功率放大器的熱備份和互助系統的製作方法
2024-02-09 15:41:15
專利名稱：功率放大器的熱備份和互助系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及功率放大器技術領域，特別是功率放大器的熱備份和互助系統。
背景技術：
隨著移動通信的發展，射頻功率放大器被廣泛地應用於無線接入及微波系統中，進行信號的放大，並成為系統中的一個重要部件。在CDMA無線接入多載波系統中，一個扇區只有一個功率放大器，如果某扇區的功率放大器發生故障，該扇區的移動終端用戶就無法接通。所以，CDMA無線接入多載波系統對功率放大器的穩定性和可靠性提出了很高的要求。
由於功率放大器工作在大電流、高電壓的狀態，並且功率放大器工作的熱環境也不好，導致功率放大器很容易發生故障。因此，需要開發功率放大器的熱備份技術，以提高其穩定性。所謂熱備份是指系統中有兩個相同的功率放大器，在正常狀態時，只有其中一個功率放大器處於工作狀態，另一個功率放大器處於待機狀態，當處於工作狀態的功率放大器出現故障時，處於待機狀態的功率放大器在不停電的情況下立即自動轉換到工作狀態，承擔故障功率放大器的業務處理。另外，為了提高功率放大器系統的輸出功率，還提出了互助技術，即系統中兩個相同的功率放大器並聯工作，兩者輸入信號相同，處理相同的業務，並且輸出相同的信號，從而提高了功率放大器的業務處理能力和系統的輸出功率。
現有的功率放大器熱備份與互助技術方案如圖1所示。參照圖1，現有技術的系統中包括前混合矩陣、功率放大器矩陣、後混合矩陣、兩個匹配電阻R以及天線S1、S2和S3。其中前混合矩陣和後混合矩陣各包括四個3dB電橋，前混合矩陣起分路作用，後混合矩陣起合路作用；功率放大器矩陣包括四個功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4，每一個功率放大器都共同放大三個扇區的輸入信號；圖1中的傳輸線A1、A2、A3、A4的長度相等，傳輸線B1、B2、B3、B4的長度相等，傳輸線C1、C2、C3、C4的長度相等，傳輸線D1、D2、D3、D4的長度相等。
輸入IN1的信號經過前混合矩陣，被分成四路幅度相等、相位依次相差90度的信號，然後輸入四個功率放大器的輸入端。四路信號經過功率放大器矩陣放大後，輸入到後混合矩陣，被合成為一路信號，到達扇區1的天線端S1。由於各路信號存在相位依次相差90度的關係，在理想情況下，從IN1輸入的信號經過分路、放大、合路後，不會在天線S2、S3埠輸出，也不會在匹配電阻上有信號。
同樣，輸入IN2的信號，分別經過前混合矩陣分路、功率放大器矩陣放大和後混合矩陣合路後，在天線S2端輸出信號，而不會在S1、S3或匹配電阻R輸出信號；輸入IN3的信號，分別經過前混合矩陣分路、功率放大器矩陣放大和後混合矩陣合路後，在天線S3端輸出信號，而不會在S1、S2或匹配電阻R輸出信號。
當圖1中任何一個功率放大器發生故障失效後，剩餘的三個功率放大器仍正常工作，從IN1、IN2和IN3輸入的信號經過該系統放大後，可分別到達天線S1、S2和S3，三個扇區的移動終端用戶都能接入系統，不會出現某扇區所有用戶無法接入系統的情況。
由於在前混合矩陣分路時，要求各輸入信號都分成四路幅度相等、相移依次相差90度的混合信號，混合信號在後混合矩陣合路時，僅依靠每路信號間幅度和相位差的關係來抵消非本扇區的信號，從而該系統對信號幅度和相位的要求非常高，如果幅度和相位不滿足上述關係，各路信號就會抵消不徹底，產生串擾現象，導致扇區隔離度下降，這是功率放大器系統非常致命的缺陷。
有以下因素會影響分路、合路時的幅度和相位關係
1、設計或工藝加工上的原因，導致3dB電橋耦合器的耦合度不是理想的3dB；即使是理想的3dB電橋，一般也只在中心頻率點才同時符合相位和耦合度的要求，而對於偏離中心頻率的信號，幅度和相位差在理論上就不能同時符合要求；2、如果前混合矩陣中的四段傳輸線A1、A2、A3、A4的長度不相等，或者連接前混合矩陣與功率放大器矩陣的傳輸線B1、B2、B3、B4的長度不相等，或者連接功率放大器矩陣與後混合矩陣的傳輸線C1、C2、C3、C4的長度不相等，或者後混合矩陣中的傳輸線D1、D2、D3、D4的不相等，都會導致附加的相位差；3、功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4之間的以增益和相位差為主的離散特性，需要功率放大器是嚴格的配對，一般要求增益差在0.5dB以內、相位差在10度以內。
上面所有因素都會導致扇區隔離度的下降，在一般工藝條件下，扇區隔離度很難做到25dB，而25dB這個指標已經滿足不了CDMA系統的協議要求，更遠遠滿足不了特殊扇區配置條件下的鄰頻幹擾要求。
上述現有技術的系統在商用過程中，在更換其中一個功率放大器時，需要找到與被更換功率放大器的增益和相位完全一致的功率放大器，這是非常困難的。
發明內容
有鑑於此，本發明提出了一種可用於熱備份的功率放大器和可用於互助的功率放大器系統，其目的在於，降低對功率放大器指標的一致性要求。
根據上述目的，本發明提供了一種功率放大器系統，該系統包括M個主用功率放大器和一個備份功率放大器，其中M為正整數；輸入切換模塊，分別與所述M個主用功率放大器以及所述備用功率放大器的輸入端相連接；輸出切換模塊，分別與所述M個主用功率放大器以及所述備用功率放大器的輸出端相連接，在該系統中，M路信號經過輸入切換模塊輸入到功率放大器處理後，由輸出切換模塊輸出。
所述輸入切換模塊包括分別與所述M個主用功率放大器的輸入端相連接並且與所述備用功率放大器的輸入端相連接的M個輸入開關電路，用於將輸入其的信號輸入到與其連接的功率放大器。
在上述方案中，每個輸入開關電路包括第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第六開關器件、九個第一傳輸線、兩個第二傳輸線以及第一接地電阻；所述第二傳輸線的特徵阻抗為第一傳輸線的特徵阻抗的1/，且第一傳輸線和第二傳輸線的電長度為1/4波導波長；各開關器件和第一接地電阻的一端接地；第一開關器件的另一端與第一接地電阻的另一端相連接；第一開關器件與第五開關器件之間、第二開關器件與第五開關器件之間、第二開關器件與備份功率放大器之間、第三開關器件與第四開關器件之間、第三開關器件與備份功率放大器之間、第四開關器件與第N主用功率放大器之間、第五開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第六開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第六開關器件與第N主用功率放大器之間分別連接有一個第一傳輸線；第三開關器件與第五開關器件之間、第四開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間分別連接有一個第二傳輸線；通過閉合第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件及斷開第六開關器件將輸入該輸入開關電路的信號輸入到與該輸入開關電路相連接的主用功率放大器，以及通過閉合第一開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第六開關器件及斷開第二開關器件、第五開關器件將輸入該輸入開關電路的信號輸入到所述備份功率放大器。
另外一種情況是，每個輸入開關電路包括第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第六開關器件、六個第三傳輸線、五個第四傳輸線以及第三接地電阻；所述第四傳輸線的特徵阻抗為第三傳輸線的特徵阻抗的倍，且第三傳輸線和第四傳輸線的電長度為1/4波導波長；各開關器件和第三接地電阻的一端接地；第六開關器件的另一端與第三接地電阻的另一端相連接；第一開關器件與第二開關器件之間、第一開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第二開關器件與第N主用功率放大器之間、第三開關器件與第N主用功率放大器之間、第五開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第六開關器件與第N主用功率放大器之間分別連接有一個第三傳輸線；第三開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第四開關器件與第N輸入開關電路的輸入端、第四開關器件與備份功率放大器、第五開關器件與第六開關器件、第五開關器件與備份功率放大器之間分別連接有一個第四傳輸線；通過閉合第一開關器件、第二開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第六開關器件及斷開第三開關器件將輸入該輸入開關電路的信號輸入到與該輸入開關電路相連接的主用功率放大器，以及通過閉合第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第五開關器件、第六開關器件及斷開第四開關器件將輸入該輸入開關電路的信號輸入到所述備份功率放大器。
所述輸出切換模塊包括分別與所述M個主用功率放大器的輸出端相連接並且與所述備用功率放大器的輸出端相連接的M個輸出開關電路，用於輸出經與其相連接的功率放大器放大後的信號。
每個輸出開關電路包括第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第十一開關器件、第十二開關器件、九個第一傳輸線、兩個第二傳輸線以及第二接地電阻；所述第二傳輸線的特徵阻抗為第一傳輸線的特徵阻抗的1/，且第一傳輸線和第二傳輸線的電長度為1/4波導波長；各開關器件和第二接地電阻的一端接地；第七開關器件的另一端與第二接地電阻的另一端相連接；第七開關器件與第十一開關器件之間、第八開關器件與第十一開關器件之間、第八開關器件與第N主用功率放大器之間、第九開關器件與第十開關器件之間、第九開關器件與第N主用功率放大器之間、第十開關器件與備份功率放大器之間、第十一開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第十二開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第十二開關器件與第N主用功率放大器之間分別連接有一個第一傳輸線；第九開關器件與第十一開關器件之間、第十開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間分別連接有一個第二傳輸線；通過閉合第七開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第十二開關器件及斷開第八開關器件、第十一開關器件輸出經與該輸出開關電路相連接的主用功率放大器放大的信號，以及通過閉合第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第十一開關器件及斷開第十二開關器件輸出經所述備份功率放大器放大的信號。
另外還可以，每個輸出開關電路包括第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第十一開關器件、第十二開關器件、六個第三傳輸線、五個第四傳輸線以及第四接地電阻；所述第四傳輸線的特徵阻抗為第三傳輸線的特徵阻抗的倍，且第三傳輸線和第四傳輸線的電長度為1/4波導波長；各開關器件和第三接地電阻的一端接地；第十二開關器件的另一端與第三接地電阻的另一端相連接；第七開關器件與第八開關器件之間、第七開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第八開關器件與備份功率放大器之間、第九開關器件與備份功率放大器之間、第十一開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第十二開關器件與備份功率放大器之間分別連接有一個第三傳輸線；第九開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第十開關器件與第N輸出開關電路的輸出端、第十開關器件與第N主用功率放大器、第十一開關器件與第十二開關器件、第十一開關器件與第N主用功率放大器之間分別連接有一個第四傳輸線；通過閉合第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十一開關器件、第十二開關器件及斷開第十開關器件輸出經與該輸出開關電路相連接的主用功率放大器放大的信號，以及通過閉合第七開關器件、第八開關器件、第十開關器件、第十一開關器件、第十二開關器件及斷開第九開關器件輸出經所述備份功率放大器放大的信號。
從上述方案中可以看出，由於本發明在主用功率放大器之外提供了一個單獨的備份功率放大器，當其中任何一個主用功率放大器發生故障時，該備份功率放大器能夠在不停電停機的情況下立即替代發生故障的主用功率放大器工作；當其中任何一個主用功率放大器需要互助時，該備份功率放大器能夠與需要互助的主用功率放大器並聯工作，可以增大對應信號的輸出功率。不管是主用功率放大器還是備份功率放大器，每個功率放大器只放大一路信號，因此各路信號間的隔離度與功率放大器的一致性無關，所以本發明的方案遠遠優於現有技術的方案。另外，本發明還可以通過增加備份功率放大器對應的開關器件的級數來增加各路信號間的隔離度，這是現有技術的方案無法做到的。因此，即使本發明中功率放大器的一致性較差，但是不會影響各路信號的隔離度。
圖1為現有的功率放大器熱備份和互助系統的示意圖；圖2為本發明第一實施例中功率放大器1+1熱備份和互助系統的結構示意圖；圖3為本發明第二實施例中功率放大器3+1熱備份和互助系統的結構示意圖；圖4為本發明第三實施例中功率放大器1+1熱備份和互助系統的結構示意圖；圖5為根據本發明的功率放大器系統的結構示意圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下舉實施例對本發明進一步詳細說明。
首先，參照圖5說明本發明的功率放大器系統。如圖5所示，該功率放大器系統包括輸入切換模塊、輸出切換模塊、M個主用功率放大器PA1、PA2、…PAM和一個備份功率放大器PA(BACKUP)，其中M為正整數。在該系統中，輸入切換模塊分別與M個主用功率放大器以及備用功率放大器的輸入端相連接；輸出切換模塊分別與M個主用功率放大器以及備用功率放大器的輸出端相連接。M路信號經過輸入切換模塊輸入到對應的功率放大器，經過功率放大器放大處理後，由輸出切換模塊輸出。需要注意的是，進行放大處理的功率放大器可能是M個主用功率放大器，可能是(M-1)個主用功率放大器和一個備用功率放大器，也可能是M個主用功率放大器和一個備用功率放大器，不同的組合分別對應著不同的工作狀態。下面通過具體實施例詳細描述本發明功率放大器系統的結構以及工作狀態。
第一實施例第一實施例以1+1熱備份和互助技術說明本發明的實施。圖2所示的第一實施例中系統的結構，該系統包括一個主用功率放大器PA1、一個備份功率放大器PA和切換模塊，其中切換模塊包括輸入切換模塊和輸出切換模塊，由於只有一個主用功率放大器，因此輸入切換模塊和輸出切換模塊分別包括一個輸入開關電路和一個輸出開關電路。上述輸入開關電路具有功率分配和微波單刀雙擲開關功能，輸出開關電路具有功率合路和微波單刀雙擲開關功能。
參照圖2，上述輸入開關電路包括傳輸線A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1、H1、I1、J1、K1、開關器件SW1A、SW2A、SW3A、SW4A、SW5A、SW6A以及接地電阻R1。A1的一端與輸入端IN、B1、F1的一端相連接，A1的另一端與D1、E1、H1、SW5A的一端相連接；B1的另一端與C1、J1、SW4A的一端相連接；F1的另一端與G1、SW6A的一端相連接；G1的另一端與J1的另一端、PA1的輸入端相連接；C1的另一端與D1的另一端、K1、SW3A的一端相連接；E1的另一端與R1、SW1A的一端相連接；H1的另一端與I1、SW2A的一端相連接；I1的另一端與K1的另一端、PA的輸入端相連接；SW1A、SW2A、SW3A、SW4A、SW5A、SW6A、R1的另一端分別接地。
上述輸出開關電路包括傳輸線A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2、H2、I2、J2、K2、開關器件SW1B、SW2B、SW3B、SW4B、SW5B、SW6B以及接地電阻R2。A2的一端與輸出端OUT、B2、F2的一端相連接，A2的另一端與D2、E2、H2、SW5B的一端相連接；B2的另一端與C2、J2、SW4B的一端相連接；F2的另一端與G2、SW6B的一端相連接；G2的另一端與J2的另一端、PA的輸出端相連接；C2的另一端與D2的另一端、K2、SW3B相連接；E2的另一端與R2、SW1B相連接；H2的另一端與I2、SW2B相連接；I2的另一端與K2的另一端、PA1的輸出端相連接；SW1B、SW2B、SW3B、SW4B、SW5B、SW6B、R2的另一端分別接地。
其中，上述各傳輸線的電長度都為1/4波導波長，傳輸線A1、C1、E1、F1、G1、H1、I1、J1、K1、A2、C2、E2、F2、G2、H2、I2、J2、K2的特徵阻抗為Z0，傳輸線B1、D1、B2、D2的特徵阻抗為Z0/，該Z0為50歐姆；電阻R1和R2為50歐姆。
換言之，SW1A與SW5A之間、SW2A與SW5A之間、SW2A與PA之間、SW3A與SW4A之間、SW3A與PA之間、SW4A與PA1之間、SW5A與IN之間、SW6A與IN之間、SW6A與PA1之間以及SW1B與SW5B之間、SW2B與SW5B之間、SW2B與PA1之間、SW3B與SW4B之間、SW3B與PA1之間、SW4B與PA之間、SW5B與OUT之間、SW6B與OUT之間、SW6B與PA1之間分別連接有一個特徵阻抗為Z0的傳輸線；SW3A與SW5A之間、SW4A與IN之間以及SW3B與SW5B之間、SW4B與OUT之間分別連接有一個特徵阻抗為Z0/的傳輸線。
根據上面的結構，第一實施例的功率放大器系統可以按照如下方式工作閉合SW1A、SW2A、SW3A、SW4A、SW5A和SW1B、SW3B、SW4B、SW6B，斷開SW6A和SW2B、SW5B，此時信號從IN進入，經過傳輸線F1、G1，經功率放大器PA1放大後，再經過傳輸線I2、H2、A2，然後從OUT輸出。此時該系統的工作狀態是功率放大器PA1工作，備份功率放大器PA不工作，相當於正常工作狀態。與現有技術中各功率放大器都要對輸入信號進行放大不同，本實施例中正常工作狀態下只有PA1放大輸入信號，並且輸入信號都只由PA1放大，而不會有PA參與放大，因此降低了對功率放大器的一致性要求。
閉合SW1A、SW3A、SW4A、SW6A和SW1B、SW2B、SW3B、SW4B、SW5B，斷開SW2A、SW5A和SW6B，此時信號從IN進入，經過傳輸線A1、H1、I1，經功率放大器PA放大後，再經過傳輸線G2、F2，然後從OUT輸出。此時該系統的工作狀態是備份功率放大器PA工作，功率放大器PA不工作，相當於熱備份。
閉合SW2A、SW6A和SW2B、SW6B，斷開SW1A、SW3A、SW4A、SW5A和SW1B、SW3B、SW4B、SW5B，此時信號從IN進入，經過輸入開關電路被分成兩路輸入PA1和PA，經功率放大器PA1和PA放大後，再經過輸出開關電路合成，然後從OUT輸出。此時該系統的工作狀態是功率放大器PA1和備份功率放大器PA同時工作，相當於互助。
第二實施例第一實施例中給出的是功率放大器的1+1熱備份和互助系統，在本發明的第二實施例中將給出功率放大器的3+1熱備份和互助系統。
參考圖3，第二實施例的功率放大器系統包括三個主用功率放大器PA1、PA2、PA3，一個備份功率放大器PA以及切換模塊，其中切換模塊包括輸入切換模塊和輸出切換模塊，由於有三個主用功率放大器，因此輸入切換模塊和輸出切換模塊分別包括對應的三個輸入開關電路和三個輸出開關電路。上述每個輸入開關電路具有功率分配和微波單刀雙擲開關功能，每個輸出開關電路具有功率合路和微波單刀雙擲開關功能。
參照圖3，以n代表1、2或3，PAn分別代表PA1、PA2和PA3。由於主用功率放大器PAn和備份功率放大器PA具有對等的地位，因此與第一實施例相比，在第二實施例中對調了主用功率放大器和備份功率放大器的位置。與功率放大器PAn對應的第n輸入開關電路包括傳輸線A1n、B1n、C1n、D1n、E1n、F1n、G1n、H1n、I1n、J1n、K1n、開關器件SW1An、SW2An、SW3An、SW4An、SW5An、SW6An以及接地電阻R1n。與PAn對應的第n輸出開關電路包括傳輸線A2n、B2n、C2n、D2n、E2n、F2n、G2n、H2n、I2n、J2n、K2n、開關器件SW1Bn、SW2Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW5Bn、SW6Bn以及接地電阻R2n。
在第n輸入開關電路中，A1n的一端與輸入端INn、B1n、F1n的一端相連接，A1n的另一端與D1n、E1n、H1n、SW5An的一端相連接；B1n的另一端與C1n、J1n、SW4An的一端相連接；F1n的另一端與G1n、SW6An的一端相連接；G1n的另一端與J1n的另一端、PA的輸入端相連接；C1n的另一端與D1n的另一端、K1n、SW3An的一端相連接；E1n的另一端與R1n、SW1An的一端相連接；H1n的另一端與I1n、SW2An相連接；I1n的另一端與K1n的另一端、PAn的輸入端相連接；SW1An、SW2An、SW3An、SW4An、SW5An、SW6An、R1n的另一端分別接地。
在第n輸出開關電路中，A2n的一端與輸出端OUTn、B2n、F2n的一端相連接，A2n的另一端與D2n、E2n、H2n、SW5Bn的一端相連接；B2n的另一端與C2n、J2n、SW4Bn的一端相連接；F2n的另一端與G2n、SW6Bn的一端相連接；G2n的另一端與J2n的另一端、PAn的輸出端相連接；C2n的另一端與D2n的另一端、K2n、SW3Bn的一端相連接；E2n的另一端與R2n、SW1Bn的一端相連接；H2n的另一端與I2n、SW2Bn的一端相連接；I2n的另一端與K2n的另一端、PA的輸出端相連接；SW1Bn、SW2Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW5Bn、SW6Bn、R2n的另一端分別接地。
其中，第二實施例中上述各傳輸線的電長度都1/4波導波長，傳輸線A1n、C1n、E1n、F1n、G1n、H1n、I1n、J1n、K1n、A2n、C2n、E2n、F2n、G2n、H2n、I2n、J2n、K2n的特徵阻抗為Z0，傳輸線B1n、D1n、B2n、D2n的特徵阻抗為Z0/，該Z0為50歐姆；電阻R1n和R2n為50歐姆。
根據上面描述的結構，第二實施例的功率放大器系統可以按照如下方式工作閉合SW1An、SW3An、SW4An、SW6An和SW1Bn、SW2Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW5Bn，斷開SW2An、SW5An和SW6Bn，此時各信號從INn進入，經過傳輸線A1n、H1n、I1n，經功率放大器PAn放大後，再經過傳輸線G2n、F2n，然後從OUTn輸出。此時該系統的工作狀態是主用功率放大器PAn工作，備份功率放大器PA不工作，相當於正常工作狀態。與現有技術中各功率放大器都要對每一路信號進行放大不同，本實施例中各功率放大器只放大一路信號，並且每路信號都只由一個功率放大器放大，因此降低了對功率放大器的一致性要求。
閉合SW1An、SW2An、SW3An、SW4An、SW5An和SW1Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW6Bn，斷開SW6An和SW2Bn、SW5Bn，此時信號從INn進入，經過傳輸線F1n、G1n，經功率放大器PAn放大後，再經過傳輸線I2n、H2n、A2n，然後從OUTn輸出。此時該系統的工作狀態是備份功率放大器PA工作，功率放大器PAn不工作，相當於將熱備份功率放大器PAn。同樣，與現有技術中各功率放大器都要對每一路信號進行放大不同，本實施例中各功率放大器只放大一路信號，並且每路信號都只由一個功率放大器放大，因此降低了對功率放大器的一致性要求。
閉合SW2An、SW6An和SW2Bn、SW6Bn，斷開SW1An、SW3An、SW4An、SW5An和SW1Bn、SW3Bn、SW4Bn、SW5Bn，此時信號從INn進入，經過輸入開關電路被分成兩路輸入PAn和PA，經功率放大器PAn和PA放大後，再經過輸出開關電路合成，然後從OUTn輸出。此時該系統的工作狀態是功率放大器PAn和備份功率放大器PA同時工作，共同放大正常工作狀態下由功率放大器PAn放大的信息，相當於PA和PAn互助。與現有技術中各功率放大器都要對每一路信號進行放大不同，本實施例中各功率放大器只放大一路信號，並且只有被PA和PAn放大的信號是由兩個功率放大器放大的，其餘的各路信號都只由一個功率放大器放大，因此這裡只需要滿足PA和PAn的一致性即可，而不是像現有技術中需要滿足所有功率放大器的一致性，因此降低了對功率放大器的一致性要求。
需要指出的是，與現有技術不同，無論是熱備份還是互助，只能針對一個主用功率放大器，其他主用功率放大器都處於正常工作狀態。這樣能保證扇區間的隔離度與各功率放大器的一致性無關。
例如，熱備份功率放大器PA1時，在第一輸入開關電路和第一輸出開關電路中，閉合SW1A1、SW2A1、SW3A1、SW4A1、SW5A1和SW1B1、SW3B1、SW4B1、SW6B1，斷開SW6A1和SW2B1、SW5B1；而在第二輸入開關電路、第二輸出開關電路、第三輸入開關電路和第三輸出開關電路中，閉合SW1A2、SW3A2、SW4A2、SW6A2、SW1B2、SW2B2、SW3B2、SW4B2、SW5B2、SW1A3、SW3A3、SW4A3、SW6A3、SW1B3、SW2B3、SW3B3、SW4B3、SW5B3，斷開SW2A2、SW5A2、SW6B2、SW2A3、SW5A3和SW6B3。此時，PA1不工作，PA2、PA3和PA工作，並且備份功率放大器PA放大的是正常工作狀態下由PA1放大的信號。
再例如，PA和PA1互助時，閉合SW2A1、SW6A1和SW2B1、SW6B1，斷開SW1A1、SW3A1、SW4A1、SW5A1和SW1B1、SW3B1、SW4B1、SW5B1；而在第二輸入開關電路、第二輸出開關電路、第三輸入開關電路和第三輸出開關電路中，閉合SW1A2、SW3A2、SW4A2、SW6A2、SW1B2、SW2B2、SW3B2、SW4B2、SW5B2、SW1A3、SW3A3、SW4A3、SW6A3、SW1B3、SW2B3、SW3B3、SW4B3、SW5B3，斷開SW2A2、SW5A2、SW6B2、SW2A3、SW5A3和SW6B3。此時，PA1、PA2、PA3和PA工作，並且PAI和PA並聯放大的正常工作狀態下由PA1放大的信號，PA2和PA3處於正常工作狀態。
第三實施例
與第一實施例和第二實施例不同，本發明的第三實施例提供了不同結構的輸入開關電路和輸出開關電路結構。第三實施例以1+1熱備份和互助系統來說明該系統。
參照圖4，第三實施例的功率放大器系統包括一個主用功率放大器PA1、一個備份功率放大器PA和切換模塊，其中切換模塊包括輸入切換模塊和輸出切換模塊，由於只有一個主用功率放大器，因此輸入切換模塊和輸出切換模塊分別包括一個輸入開關電路和一個輸出開關電路。上述輸入開關電路具有功率分配和微波單刀雙擲開關功能，輸出開關電路具有功率合路和微波單刀雙擲開關功能。
參照圖4，第三實施例的輸入開關電路包括傳輸線L1、P1、Q1、S1、T1、U1、V1、W1、X1、Y1、Z1、開關器件SW1C、SW2C、SW3C、SW4C、SW5C、SW6C以及接地電阻R1。L1的一端與輸入端IN、X1、T1、V1的一端相連接，L1的另一端與P1、SW1C的一端相連接；P1的另一端與Q1、SW2C的一端相連接；Q1的另一端與S1、W1的一端、PA1的輸入端相連接；S1的另一端與U1、SW6C、R1的一端相連接；T1的另一端與U1的另一端、Z1、SW5C的一端相連接；X1的另一端與Y1、SW4C的一端相連接；Y1的另一端與Z1的另一端、PA的輸入端相連接；V1的另一端與W1的另一端、SW3C的一端相連接；SW1C、SW2C、SW3C、SW4C、SW5C、SW6C、R1的另一端分別接地。
第三實施例中的輸出開關電路包括傳輸線L2、P2、Q2、S2、T2、U2、V2、W2、X2、Y2、Z2、開關器件SW1D、SW2D、SW3D、SW4D、SW5D、SW6D以及接地電阻R2。L2的一端與輸出端OUT、X2、T2、V2的一端相連接，L2的另一端與P2、SW1D的一端相連接；P2的另一端與Q2、SW2D的一端相連接；Q2的另一端與S2、W2的一端、PA的輸出端相連接；S2的另一端與U2、SW6D、R2的一端相連接；T2的另一端與U2的另一端、Z2、SW5D的一端相連接；X2的另一端與Y2、SW4D的一端相連接；Y2的另一端與Z2的另一端、PA1的輸出端相連接；V2的另一端與W2的另一端、SW3D的一端相連接；SW1D、SW2D、SW3D、SW4D、SW5D、SW6D、R2的另一端分別接地。
其中，上述各傳輸線的電長度都為1/4波導波長，傳輸線L1、P1、Q1、S1、T1、U1、L2、P2、Q2、S2、T2、U2的特徵阻抗為Z0，傳輸線V1、W1、X1、Y1、Z1、V2、W2、X2、Y2、Z2的特徵阻抗為 Z0，該Z0為50歐姆；電阻R1和R2為50歐姆。
換言之，SW1C與SW2C之間、SW1C與IN之間、SW2C與PA1之間、SW3C與PA1之間、SW5C與IN之間、SW6C與PA1之間以及SW1D與SW2D之間、SW1D與OUT之間、SW2D與PA之間、SW3D與PA之間、SW5D與OUT之間、SW6D與PA之間分別連接有一個特徵阻抗為Z0的傳輸線；SW3C與IN之間、SW4C與IN、SW4C與PA、SW5C與SW6C、SW5C與PA之間以及SW3D與OUT之間、SW4D與OUT、SW4D與PA1、SW5D與SW6D、SW5D與PA1之間分別連接有一個特徵阻抗為Z0的傳輸線。
根據以上描述的第三實施例系統的結構，該功率放大器系統可以以如下方式工作閉合SW1C、SW2C、SW4C、SW5C、SW6C和SW1D、SW2D、SW3D、SW5D、SW6D，斷開SW3C和SW4D，此時信號從IN進入，經過傳輸線V1、W1，經功率放大器PA1放大後，再經過傳輸線Y2、X2，然後從OUT輸出。此時該系統的工作狀態是功率放大器PA1工作，備份功率放大器PA不工作，相當於正常工作狀態。與現有技術中各功率放大器都要對輸入信號進行放大不同，本實施例中正常工作狀態下只有PA1放大輸入信號，並且輸入信號都只由PA1放大，而不會有PA參與放大，因此降低了對功率放大器的一致性要求。
閉合SW1C、SW2C、SW3C、SW5C、SW6C和SW1D、SW2D、SW4D、SW5D、SW6D，斷開SW4C和SW3D，此時信號從IN進入，經過傳輸線X1、Y1，經功率放大器PA放大後，再經過傳輸線W2、V2，然後從OUT輸出。此時該系統的工作狀態是備份功率放大器PA工作，功率放大器PA不工作，相當於熱備份。
閉合SW3C、SW4C和SW3D、SW4D，斷開SW1C、SW2C、SW5C、SW6C和SW1D、SW2D、SW5D、SW6D，此時信號從IN進入，經過輸入開關電路被分成兩路輸入PA1和PA，經功率放大器PA1和PA放大後，再經過輸出開關電路合成，然後從OUT輸出。此時該系統的工作狀態是功率放大器PA1和備份功率放大器PA同時工作，相當於互助。
根據第三實施例中所給出的輸入開關電路和輸出開關電路架構，以及主用功率放大器和備份功率放大器之間的關係，不難得出使用第三實施例輸入開關電路和輸出開關電路的功率放大器N+1熱備份和互助系統，這裡不再贅述。這裡僅為了簡要的目的，而沒有詳細描述使用第三實施例輸入開關電路和輸出開關電路的功率放大器N+1熱備份和互助系統。本領域普通技術人員應會明白，與第二實施例一樣，使用第三實施例輸入開關電路和輸出開關電路的功率放大器N+1熱備份和互助系統降低了對功率放大器的一致性要求。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種功率放大器系統，其特徵在於，該系統包括M個主用功率放大器和一個備份功率放大器，其中M為正整數；輸入切換模塊，分別與所述M個主用功率放大器以及所述備用功率放大器的輸入端相連接；輸出切換模塊，分別與所述M個主用功率放大器以及所述備用功率放大器的輸出端相連接，在該系統中，M路信號經過輸入切換模塊輸入到功率放大器處理後，由輸出切換模塊輸出。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述輸入切換模塊包括分別與所述M個主用功率放大器的輸入端相連接並且與所述備用功率放大器的輸入端相連接的M個輸入開關電路，用於將輸入其的信號輸入到與其連接的功率放大器。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，每個輸入開關電路包括第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第六開關器件、九個第一傳輸線、兩個第二傳輸線以及第一接地電阻；所述第二傳輸線的特徵阻抗為第一傳輸線的特徵阻抗的 且第一傳輸線和第二傳輸線的電長度為1/4波導波長；各開關器件和第一接地電阻的一端接地；第一開關器件的另一端與第一接地電阻的另一端相連接；第一開關器件與第五開關器件之間、第二開關器件與第五開關器件之間、第二開關器件與備份功率放大器之間、第三開關器件與第四開關器件之間、第三開關器件與備份功率放大器之間、第四開關器件與第N主用功率放大器之間、第五開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第六開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第六開關器件與第N主用功率放大器之間分別連接有一個第一傳輸線；第三開關器件與第五開關器件之間、第四開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間分別連接有一個第二傳輸線；通過閉合第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件及斷開第六開關器件將輸入該輸入開關電路的信號輸入到與該輸入開關電路相連接的主用功率放大器，以及通過閉合第一開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第六開關器件及斷開第二開關器件、第五開關器件將輸入該輸入開關電路的信號輸入到所述備份功率放大器。
4.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，每個輸入開關電路包括第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第六開關器件、六個第三傳輸線、五個第四傳輸線以及第三接地電阻；所述第四傳輸線的特徵阻抗為第三傳輸線的特徵阻抗的 倍，且第三傳輸線和第四傳輸線的電長度為1/4波導波長；各開關器件和第三接地電阻的一端接地；第六開關器件的另一端與第三接地電阻的另一端相連接；第一開關器件與第二開關器件之間、第一開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第二開關器件與第N主用功率放大器之間、第三開關器件與第N主用功率放大器之間、第五開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第六開關器件與第N主用功率放大器之間分別連接有一個第三傳輸線；第三開關器件與第N輸入開關電路的輸入端之間、第四開關器件與第N輸入開關電路的輸入端、第四開關器件與備份功率放大器、第五開關器件與第六開關器件、第五開關器件與備份功率放大器之間分別連接有一個第四傳輸線；通過閉合第一開關器件、第二開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第六開關器件及斷開第三開關器件將輸入該輸入開關電路的信號輸入到與該輸入開關電路相連接的主用功率放大器，以及通過閉合第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第五開關器件、第六開關器件及斷開第四開關器件將輸入該輸入開關電路的信號輸入到所述備份功率放大器。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述輸出切換模塊包括分別與所述M個主用功率放大器的輸出端相連接並且與所述備用功率放大器的輸出端相連接的M個輸出開關電路，用於輸出經與其相連接的功率放大器放大後的信號。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，每個輸出開關電路包括第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第十一開關器件、第十二開關器件、九個第一傳輸線、兩個第二傳輸線以及第二接地電阻；所述第二傳輸線的特徵阻抗為第一傳輸線的特徵阻抗的 且第一傳輸線和第二傳輸線的電長度為1/4波導波長；各開關器件和第二接地電阻的一端接地；第七開關器件的另一端與第二接地電阻的另一端相連接；第七開關器件與第十一開關器件之間、第八開關器件與第十一開關器件之間、第八開關器件與第N主用功率放大器之間、第九開關器件與第十開關器件之間、第九開關器件與第N主用功率放大器之間、第十開關器件與備份功率放大器之間、第十一開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第十二開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第十二開關器件與第N主用功率放大器之間分別連接有一個第一傳輸線；第九開關器件與第十一開關器件之間、第十開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間分別連接有一個第二傳輸線；通過閉合第七開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第十二開關器件及斷開第八開關器件、第十一開關器件輸出經與該輸出開關電路相連接的主用功率放大器放大的信號，以及通過閉合第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第十一開關器件及斷開第十二開關器件輸出經所述備份功率放大器放大的信號。
7.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，每個輸出開關電路包括第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第十一開關器件、第十二開關器件、六個第三傳輸線、五個第四傳輸線以及第四接地電阻；所述第四傳輸線的特徵阻抗為第三傳輸線的特徵阻抗的 倍，且第三傳輸線和第四傳輸線的電長度為1/4波導波長；各開關器件和第三接地電阻的一端接地；第十二開關器件的另一端與第三接地電阻的另一端相連接；第七開關器件與第八開關器件之間、第七開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第八開關器件與備份功率放大器之間、第九開關器件與備份功率放大器之間、第十一開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第十二開關器件與備份功率放大器之間分別連接有一個第三傳輸線；第九開關器件與第N輸出開關電路的輸出端之間、第十開關器件與第N輸出開關電路的輸出端、第十開關器件與第N主用功率放大器、第十一開關器件與第十二開關器件、第十一開關器件與第N主用功率放大器之間分別連接有一個第四傳輸線；通過閉合第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十一開關器件、第十二開關器件及斷開第十開關器件輸出經與該輸出開關電路相連接的主用功率放大器放大的信號，以及通過閉合第七開關器件、第八開關器件、第十開關器件、第十一開關器件、第十二開關器件及斷開第九開關器件輸出經所述備份功率放大器放大的信號。
全文摘要
本發明公開了一種功率放大器系統，包括M個主用功率放大器和一個備份功率放大器，其中M為正整數；輸入切換模塊，分別與所述M個主用功率放大器以及所述備用功率放大器的輸入端相連接；輸出切換模塊，分別與所述M個主用功率放大器以及所述備用功率放大器的輸出端相連接，在該系統中，M路信號經過輸入切換模塊輸入到功率放大器處理後，由輸出切換模塊輸出。本發明中的備份功率放大器單獨存在，能夠在不停機的情況下立即替代出故障的主用功率放大器工作，本發明所提供的系統各路信號間的隔離度與功率放大器的一致性無關，能夠從根本上降低對功率放大器的移植性的要求。
文檔編號H04B1/74GK1852024SQ20051013029
公開日2006年10月25日 申請日期2005年12月8日 優先權日2005年12月8日
發明者袁文欣 申請人:華為技術有限公司