專利名稱：多通道射頻相位匹配控制裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及數(shù)字電視多通道射頻相位匹配控制領域，主要是一種多通道射頻 相位匹配控制裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)字電視廣播技術(shù)(包括衛(wèi)星廣播、電纜廣播及地面廣播)是最近十幾年發(fā)展起 來的高新技術(shù)。目前已經(jīng)成為包括我國在內(nèi)的全球信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。這一技術(shù)的 發(fā)展，引發(fā)了廣播電視業(yè)界的一場技術(shù)革命。廣播電視從黑白電視、彩色電視，正進入數(shù)字 化時代。近年來，隨著功率合成技術(shù)逐步成熟，使得大功率功放模塊廣泛應用在廣播電視發(fā) 射機上。全固態(tài)發(fā)射機從小功率的100W、300W逐漸發(fā)展到大功率的1KW、3KW甚至5KW以上， 其具有高效、穩(wěn)定、安全及易維護等優(yōu)點，成為目前廣播電視的主流設備。功放模塊中，功放 器件采用MOS FET/金屬-氧化物-半導體場效應管。但是MOS FET單個固態(tài)功放單元最 大輸出功率一般不超過500W，為了達到發(fā)射機的額定輸出功率，必須采用功率合成技術(shù)，將 多個各自獨立的固態(tài)功放單元的輸出功率進行合成，以獲得足夠大的輸出功率。射頻功率合成應滿足功率相加條件。同級各個放大單元輸出的相位相等時，如果 每個放大單元供給匹配負載的額定功率為Pi，則η個放大單元輸出負載的總功率為nPi。這 就要求功率合成時各個通道的相位特性一樣。但由于器件的離散性等原因，不可能每個通 道的相移量都是一樣的，這樣在功率合成時必然會有相位誤差。相位誤差又會影響功率合 成的效率。所以需要在每個通道增加相位調(diào)整的電路，保證在功率合成時各個通道的相位 是一致的。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的正是要克服通信系統(tǒng)工作制式為FDD時收發(fā)射頻鏈路不能共 用的難題，而提供一種多通道射頻相位匹配控制裝置，特別適應于多路射頻大功率合成。本實用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種多通道射頻相位匹配控制裝 置，包括輸入耦合器、多通道功率分配器、相位移位器、功率放大器、多通道大功率合成器、 輸出耦合器、輸入功率檢測器、輸出功率檢測器和微控制器。射頻信號經(jīng)過輸入耦合器提取 部分輸入信號檢測輸入整個裝置的輸入功率，接著通過多通道功率分配器把射頻信號分成 多個支路，每個支路的射頻信號都需要通過相位移位器和功率放大器進行相位調(diào)整和功率 放大，然后所有支路通過多通道大功率合成器，把所有支路的射頻功率相加后進入到輸出 耦合器，輸出耦合器用來提取輸出信號檢測整個裝置的輸出功率。檢測出來的輸入輸出功 率信號送入到微控制器進行量化分析處理后，采用輸出功率最大化的自適應準則分別控制 各個通道的相位移位器，使各個通道的射頻信號在功率合成時的相位一致，減少由于相位 誤差帶來的合成損耗。輸入耦合器提取部分輸入信號輸送到輸入功率檢測器，把射頻輸入信號功率轉(zhuǎn)化 為控制器能測量的模擬直流信號；
3[0007]輸出耦合器提取部分輸出信號輸送到輸出功率檢測器，把射頻輸出信號功率轉(zhuǎn)化 為控制器能測量的模擬直流信號；多通道功率分配器，用于把射頻信號等功率分成至少三個支路，分配的多個通道 的射頻幅度和相位特性完全一樣；多通道大功率合成器，用于把至少三個支路的射頻信號合成在一起，實現(xiàn)多個射 頻支路信號的功率相加的功能。此合成器必須能承受不少于1000W的平均功率。合成器的 輸入支路數(shù)必須和分配的輸出支路數(shù)相同；相位移位器，由一個電橋和兩顆變?nèi)荻O管組成。電橋把射頻信號分成兩路，通過 變?nèi)荻O管改變射頻信號的相位后反射到與電橋輸入端對應的隔離端輸出；微控制器控制 變?nèi)荻O管的反向電壓，改變反向電壓的大小改變變?nèi)荻O管的電容值，從而達到控制射 頻信號相移量的目的。功率放大器，由多級射頻鏈路組成，實現(xiàn)射頻信號的功率放大，至少輸出400W的 平均功率。作為優(yōu)選，輸入耦合器的耦合系數(shù)不能小于20dB，這樣可以使輸入耦合器的插損 很小。輸出耦合器的耦合系數(shù)不能小于40dB，這樣可以使輸出耦合器的插損很小，減少輸出 功率損耗。作為優(yōu)選，微控制器，包括8個通道的IObit A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號；包括8個通道的IObit D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號；包括 ARM內(nèi)核，能運行各種復雜算法；包括存儲模塊，用于存儲程序和數(shù)據(jù)。本實用新型所述的多通道射頻相位匹配控制方法，采用相位匹配控制算法，使各 個通道的射頻信號在到達多通道大功率合成器合成時的相位一致，包括如下步驟a.上電后，初始化各個通道內(nèi)相位移位器的控制電壓P1、P2、……、Pn ；b.采樣量化輸入功率檢測器輸出的直流信號，記錄此時的射頻輸入功率；c.依次調(diào)整各個通道內(nèi)相位移位器的控制電壓，使輸出功率檢測器輸出的直流信 號達到最大值；d.循環(huán)跳轉(zhuǎn)至步驟b。本實用新型有益的效果是本實用新型提出一種多通道射頻相位匹配控制裝置和 方法，使各個通道的射頻信號在到達合成器合成時的相位，減少由于相位誤差帶來的合成 損耗，提高合成效率。

附圖1是本實用新型原理框圖；附圖2是相位移位器原理圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及舉例， 對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的舉例僅僅用以解釋本實用新 型，并不用于限定本實用新型。本實用新型提出了一種多通道射頻相位匹配控制裝置，包括輸入耦合器、多通道功率分配器、相位移位器、功率放大器、多通道大功率合成器、輸出耦合器、輸入功率檢測 器、輸出功率檢測器和微控制器，實現(xiàn)多通道射頻大功率合成的功能。輸入耦合器和輸入功率檢測器，輸入耦合器提取部分輸入信號輸送到輸入功率檢 測器，把射頻輸入信號功率轉(zhuǎn)化為控制器可以測量的模擬直流信號。輸入耦合器的耦合端 用于提取輸入的射頻信號，耦合系數(shù)不能小于20dB，這樣可以降低輸入耦合器的插損，輸入 信號低損耗通過輸入耦合器，更多的射頻功率進入到后面各個通道進行功率放大。輸入功 率檢測器采用真值功率檢測器，進入到檢測器輸入端的射頻功率(單位為dBm)和轉(zhuǎn)換后輸 出的直流電壓信號成正比例關(guān)系，輸入到檢測器的信號功率越大，轉(zhuǎn)換后輸出的直流信號 也越大。采用真值功率檢測方式大大可降低輸入信號峰均值比(PAR)對檢測精度的影響。輸出耦合器和輸出功率檢測器，輸出耦合器提取部分輸出信號輸送到輸出功率檢 測器，把射頻輸出信號功率轉(zhuǎn)化為控制器可以測量的模擬直流信號。輸出耦合器的耦合端 用來提取輸出的射頻信號，耦合系數(shù)不能小于40dB，這樣可以使輸出耦合器的插損很小，減 少輸出功率損耗，提高整個系統(tǒng)的效率。輸出功率檢測器也采用真值功率檢測器，進入到檢 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成正比例關(guān)系，輸入到 檢測的信號功率越大，轉(zhuǎn)換后輸出的直流信號也越大。多通道功率分配器，把射頻信號等功率分成至少三個支路。分配的多個通道的射 頻幅度和相位特性完全一樣。多通道大功率合成器，其特征在于把至少三個支路的射頻信號合成在一起，實現(xiàn) 多個射頻支路信號的功率相加的功能。此合成器必須能承受不少于1000W的平均功率。合 成器的輸入支路數(shù)必須和分配的輸出支路數(shù)相同。相位移位器(如附圖2所示)，主要由一個3dB電橋CPl和兩顆變?nèi)荻O管Dl、 D2組成。3dB電橋把射頻信號分成兩路(電橋CPl的3、4腳)，通過變?nèi)荻O管改變射頻 信號的相位后反射到與3dB電橋輸入端(電橋CPl的1腳)對應的隔離端(電橋CPl的2 腳)輸出。變?nèi)荻O管的反向電壓由為控制器控制(PiSet)。改變反向電壓的大小可以改 變變?nèi)荻O管的電容值，從而達到控制射頻信號相移量的目的。為控制器輸出的控制電壓 在0 12V范圍內(nèi)，相移器的相移在0 105°范圍內(nèi)。微控制器，包括8個通道的IObit A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號；包括8個通道的IObit D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號；包括ARM內(nèi)核，能 運行各種復雜算法；包括存儲模塊，用于存儲程序和數(shù)據(jù)。功率放大器，由多級射頻鏈路組成，實現(xiàn)射頻信號的功率放大，末級功率放大器采 用LDMOS器件，至少輸出400W的平均功率。由于數(shù)字電視射頻信號的峰均值比(PAR)很高 (> IOdB)，這樣末級放大器件要有峰值功率4000W，而單個LDMOS沒有這個峰值輸出能力， 所以末級放大采用由4顆LDMOS以平衡放大的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。目前在這個系統(tǒng)中比較適合的 LDMOS器件有MRF6VP3450H。每個通道采用一樣的功率放大器，但由于器件的離散性等原 因，不可能每個通道的相移量都是一樣的，這樣在功率合成時必然會有相位誤差。相位誤差 又會影響功率合成的效率。所以需要在每個通道增加相位調(diào)整的電路，保證在功率合成時 各個通道的相位是一致的。相位匹配控制算法，使各個通道的射頻信號在到達合成器合成時的相位一致，減 少由于相位誤差帶來的合成損耗。在特定輸入功率情況下，采用輸出功率最大化的準則。主要包括如下步驟a.上電后，初始化各個通道內(nèi)相位移位器的控制電壓PI、P2、……、Pn。b.采樣量化輸入功率檢測器輸出的直流信號，記錄此時的射頻輸入功率。c.依次調(diào)整各個通道內(nèi)相位移位器的控制電壓，使輸出功率檢測器輸出的直流信 號達到最大值。d.循環(huán)跳轉(zhuǎn)至步驟b，如此循環(huán)多次，直到輸出功率已最大了。本實用新型能自適應控制多通道射頻功率合成時的相位匹配，保證功率合成時各 個通道的相位一致。具有穩(wěn)定、高效、簡捷等特點?？梢岳斫獾氖?，對本領域技術(shù)人員來說，對本實用新型的技術(shù)方案及實用新型構(gòu) 思加以等同替換或改變都應屬于本實用新型所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種多通道射頻相位匹配控制裝置，其特征是包括輸入耦合器、多通道功率分配 器、相位移位器、功率放大器、多通道大功率合成器、輸出耦合器、輸入功率檢測器、輸出功 率檢測器和微控制器，其中，輸入耦合器提取部分輸入信號輸送到輸入功率檢測器，把射頻輸入信號功率轉(zhuǎn)化為控 制器能測量的模擬直流信號；輸出耦合器提取部分輸出信號輸送到輸出功率檢測器，把射頻輸出信號功率轉(zhuǎn)化為控 制器能測量的模擬直流信號；多通道功率分配器，用于把射頻信號等功率分成至少三個支路，分配的多個通道的射 頻幅度和相位特性完全一樣；多通道大功率合成器，用于把至少三個支路的射頻信號合成在一起，合成器的輸入支 路數(shù)必須和分配的輸出支路數(shù)相同；相位移位器，由一個電橋和兩顆變?nèi)荻O管組成。電橋把射頻信號分成兩路，通過變?nèi)?二極管改變射頻信號的相位后反射到與電橋輸入端對應的隔離端輸出；微控制器控制變?nèi)?二極管的反向電壓，改變反向電壓的大小改變變?nèi)荻O管的電容值； 功率放大器，由多級射頻鏈路組成，用于實現(xiàn)射頻信號的功率放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道射頻相位匹配控制裝置，其特征是輸入耦合器的耦 合系數(shù)不能小于20dB，輸出耦合器的耦合系數(shù)不能小于40dB。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道射頻相位匹配控制裝置，其特征是微控制器，包括8 個通道的IObit A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；包括8個通道的IObit D/ A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號；包括ARM內(nèi)核，能運行各種復雜算法；包括存儲 模塊，用于存儲程序和數(shù)據(jù)。
專利摘要本實用新型涉及一種多通道射頻相位匹配控制裝置，包括輸入耦合器、多通道功率分配器、相位移位器、功率放大器、多通道大功率合成器、輸出耦合器、輸入功率檢測器、輸出功率檢測器和微控制器。射頻信號經(jīng)過輸入耦合器提取部分輸入信號檢測輸入整個裝置的輸入功率，接著通過多通道功率分配器把射頻信號分成多個支路，每個支路的射頻信號都需要通過相位移位器和功率放大器進行相位調(diào)整和功率放大，然后所有支路通過多通道大功率合成器，把所有支路的射頻功率相加后進入到輸出耦合器，輸出耦合器用來提取輸出信號檢測整個裝置的輸出功率。本實用新型有益的效果是使各個通道的射頻信號在功率合成時的相位一致，減少由于相位誤差帶來的合成損耗。
文檔編號H04N5/38GK201910863SQ20102068534
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者吳志堅, 賴敏福 申請人:三維通信股份有限公司