǒng)一般都是采用微波開關(guān)，在功率放大器切換過程中容易出現(xiàn)通信信號(hào)中斷的問題，本實(shí)用新型不存在切換的問題，徹底解決了冷備份所造成的信號(hào)中斷的弊端，符合鐵路通信系統(tǒng)高指標(biāo)和高穩(wěn)定性的要求。

圖I為本實(shí)用新型的原理框圖。圖2為相位調(diào)節(jié)器的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及舉例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的舉例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型提出了一種射頻功率放大器熱備份的技術(shù)方案該系統(tǒng)包括功率分配器、相位調(diào)節(jié)器、射頻功率放大器、定制腔體雙工器、輸出功率檢測器和微控制器，其中定制腔體雙工器中內(nèi)嵌功率合成/功率分配器和輸出耦合器。射頻信號(hào)RFO輸入功率分配器，功率分配器采用3dB電橋，輸出RFl和RF2。RFl和RF2經(jīng)過相位調(diào)節(jié)器內(nèi)部的3dB電橋和相位調(diào)節(jié)電路后，輸出RF3和RF4，RF3經(jīng)過射頻功率放大器I進(jìn)行放大之后輸出RF5，RF4經(jīng)過射頻功率放大器2進(jìn)行放大之后輸出RF6，RF5和RF6輸入腔體雙工器內(nèi)部的3dB電橋進(jìn)行功率合成和分配，電橋的兩路輸出射頻信號(hào)RF7和RF8分別經(jīng)過腔體雙工器的腔體與輸出耦合器I和輸出耦合器2，輸出RF9和RF10。輸出耦合器I和輸出功率檢測器I用于檢測射頻信號(hào)RF7的強(qiáng)度，輸出耦合器2和輸出功率檢測器2用于檢測射頻信號(hào)RF8的強(qiáng)度，檢測出來的功率信號(hào)送到微控制器進(jìn)行量化分析處理，微控制器的輸出信號(hào)用于調(diào)節(jié)RF3和RF4之間的相位差，以保證RF9和RFlO的功率基本相等(兩者的差值小于O. 2dB)。 輸出耦合器I提取部分射頻輸出信號(hào)RF7送到輸出功率檢測器1，輸出功率檢測器I把射頻輸出信號(hào)功率轉(zhuǎn)化為微控制器能測量的模擬直流信號(hào)。輸出耦合器2提取部分射頻輸出信號(hào)RF8送到輸出功率檢測器2，輸出功率檢測器2把射頻輸出信號(hào)功率轉(zhuǎn)化為微控制器能測量的模擬直流信號(hào)。輸出I禹合器I和輸出I禹合器2的I禹合系數(shù)不能小于40dB，以使輸出I禹合器I和輸出耦合器2的插入損耗很小，減小功率損耗，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。微控制器檢測的為RF7和RF8的功率強(qiáng)度，而設(shè)備實(shí)際輸出的信號(hào)為RF9和RF10。當(dāng)輸出耦合器I和輸出耦合器2的插入損耗很小時(shí)，可以認(rèn)為RF7和RF9的強(qiáng)度相等，RF8和RFlO的強(qiáng)度相等，這樣通過改變RF3和RF4之間的相位差，保證設(shè)備的兩路實(shí)際輸出功率RF9和RFlO相等。輸出功率檢測器采用真值功率檢測器。進(jìn)入到檢測器輸入端的射頻功率(單位為dBm)和轉(zhuǎn)換后輸出的直流電壓信號(hào)成正比關(guān)系。輸入到檢測器的信號(hào)功率越大，轉(zhuǎn)換后輸出的直流信號(hào)也越大。采用真值功率檢測方式可大大降低輸出信號(hào)峰均值比(PAR)對(duì)檢測精度的影響。相位調(diào)節(jié)器電路由一個(gè)3dB電橋CPl和兩顆變?nèi)荻O管D1、D2組成。3dB電橋把射頻信號(hào)分為兩路(CPl的3、4腳)，通過變?nèi)荻O管改變射頻信號(hào)的相位后反射到與電橋輸入端(CPl的I腳)對(duì)應(yīng)的隔離端(CPl的2腳)輸出。微控制器通過控制變?nèi)荻O管的反向電壓，來改變變?nèi)荻O管的電容值，從而達(dá)到改變射頻信號(hào)的相位的目的。為了擴(kuò)大相位調(diào)節(jié)的范圍，附圖2中的運(yùn)算放大器的工作電壓可以選用12V直流電壓，此時(shí)微控制器的相位調(diào)節(jié)電壓范圍為(T12V，相位調(diào)節(jié)器的相位調(diào)節(jié)范圍約為(Γ105°。如果需要獲得更大的相位調(diào)節(jié)范圍，可以將兩級(jí)附圖2中所示的相位調(diào)節(jié)器進(jìn)行串聯(lián)，此時(shí)相位調(diào)節(jié)范圍約為(Γ210°。微控制器，包括8個(gè)通道的IObit A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；包換8個(gè)通道的IObit D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；包括ARM內(nèi)核，能運(yùn)行各種算法；包括存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。微控制器的相位調(diào)節(jié)采用先粗調(diào)后微調(diào)算法。剛上電時(shí)，RF9和RFlO的功率強(qiáng)度差值可能比較大，此時(shí)微控制器采用粗調(diào)(即大步進(jìn))算法。當(dāng)RF9和RFlO的功率強(qiáng)度差值較小(如小于IdB)時(shí)，微控制器采用微調(diào)(即小步進(jìn))算法，直至RF9和RFlO兩者的功率相等。采用這種算法的好處是，能改善相位調(diào)節(jié)的效果，上電后能使RF9和RFlO的功率在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到相等。本實(shí)用新型所述的射頻功率放大器熱的備份方法，步驟如下(I)、在正常情況下，兩個(gè)射頻功率放大器同時(shí)工作，即同時(shí)對(duì)輸入其中的射頻信號(hào)進(jìn)行放大。由于電路的離散性和兩路射頻信號(hào)所經(jīng)過的路徑的時(shí)延不同，如果沒有相位調(diào)節(jié)器，則無法保證系統(tǒng)兩路輸出的功率強(qiáng)度相等。微控制器芯片通過比較兩路功率檢測信號(hào)，來調(diào)整相位調(diào)節(jié)器的控制電壓，控制電壓的大小用于改變相位調(diào)節(jié)器中兩路信號(hào)之間的相位差，以使系統(tǒng)兩路輸出信號(hào)的強(qiáng)度相等。(2)、當(dāng)某一射頻功率放大器發(fā)生故障且無輸出功率時(shí)，微控制器檢測到功率合成/分配器的總輸出功率只有正常情況下的一半左右，此時(shí)微控制器就認(rèn)為有一個(gè)射頻功率放大器發(fā)生故障。為了保證系統(tǒng)的輸出功率不變，微控制器同時(shí)將兩個(gè)射頻功率放大器的最大輸出功率的設(shè)置值增加3dB。在此過程中存在短暫的射頻信號(hào)減弱現(xiàn)象，但不影響通信信號(hào)的連續(xù)性。 本實(shí)用新型所說明的熱備份系統(tǒng)包括兩個(gè)射頻功率放大器和兩路射頻輸出信號(hào)，但采用三個(gè)及三個(gè)以上射頻功率放大器和三路及三路以上射頻輸出信號(hào)的系統(tǒng)也在本實(shí)用新型權(quán)利要求的范圍內(nèi)?？梢岳斫獾氖?，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括功率分配器、相位調(diào)節(jié)器、射頻功率放大器、定制腔體雙工器、輸出功率檢測器和微控制器，其中定制腔體雙工器中內(nèi)嵌功率合成/功率分配器和輸出耦合器；射頻信號(hào)輸入功率分配器和相位調(diào)節(jié)電路，輸出兩路射頻信號(hào),兩個(gè)射頻功率放大器分別對(duì)兩路射頻信號(hào)進(jìn)行放大,放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過定制腔體雙工器內(nèi)的功率合成/分配器及輸出耦合器后，輸出兩路功率為額定功率的射頻信號(hào)，輸出耦合器和輸出功率檢測器用于檢測功率合成/分配器的輸出信號(hào)，微控制器的輸出信號(hào)用于調(diào)節(jié)相位調(diào)節(jié)器中兩路射頻信號(hào)之間的相位差，使兩路輸出功率基本相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)，其特征在于所述的輸出耦合器提取部分射頻輸出信號(hào)送到輸出功率檢測器，輸出功率檢測器把射頻輸出信號(hào)功率轉(zhuǎn)化為微控制器能測量的模擬直流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)，其特征在于相位調(diào)節(jié)器電路由一個(gè)3dB電橋和兩個(gè)變?nèi)荻O管組成，電橋把射頻信號(hào)分為兩路，通過變?nèi)荻O管改變射頻信號(hào)的相位后反射到與電橋輸入端對(duì)應(yīng)的隔離端輸出；微控制器通過控制變?nèi)荻O管的反向電壓，來改變變?nèi)荻O管的電容值，從而改變射頻信號(hào)的相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)，其特征在于所述的輸出耦合器的耦合系數(shù)大于等于40dB。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)，其特征在于所述的微控制器，包括8個(gè)通道的IObit A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；包換8個(gè)通道的IObit D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)；包括ARM內(nèi)核，能運(yùn)行各種算法；包括存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種射頻功率放大器熱備份系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括功率分配器、相位調(diào)節(jié)器、射頻功率放大器、定制腔體雙工器、輸出功率檢測器和微控制器；射頻信號(hào)輸入功率分配器和相位調(diào)節(jié)電路，輸出兩路射頻信號(hào)，兩個(gè)射頻功率放大器分別對(duì)兩路射頻信號(hào)進(jìn)行放大，放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過定制腔體雙工器內(nèi)的功率合成/分配器及輸出耦合器后，輸出兩路功率為額定功率的射頻信號(hào)，微控制器的輸出信號(hào)用于調(diào)節(jié)相位調(diào)節(jié)器中兩路射頻信號(hào)之間的相位差，使兩路輸出功率基本相等。本實(shí)用新型有益的效果是本實(shí)用新型不存在切換的問題，徹底解決了冷備份所造成的信號(hào)中斷的弊端，符合鐵路通信系統(tǒng)高指標(biāo)和高穩(wěn)定性的要求。
文檔編號(hào)H03F3/68GK202586881SQ201220222888
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者許艷葦, 潘永彬, 張小龍 申請(qǐng)人:三維通信股份有限公司