全數字寬帶微波發射機及其控制方法

2023-05-25 02:14:36

專利名稱：全數字寬帶微波發射機及其控制方法
技術領域：
本發明涉及微波傳送技術領域，具體為一種全數字寬帶微波發射機及其控制方法。
(二)
背景技術：
微波發射機是將微波信號放大後發射出去，其關鍵的部件就是微波功率放大器。
為了改善微波功率放大器的信噪比，目前國內外通常有四種方法第一，功率回退 法。即通過損失放大器的增益換取性能優化，這種方法非常簡單但性能改善效果不是非常 明顯；第二，負反饋校正法。負反饋校正技術因存在延時、相移等制約條件，使工作帶寬受 到限制，會影響放大器固有的群時延特性，對相位條件要求苛刻，寬帶情況下極易出現不穩 定，在工程應用上有局限性；第三，前饋線性法。前饋線性化技術關鍵是誤差放大器輸出和 主放大器輸出在抵消單元進行誤差對消，這要求兩路信號時延完全相等，並且延時單元處 於大功率工作環境中，延時單元工程實現比較困難，另外，在工程實現中，要求誤差放大器 的線性指標應不低於主放大器的線性指標，在發射機機房溫度、電源電壓、工作頻率、晶體 管老化等功放特性變化時，有可能使誤差放大器的線性度變壞，影響前饋校正的性能；第 四，數字自適應預校正法。這種方法將功率放大器的輸入信號和輸出信號進行檢測，並對 檢測數據進行分析計算，產生相應的補償信號，對前端信號進行預加重處理，抵消非線性產 物。數字自適應預校正法是一種比較理想的方法，但由於設計非常複雜，目前技術尚未成 熟。上述四種方法中，一般局限於窄帶的情況，頻帶越寬效果越差。 目前微波技術的發展趨勢是寬帶化，要求微波發射機發射信號信噪比高，發射效率高。 國外的微波功率放大技術和無線數字廣播技術發展相對於國內比較超前，微波功 率放大技術和微波發射機已有快速發展。但國外的微波發射機結構複雜，價格高，難以在國 內普及使用。 國內廣播電視的發展，迫切需要物美價廉的適用於寬帶的數字微波發射機。
且作為全球地面數位電視四大標準之一的中國地面數位電視標準《GB20600-2006 數位電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調製》已在2006年8月制定，2007年8月 得到實施。目前正是國家無線數位電視網、無線寬帶通信網、第三代移動通信網等大規模建 設的階段，設計發射信號信噪比高、發射效率高、應用於國標地面數位電視標準的寬帶微波 發射機及其運行方法迫在眉睫。
(三)

發明內容
本發明的目的是設計一種全數字寬帶微波發射機，具有寬帶頻段分割器，將寬帶 的工作頻帶分為多個頻段，分別調節各頻段的增益再合成，從而限制功率放大器中的各種 噪聲功率，提高放大效率和信噪比。 本發明的另一目的是設計一種全數字寬帶微波發射機的控制方法，中央監控器隨時根據輸入輸出信號調節各頻段的增益，實現實時預校正，保證信號失真小。
本發明設計的全數字寬帶微波發射機包括自動增益控制器、功率推動級、功率放 大級、大功率合成器、發射輸出端、中央監控裝置和為各電路模塊供電的電源裝置，還包括 信號頻譜電平檢測器、寬帶頻段分割器、n個電平調節器及合路器。輸入端的寬帶多路信號 經自動增益控制器後接入寬帶頻段分割器，寬帶頻段分割器輸出的n個頻段分別連接n個 獨立的電平調節器，n個電平調節器接入合路器，合路器後依次連接功率推動級、功率放大 級、大功率合成器後接發射輸出端。自動增益控制器和功率放大級的輸出信號端接入頻譜 電平檢測器，頻譜電平檢測器的輸出信號端接入中央監控裝置，中央監控裝置的控制端分 別連接n個電平調節器、功率推動級、功率放大級和自動增益控制器。
n個頻段分別對應連接的n個獨立電平調節器，各電平調節器設定不同的增益，全 數字自適應控制各頻段的電平。由於每個頻段內的增益不同，形成不同頻段不同增益的斜 率和方向各不相同的控制增益折線。 經各電平調節器調整的各頻段電平經合路器合成後送入功率推動級提高輸出電 平，功率推動級是使電平信號得到低噪聲高增益的放大器，將信號電平放大幾千倍甚至上萬倍。 功率放大級接收功率推動級的輸出，使電平信號低增益大功率放大輸出，放大倍 數為幾倍到一百倍之間，帶載能力達到千瓦級以上，提高功放驅動能力。功率放大級的輸出 接入大功率合成器，大功率合成器將多路信號中的各部分功率放大後同相位的信號低插損 合成，送入發射輸出接口。 電源裝置為發射機內各功能模塊提供各種標準電壓，並保證足夠的功率和紋波性 能。 所述寬帶頻段分割器將帶寬為650MHz 850MHz的工作頻帶分割成帶寬為 3MHz 5MHz的n個頻段，n為20 60的正整數。 中央監控器連接顯示器。中央監控器還經網絡和/或無線與遠程監控中心連接。
本發明設計的全數字寬帶微波發射機控制方法如下 使用上述本發明的全數字寬帶微波發射機，發射機的寬帶頻段分割器連接電腦或 其它控制裝置，通過電腦或其它控制裝置對其設置工作頻帶頻段分割數n並完成各頻段增 益等參數的預設置。寬帶頻段分割器將帶寬為650MHz 850MHz的工作頻帶分割成帶寬為 3MHz 5MHz的n個頻段，n為20 60的正整數。 信號頻譜電平檢測器精確檢測發射機輸入信號和輸出信號的頻譜各頻點的電平， 將其送入到中央監控裝置。中央監控裝置根據電平檢測器送來的輸入輸出信號電平數據以 及當前各頻段電平增益折線的斜率，進行分析、計算，按輸出信號產生的非線性失真度，實 時調整各電平調節器的增益比例，即調節各頻段增益折線的斜率，通過選擇合理的增益折 線，在提高各頻段信號電平的同時抑制噪聲強度，實現發射機實時預校正控制。在一個寬帶 功率放大器中，相鄰頻段的增益呈現出緩慢的變化，因此相鄰頻段的增益曲線是相連的，並 且中央監控裝置控制各電平檢測器的增益，使折線的各波峰和波谷的最大高度差小於或等 於10dB。因分割後的各頻段均為帶寬3MHz 5MHz的窄帶，利用各頻段衰減/放大功能完 成整個工作頻帶信號實時預校正，從而使系統工作在最佳狀態中。 同時中央監控器還根據輸出電平信號調節功率推動級和功率放大級的輸出的放
4大倍數和帶載能力。 中央監控器連接顯示器，將檢測得到的發射機各種工作狀態和控制情況在顯示器 上顯示。中央監控器與遠程監控中心有網絡和/或無線連接，可將本發射器工作狀態經遠 端通信向遠端的監控中心實時傳送。 輸入端的寬帶多路信號經過自動增益控制器將信號電平限定在4 6dBm。自動增 益控制器為電壓反饋控制器件，包括具有輸出檢測電路的壓控衰減器。當輸入信號電平上 升時，電壓反饋控制器件的輸出提高，輸出檢測電路檢測電壓偏高，壓控衰減器根據此時電 壓信號增加衰減值，使電壓反饋控制器件的增益下降，使自動增益控制器輸出回到正常電 平；反之當輸入信號電平下降時，電壓反饋控制器件的輸出也會降低，此時信號輸出檢測電 路檢測所得電壓信號降低，壓控衰減器減少衰減值，電壓反饋控制器件的增益升高，使自動 增益控制器輸出回到正常電平。 本發明全數字寬帶微波發射機及其控制方法的優點為1、在微波功率放大器中， 引入了寬帶頻段分割器和與各頻段對應的獨立電平調節器，可分別調整各頻段的電平增 益，工作帶寬可達200MHz，而各頻段均為帶寬4MHz左右的窄帶，實現多點折線全數字寬帶 實時預校正技術，有效地降低放大器產生的噪聲，提高放大器工作效率；2、寬帶頻段分割器 將工作頻帶分割為窄帶，每個頻段採用數字自適應預校正處理，降低了整體的數字自校正 電路的複雜程度，易於實現；3、中央監控器根據輸入輸出信號的電平對各頻段的電平調節 器和功率推動級、功率放大級及自動增益控制器進行全數位化控制，失真小、靈敏度高，保 證了輸出的幅度和相位，輸出帶肩小於-42dBc，平坦度小於0. 5dB ;4、採用可帶電插撥、低 損耗的大功率合成，實現大功率數字微波發射；5、中央監控器與顯示器連接實時顯示發射 機工作狀態，中央監控器經網絡或無線通信可將本發射器工作狀態向遠端的監控中心實時 傳送。
(四)


圖1為本全數字寬帶微波發射機實施例結構框圖； 圖2為本全數字寬帶微波發射機實施例的各頻段電平調節示意圖。
(五)
具體實施例方式
全數字寬帶微波發射機實施例 本全數字寬帶微波發射機實施例的結構如圖1所示，包括自動增益控制器、信號
頻譜電平檢測器、寬帶頻段分割器、25個電平調節器、合路器、功率推動級、功率放大級、大
功率合成器、發射輸出端、中央監控裝置和為各電路模塊供電的電源裝置。 輸入端的寬帶多路信號經自動增益控制器後接入寬帶頻段分割器，寬帶頻段分割
器輸出的25個頻段分別連接25個獨立的電平調節器，25個電平調節器接入合路器，合路器
後依次連接功率推動級、功率放大級、大功率合成器後接發射輸出端。自動增益控制器和功
率放大級的輸出信號端接入頻譜電平檢測器，頻譜電平檢測器的輸出信號端接入中央監控
裝置，中央監控裝置的控制端分別連接25個電平調節器、功率推動級、功率放大級和自動
增益控制器。 寬帶頻段分割器將帶寬為700MHz 800MHz的工作頻帶分割成帶寬為4MHz的25個頻段。通過電腦完成寬帶頻段分割器的工作頻帶頻段分割的預設置。
中央監控器連接顯示器。 中央監控器與遠程監控中心有網絡和無線連接。
全數字寬帶微波發射機控制方法實施例 採用如上實施例所述的全數字寬帶微波發射機，發射機的寬帶頻段分割器連接電
腦設置工作頻帶頻段分割數n = 25並完成頻段增益參數的預設置。寬帶頻段分割器將帶
寬為700MHz 800MHz的工作頻帶平均分割成帶寬約為4MHz的25個頻段。各頻段電平增
益不同，按電平大小製圖得到增益折線，各頻段對應的折線斜度不同，如圖2所示。 信號頻譜電平檢測器精確檢測發射機輸入信號和輸出信號的頻譜各頻點的電平，
將其送入到中央監控裝置。中央監控裝置根據電平檢測器送來的輸入輸出信號電平數據以
及當前各頻段電平增益折線的斜率，進行分析、計算，按輸出信號產生的非線性失真度，實
時調整各電平調節器的增益比例，即調節各頻段增益折線的斜率，使折線的各波峰和波谷
高度差小於10dB。通過選擇合理的增益折線，在提高各頻段信號電平的同時抑制噪聲強度，
實現發射機實時預校正控制。因分割後的各頻段均為帶寬4MHz左右的窄帶，利用各頻段衰
減/放大功能完成整個工作頻帶信號實時預校正，從而使系統工作在最佳狀態中。 同時中央監控器還根據輸出電平信號調節功率推動級和功率放大級的輸出的放
大倍數和帶載能力。 中央監控器連接顯示器，將檢測得到的發射機各種工作狀態和控制情況在顯示器 上顯示。中央監控器與遠程監控中心有網絡和/或無線連接，可將本發射器工作狀態經遠 端通信向遠端的監控中心實時傳送。 輸入端的寬帶多路信號經過自動增益控制器將信號電平限定在5dBm。 本全數字寬帶微波發射機控制方法實施例可達到的技術指標如下 發射功率5 1000W ; 工作頻率400 900MHz ; 工作帶寬7 200MHz ; 系統增益《70dB; 輸出帶肩《-42dBc ; 系統功率因素《1.0; 全天候功率漂移優於±0. 3dB ; 帶內平坦度優於±0. 5dB ; 帶外抑制度《_45dB。 上述實施例，僅為對本發明的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體 個例，本發明並非限定於此。凡在本發明的公開的範圍之內所做的任何修改、等同替換、改 進等，均包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
全數字寬帶微波發射機，包括自動增益控制器、功率推動級、功率放大級、大功率合成器、發射輸出端、中央監控裝置和為各電路模塊供電的電源裝置，其特徵在於還包括信號頻譜電平檢測器、寬帶頻段分割器、n個電平調節器及合路器。輸入端的寬帶多路信號經自動增益控制器後接入寬帶頻段分割器，寬帶頻段分割器輸出的n個頻段分別連接n個獨立的電平調節器，n個電平調節器接入合路器，合路器後依次連接功率推動級、功率放大級、大功率合成器後接發射輸出端。自動增益控制器和功率放大級的輸出信號端接入頻譜電平檢測器，頻譜電平檢測器的輸出信號端接入中央監控裝置，中央監控裝置的控制端分別連接n個電平調節器、功率推動級、功率放大級和自動增益控制器。
2. 根據權利要求1所述的全數字寬帶微波發射機，其特徵在於所述寬帶頻段分割器將帶寬為650MHz 850MHz的工作頻帶分割成帶寬為3MHz 5MHz的n個頻段，n為20 60的正整數。
3. 根據權利要求1所述的全數字寬帶微波發射機，其特徵在於 所述中央監控器連接顯示器。
4. 根據權利要求1所述的全數字寬帶微波發射機，其特徵在於 所述中央監控器與遠程監控中心有網絡和/或無線連接。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的全數字寬帶微波發射機的控制方法，其特徵在於發射機的寬帶頻段分割器連接電腦或其它控制裝置，通過電腦或其它控制裝置對其設置工作頻帶頻段分割數n並完成其它參數的預設置。
6. 根據權利要求5所述的全數字寬帶微波發射機的控制方法，其特徵在於 所述寬帶頻段分割器將帶寬為650MHz 850MHz的工作頻帶分割成帶寬為3MHz 5MHz的n個頻段，n為20 60的正整數。
7. 根據權利要求5所述的全數字寬帶微波發射機的控制方法，其特徵在於 所述信號頻譜電平檢測器檢測的發射機輸入信號和輸出信號的頻譜各頻點的電平送入到中央監控裝置，中央監控裝置根據電平檢測器送來的輸入輸出信號電平數據以及當前 各頻段電平增益折線的斜率，進行分析、計算，實時調整各電平調節器的增益比例，使折線 的各波峰和波谷的最大高度差小於或等於10dB。
8. 根據權利要求7所述的全數字寬帶微波發射機的控制方法，其特徵在於 所述中央監控器將檢測得到的發射機各種工作狀態和控制情況在顯示器上顯示。
9. 根據權利要求7所述的全數字寬帶微波發射機的控制方法，其特徵在於 所述中央監控器與通過網絡和/或無線向遠端的監控中心實時傳送將本發射器工作狀態。
全文摘要
本發明為全數字寬帶微波發射機及其控制方法，本發射機的寬帶頻段分割器將輸入信號分割，輸出的n個頻段各連接n個獨立的電平調節器，各電平調節器接入合路器後經功放等接發射輸出端。自動增益控制器和功放的輸出端接入與中央監控裝置連接的頻譜電平檢測器，中央監控裝置的控制端分別連接各電平調節器、功放和自動增益控制器。其控制方法為中央監控裝置按電平檢測器的電平信號及當前各頻段電平增益折線的斜率，實時調整各電平調節器的增益比例，在提高各頻段信號電平的同時抑制噪聲強度，實現發射機實時預校正控制。本發明可分別調整各頻段的電平增益，工作帶寬可達200MHz，有效地降低噪聲，提高放大器工作效率；全數位化控制，且易於實現。
文檔編號H04B1/04GK101699771SQ20091011457
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者彭鐵雁, 李立 申請人:桂林市思奇通信設備有限公司