Rf信號放大組件、傳輸裝置和傳輸天線/終端的製作方法
2023-05-25 17:11:06
專利名稱：Rf信號放大組件、傳輸裝置和傳輸天線/終端的製作方法
技術領域：
本發明屬於電信領域，且特別地涉及一種RF(射頻)或無線電頻率信號放大組件。
本發明也涉及一種設置在RF信號聚焦裝置焦點處的RF信號傳輸裝置，特別地但又不限於拋物線型或欏勃型(Luneberg)透鏡。
本發明也涉及一種包括RF信號聚焦裝置的天線/終端，它設置在如上所述的至少一個裝置的焦點處。本發明特別地涉及但又不局限於包括上述兩種裝置的、用於跟蹤目標尤其是跟蹤異步衛星的終端，在給定時刻這兩種裝置中的一種被激活。
使用對地靜止的衛星的可選方法是在傾斜的橢圓形軌道中使用衛星，然後，衛星在位於它的遠地點高度的區域上幾乎靜止達到若干小時的持續時間，在圓形軌道中使用衛星星群，特別是在低軌道(「低地球軌道」或LEO)或在中軌道(「中地球軌道」或MEO)中使用衛星星群，星群的衛星依次在用戶終端的視程內飛過，持續時間從十分鐘到大約一個小時。
在這兩種情況下，單個的衛星不能夠提供持續的服務，服務的連續性需要有幾個衛星一個接一個地飛越服務區域的上空。
如前文所定義的天線/終端能夠確保終端在和異步衛星的星群一起進行傳輸時的穩定通信。
這種終端通常包括拋物線型或欏勃型的透鏡，在透鏡的焦點，設置有通常包括輻射元件的兩個信號源，輻射元件的類型為「補片(patch)」陣列，喇叭形輻射體或其它輻射元件，以傳輸RF信號。這些元件由放大器組件激活，該放大器組件可以提供放大信號源。這一放大器組件的上遊是中央處理單元，它可以管理在輻射空間中的兩個相繼的低軌道衛星之間的切換。很明確，除了在產生不活動信號源的激活問題的切換期間之外，必須在給定時刻激活一個信號源。
放大器組件用於放大信號，使之足夠被衛星覺察到。它必須通過計算衛星/終端鏈路預算來以預定的額定功率進行傳輸。特別地，如果傳輸是在額定功率之下進行，衛星補償低電平信號，如果傳輸是在額定功率值之上進的，信號傳送失真，該失真可能在衛星水平上幹擾(jam)包含在信號中的信息的接收(特別地如果執行的信號調製是CDMA類型時)。
在切換過程中執行從不活動狀態變到活動狀態的不活動放大器組件的初始化。在切換過程中，放大器組件必須放大到額定功率，從最初的幾毫秒開始這樣做，但有失去由後面的衛星發送的最初少數幾個有用數據項的危險。現在，由於可能引起組件增益改變的因素，例如元件分布、電源、傳輸頻率、溫度的改變，和在功率電晶體的結點和包含放大器的外殼之間的熱阻抗的改變等等，很難調整在傳輸過程中以額定功率傳輸的即刻或準即刻傳輸。如果可以通過因數校準(facotry calibration)降低由於特定參數分布的效果，則存在其它的更難控制的情況，例如，結合溫度，即刻進行調整傳輸功率，使其具有衛星系統規約所需要的精確度幾乎是不可能的。因此，放大器組件在放大到預定的額定功率之前要花費一定時間。
發明內容
本發明的目的在於解決上述問題。
為此目的，本發明的主題是用於協助中央處理單元的RF信號放大組件，包括用於接收第一RF信號的第一輸入端，放大第一RF信號以便傳送第二放大的RF信號的放大裝置，其特徵在於所述放大組件包括測量第二放大的RF信號的裝置，將放大的RF信號與放大組件的第一輸出端耦合的裝置，用於接收由中央處理單元產生的控制信號的第二輸入端，以控制耦合裝置，使其具有在放大的RF信號和額定功率值之間的比較功能。
因此，根據本發明的放大組件在切換過程中輸出從零功率增長到預定的額定功率的功率信號。
為了能夠以適中的成本需求來批量生產放大組件，所述的組件包括用於處理第一RF信號的兩個通道；放大裝置，包括分別設置在第一和第二處理通道上的第一和第二放大裝置，以便傳送相同功率的第三放大RF信號，所述耦合裝置能夠在輸入端接收所述第三RF信號，並能夠在連接到第一輸入端的第一通道的第二輸出端上傳輸對應於所述第三信號差的差信號，和在第二通道的第三輸出端上傳輸和信號，所述和信號對應於第三信號的總和，並等於所述第二信號，以便由所述測量裝置測量和信號，耦合的裝置能夠改變第二和第三輸出的次序。
以這種方式，一方面本發明可以避免使用昂貴的微波頻率開關，另一方面，本發明使用第一和第二放大裝置，通過以並行方式操作所述裝置，以等同形式共用放大功能。由於所述裝置只需要放大功率的一半，所以它們具有價格低廉和容易製造的優點。
為了使這兩個放大裝置傳送相同的增益和相位信號，以便這些信號的加性組合或差性組合分別是有用的或有害的，所述處理通道包括增益衰減裝置和第一信號相移裝置。以這種方式，可以有效地改變在第二通道上傳輸的信號的相位，以最大化產生的功率。
根據一個實施例，需要放大具有較大增益和較高功率電平的所述放大組件，通常被稱為「驅動器」的前置放大器在至少所述第一和第二放大裝置之一的前面，另外，至少一個第一和第二放大裝置包括固態功率放大器SSPA。
根據一個實施例，所述耦合裝置包括3分貝定向耦合器。因此，3分貝定向耦合器的非常適度的損失不會迫使SSPA壓縮點(compressionpoint)超尺寸。
根據一個實施例，所述的通道之一包括第二180°相移裝置，要由所述的控制裝置進行控制，以便改變所述信號的傳送次序。所述180°相移裝置的例子是低功率電平移相器。
根據一個變化，所述耦合裝置包括微波頻率開關。
本發明也涉及一種RF信號傳輸裝置，它被設置在RF信號聚焦裝置的焦點處，類型為拋物線或欏勃類型的透鏡，其特徵在於它包括根據本發明的放大組件。
本發明也涉及一種包括RF信號聚焦裝置的RF信號傳輸天線/終端，在聚焦裝置的焦點設置有至少一個RF信號傳輸裝置，其特徵在於所述裝置包括根據本發明的裝置。
為了簡化說明，在後面的圖中使用前面圖中所使用的相同符號，以指定完成相同功能的元件。
在
圖1，放大組件1包括第一輸入端E1，接收來自變換組件2的信號RFin，其中變換組件2已經將輸入信號變換到例如Ku頻帶。輸入端E1與前置放大器3連接，放大器3的輸出信號是由SSPA功率放大器4放大的信號。這兩個放大器都以MMIC(微波單片集成電路)技術來實現。第二放大器4的輸出端與微波頻率斷路器5的第一連接終端51連接。第二連接終端52通過耦合器20將開關與二極體7連接，以檢測並測量(本質上是已知的)從放大器4輸出的信號的功率，二極體與組件的輸出端S4連接。由50歐姆的負載阻抗6匹配連接終端52與二極體7的線路。第三連接終端53將開關與放大組件1的輸出端S1連接。這一輸出端與實質上置於天線/終端的焦點處的信號源連接(未示出)。
切換時刻對於中央處理單元8來說是已知的，例如藉助於包括調整星群的衛星軌道所必需的天文歷的微控制器8(設置在內部元件或天線/終端中)。因此，在操作模式下，為了在T0時進行切換，微控制器估算要使用的新的功率Pout，以將信號傳輸到衛星(作為新的連接預算的函數(function)，例如，可以通過使用新的傳輸頻率來修改新的連接預算。這一信息以衛星傳輸的信號形式傳輸)。先於切換T0時刻的特定時間t1之前，中央處理單元使得功率信號Pin被傳輸到輸入端E1，並向與開關輸入端E3連接的放大組件的輸入端E2發送控制信號Sc，以便產生終端51到終端52的連接。然後由二極體7測量放大組件4輸出的功率。這一測量值被發送到微控制器，在功率增加期間的引起功率信號Pin的增量。這一功率測量值與增量相位將放大組件定義為不活動狀態，在這種狀態期間，它不能在它的輸出端S1傳送任何信號。
當在放大器4的輸出端測量的功率等於功率Pout和達到T0時刻時，微控制器8通過信號Sc將終端51連接到終端53，因此將放大器4的輸出端與輸出端S1連接。
從裝置1輸出的功率然後與應用的額定值相等，以使天線能夠最優地傳輸。在這種配置中，在輸出端S1傳輸最優功率Pout的信號的組件處於所謂的活動狀態。
圖2表示根據本發明的組件1的另一實施例。第一輸入端E1與前置放大器3連接，前置放大器3的輸出端與兩個並行通道9和10連接。通過通道2，放大器3的輸出端與增益衰減器11的輸入端連接，增益衰減器11的輸出端將它饋送到功率放大器12的輸入端。通過通道10，放大器的輸出端與移相器13的輸入端連接，移相器13能夠在它的輸入端將信號移相0°或180°。因此移相的信號被傳輸到移相器14，移相器14的功能為在這條通道上改變傳輸的信號的相位。這一移相器的輸出端與放大器15的輸入端連接。兩個放大器12，15的輸出端中的各個輸出端分別將放大的信號RF1』，RF1」傳輸到3分貝定向耦合器16的各個輸入端E4，E5，3分貝定向耦合器16在它的第一輸出端S2傳輸由兩個放大器傳輸的信號RF1』，RF1」差，和在耦合器16的第二輸出端S3傳輸這些信號RF1』，RF1」的和。由50歐姆的負載阻抗6短截線匹配的第二輸出端S3，也和二極體7連接，以測量總信號離開S3時的功率。二極體7向和微控制器8連接的輸出端S4傳送測量信號。
為了使放大組件令人滿意地工作，兩個放大器必須具有相同的增益和相同的相位，所以它們各自的輸出信號是可以有用的。通過可以工廠調整(factory-adjusted)的衰減器11和移相器14實現上述目的。
一旦微處理器接收到準備管理切換的命令(例如，通過從衛星接收的信號中的指示詞或根據天文歷)，則觸發用於控制傳輸功率的處理的相位的初始化。
只要在輸出端S3的信號沒有傳輸預定的額定功率，微控制器根據已知的裝置增加輸入功率Pin。一旦達到了總和信號功率測量的閾值，例如「Pout減20分貝」，則微控制器確定對應的輸入功率Pin，和，電路的增益實質上是恆定的，然後，微控制器確定要被傳輸到放大組件輸入端E1的新的輸入功率Pin，以便放大電路可以在放大器15的輸出端傳輸等於所需額定功率的功率Pout(放大電路的輸入功率和輸出功率之間的關係是線性的)。
當功率Pout到達輸出端S3時，微控制器在實際切換時刻T0等待指令信號，以便將命令發送到移相器13，以反轉通過第二通道行進的信號的相位，以便反轉3分貝定向耦合器的輸出。以這種方式，然後，所有的功率被指引到用於信號源的輸出端S1。
根據本發明的放大組件因此可以校準施加到信號源上的功率，而不用經受在切換期間丟失有用數據的危險，確保了傳輸的最初少數幾個有用數據項具有所需的額定功率。
使用兩個SSPA放大器而不是使用一個SSPA放大器可以降低它們中的每一個的輸出功率三分貝，以及相應地降低它們的壓縮點。由此降低終端的放大電路成本，和增加它的可靠性能。此外，轉換180°的移相器是以低功率電平操作的元件，由於通常採用MMIC技術並具有多個放大級的SSPA放大器提供了遠遠超過移相器電平的較大增益，所以移相器的電平幾乎沒有影響放大電路。
當然，本發明並不局限於上述實施例。因此，根據本發明的放大組件可以有用於任意類型的終端的放大功能，其中放大組件需要在所給時刻產生額定功率。類似地，終端不局限於跟蹤在本專利申請中所述的移動目標。例如，可以將放大組件置於天線/終端中，以和對地靜止的衛星通信，放大組件的功能仍是在給定的時刻將未經放大的信號放大為所需的額定功率，以使信號傳輸中不損失有用數據。
權利要求
1.一種用於協助中央處理單元(8)的RF信號放大組件，包括用於接收第一RF信號(RFin)的第一輸入端(E1)，放大第一RF信號以便傳送第二放大的RF信號(RF1)的放大裝置(3，4，12，15)，其特徵在於所述放大組件包括測量第二放大的信號(RF1)的裝置(7)，將放大的RF信號與放大組件的第一輸出端(S1)耦合的裝置(5，16)，用於接收由中央處理單元產生的控制信號(Sc)的第二輸入端，以控制耦合裝置，使其具有在放大的RF信號和額定功率值(Pout)之間的比較功能。
2.如權利要求1所述的放大組件，其特徵在於所述耦合裝置包括微波頻率開關(5)。
3.如權利要求1所述的放大組件，其特徵在於所述的放大組件包括用於處理第一RF信號(RF1)的兩個通道(9，10)，放大裝置包括分別設置在第一(9)和第二(10)處理通道上的第一放大裝置(12)和第二放大裝置(15)，以便分別傳送相同功率的第三放大的RF信號(RF1』，RF」)，所述耦合裝置(16)能夠在輸入端接收所述第三RF信號，並能夠在連接到第一輸出端(S1)的第一通道的第二輸出端(S2)上傳輸對應於所述第三信號差的差信號，和在第二通道的第三輸出端(S3)上傳輸和信號，所述和信號對應於第三信號的總和，並等於所述第二信號，以便由所述測量裝置測量和信號，耦合的裝置能夠改變第二和第三輸出(S2，S3)的次序。
4.如權利要求3所述的放大組件，其特徵在於所述處理通道包括增益衰減裝置(11)和第一信號相移裝置(14)。
5.如權利要求3或4所述的放大組件，其特徵在於前置放大器(3)在至少所述第一和第二放大裝置之一的前面。
6.如權利要求3到5之一所述的放大組件，其特徵在於至少第一和第二放大裝置之一包括固態功率放大器SSPA。
7.如權利要求3到6之一所述的放大組件，其特徵在於所述耦合裝置包括3分貝定向耦合器。
8.如權利要求3到7之一所述的放大組件，其特徵在於所述的通道之一包括第二180°相移位裝置(13)，以由所述的控制裝置進行控制，以便執行所述信號傳送的所述排列。
9.一種RF信號傳輸裝置，它被設置在RF信號聚焦裝置的焦點處，為拋物線型或欏勃型的透鏡，其特徵在於它包括根據權利要求1到8之一的放大組件。
10.一種包括RF信號聚焦裝置的RF傳輸天線/終端，在聚焦裝置的焦點設置有至少一個RF信號傳輸裝置，其特徵在於所述裝置包括根據權利要求9的裝置。
全文摘要
一種RF信號放大組件，接收第一RF信號(RFin)，並包括放大第一RF信號的放大裝置(3，4，12，15)，以便傳送第二放大RF信號(RF1)。必須由預定的額定功率(Pout)放大這一信號(RF1)，以便在放大塊的輸出端傳輸這一信號。組件包括測量第二放大RF信號(RF1)的功率的裝置，將放大RF信號與放大組件的第一輸出耦合的裝置(5，6)，由中央處理單元(8)產生用於控制耦合裝置的控制信號(Sc)。本發明也涉及一種RF信號傳輸裝置，它被設置在RF信號聚焦裝置的焦點處，它包括根據本發明的放大組件和RF信號傳輸天線/終端。特別地應用於跟蹤異步衛星。
文檔編號H03F3/68GK1443397SQ0181312
公開日2003年9月17日 申請日期2001年7月9日 優先權日2000年7月21日
發明者帕特裡斯·伊爾茨林, 讓－伊夫·萊納爾, 派屈克·武爾姆 申請人:湯姆森許可貿易公司