CN108761234A - 多通道功率放大器 - Google Patents

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邹子英
田禾箐
刘麒
吴佳欢
金善益
赵士桢
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Abstract

本发明公开了一种多通道功率放大器，矩阵射频开关模块包括N个输出射频开关，N‑2个输入射频开关，M+1个功分器，M个同轴线，2个独立搭接端子；M为N/2取整数；N个独立的信号输入端口中的N‑2个分别接N‑2个输入射频开关，另外2个分别接2个独立搭接端子；N个输出射频开关分别接N个信号放大单元；M+1个功分器同M个同轴线依次间隔排列；每个输入射频开关选择连接一个同轴线的输入端搭接端子或毗邻的一个功分器输入端搭接端子；N个输出射频开关中的2个选择连接一个独立搭接端子或功分器输出端搭接端子，另外N‑2个选择连接一个同轴线的输出端搭接端子或功分器输出端搭接端子。本发明能提高射频抗扰度试验的准确性，提高试验速度。

Description

多通道功率放大器
技术领域
本发明涉及电磁兼容试验技术领域，特别涉及一种用于多频率射频抗扰度试验的多通道功率放大器。
背景技术
射频抗扰度试验主要模拟无线通信设备等有意发射体对其他设备造成射频辐射或传导干扰的现象，是电磁兼容试验中非常关键的试验项目。其传统的试验方法是对试验频段内的频率点逐个进行试验，试验耗时长，成本高。多频率射频抗扰度试验方法是当前国际电磁兼容标准中的前沿技术，该试验方法是在传统单频率射频抗扰度试验方法的基础上，由多个频率信号替代单个频率信号，使多个频率的射频干扰信号同时施加到受试设备，节省总体试验时间，从而实现快速高效试验，为企业缩短研发周期，节省成本。
在多频率射频抗扰度试验中，传统功率放大器包含一个信号输入端口和一个输出信号端口，当多频率射频干扰信号通过单个信号输入端口输入时，多频率干扰信号会融合为一路信号。由于功率放大器的非线性特性，多频率干扰信号在功率放大过程会在基频信号之间产生新的频率分量，形成非线性互调效应，这将影响射频抗扰度试验的准确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多通道功率放大器，能提高射频抗扰度试验的准确性，硬件上较易实现，便于用户操作进，降低功率放大器的负荷，可实现多频率试验的硬件连接，结构稳定可靠，提高试验速度。
为解决上述技术问题，本发明提供的多通道功率放大器，其包括一个信号输入端口矩阵、一个矩阵射频开关模块、一个功率放大模块和一个信号输出端口；
所述功率放大模块，包括N个信号放大单元和一个合路器，用于把矩阵射频开关模块输出的不同频率干扰信号分别独立功率放大并通过合路器合成一路信号输出到信号输出端口；
所述信号输入端口矩阵，包含N个独立的信号输入端口；
所述矩阵射频开关模块，包括N个输出射频开关，N-2个输入射频开关，M+1个功分器，M个同轴线，2个独立搭接端子；
N为大于等于2的整数，M为N/2取整数；
所述信号输入端口矩阵的N个独立的信号输入端口中的N-2个分别接所述N-2个输入射频开关；
所述信号输入端口矩阵的N个独立的信号输入端口中的另外2个分别接所述2个独立搭接端子；
所述N个输出射频开关分别接所述功率放大模块中的N个信号放大单元；
所述M+1个功分器同所述M个同轴线依次间隔排列；
所述N-2个输入射频开关中的每一个根据选择控制信号分别对应选择连接一个同轴线的输入端搭接端子或同该同轴线毗邻的任何一个功分器的输入端搭接端子；
所述N个输出射频开关中的2个，根据选择控制信号分别对应选择连接一个独立搭接端子或功分器的输出端搭接端子；
所述N个输出射频开关中的另外N-2个，每一个根据选择控制信号分别对应选择连接一个同轴线的输出端搭接端子或功分器的输出端搭接端子。
较佳的，所述N个输出射频开关中的2个，根据选择控制信号分别对应选择连接一个独立搭接端子或该独立搭接端子毗邻的功分器的输出端搭接端子；
所述N个输出射频开关中的另外N-2个，每一个根据选择控制信号分别对应选择连接一个同轴线的输出端搭接端子或该同轴线毗邻的功分器的输出端搭接端子。
较佳的，所述M+1个功分器，由M个三端口功分器及一个(1+N)端口的功分器组成。
所述三端口功分器设有1个输入端及2个输出端，用于把一路信号按照功率等分为两路信号；
所述(1+N)端口的功分器设有1个输入端及N个输出端，用于把一路信号按照功率等分为N路信号。
较佳的，N为4，M为2。
较佳的，每个信号放大单元包括多个信号放大模块，对信号进行多级依次放大。
较佳的，每个信号放大单元包括多个信号放大模块，对信号进行多路同时放大。
较佳的，连通到一个独立搭接端子的信号放大单元的工作频段与连通到该独立搭接端子的信号输入端口的输入射频干扰信号的频率相匹配；
连通到一个同轴线的输出端搭接端子的信号放大单元的工作频段与连通到该同轴线的输入端搭接端子的信号输入端口的输入射频干扰信号的频率相匹配。
较佳的，所述N个信号放大单元的工作频段互不相同。
本发明的多通道功率放大器，通过矩阵射频开关模块38的开关把不同数量信号输入端口切换连接至功率放大模块39的不同信号放大单元，从而实现把多个频率的射频干扰信号按照频率不同从信号输入端口矩阵37的不同输入端口输入，并在功率放大模块39的不同信号放大单元中独立传输放大，不同频率的射频干扰信号被独立传输并放大，以有效降低多频率信号间的非线性互调，提高射频抗扰度试验的准确性，最后在信号输出端口36通过合路输出多频率大功率信号，用于多频率射频抗扰度试验。该多通道功率放大器，矩阵射频开关模块38可以程控，硬件上较易实现，便于用户操作进行开关切换通道；把多频率信号不限带宽的独立传输放大，解决了多频率试验***复杂且不稳定、多频率信号混合传输引起多频率信号间互调等问题，并且可以通过通道切换来实现功率放大器放大模块间的功率均衡，从而降低功率放大器的负荷。只需要结合目前的传统试验***，把N个信号源的输出端口对应连接至该多通道功率放大器的N个信号输入端口，即可实现多频率试验的硬件连接，结构稳定可靠，在理论上可以使试验速度提高N倍(因为传统是用单个频率点逐个进行试验)。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的多通道功率放大器一实施例的结构示意图；
图2是本发明的多通道功率放大器一实施例的四频率通道切换状态的结构示意图；
图3是本发明的多通道功率放大器一实施例的三频率通道切换状态的结构示意图；
图4是本发明的多通道功率放大器一实施例的两频率通道切换状态的结构示意图；
图5是本发明的多通道功率放大器一实施例的单频率通道切换状态的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，多通道功率放大器包括一个信号输入端口矩阵37、一个矩阵射频开关模块38、一个功率放大模块39和一个信号输出端口36；
所述功率放大模块39，包括N个信号放大单元和一个合路器35，用于把矩阵射频开关模块38输出的不同频率干扰信号分别独立功率放大并通过合路器合成一路信号输出到信号输出端口36；
所述信号输入端口矩阵37，包含N个独立的信号输入端口；
所述矩阵射频开关模块38，包括N个输出射频开关，N-2个输入射频开关，M+1个功分器，M个同轴线，2个独立搭接端子；
N为大于等于2的整数，M为N/2取整数；
所述信号输入端口矩阵37的N个独立的信号输入端口中的N-2个分别接所述N-2个输入射频开关；
所述信号输入端口矩阵37的N个独立的信号输入端口中的另外2个分别接所述2个独立搭接端子；
所述N个输出射频开关分别接所述功率放大模块中的N个信号放大单元；
所述M+1个功分器同所述M个同轴线依次间隔排列；
所述N-2个输入射频开关中的每一个根据选择控制信号分别对应选择连接一个同轴线的输入端搭接端子或同该同轴线毗邻的任何一个功分器的输入端搭接端子；
所述N个输出射频开关中的2个，根据选择控制信号分别对应选择连接一个独立搭接端子或功分器输出端搭接端子；
所述N个输出射频开关中的另外N-2个，每一个根据选择控制信号分别对应选择连接一个同轴线的输出端搭接端子或功分器输出端搭接端子。
较佳的，所述N个输出射频开关中的2个，根据选择控制信号分别对应选择连接一个独立搭接端子或该独立搭接端子毗邻的功分器的输出端搭接端子；
所述N个输出射频开关中的另外N-2个，每一个根据选择控制信号分别对应选择连接一个同轴线的输出端搭接端子或该同轴线毗邻的功分器的输出端搭接端子。
实施例一的多通道功率放大器，通过矩阵射频开关模块38的开关把不同数量信号输入端口切换连接至功率放大模块39的不同信号放大单元，从而实现把多个频率的射频干扰信号按照频率不同从信号输入端口矩阵37的不同输入端口输入，并在功率放大模块39的不同信号放大单元中独立传输放大，不同频率的射频干扰信号被独立传输并放大，以有效降低多频率信号间的非线性互调，提高射频抗扰度试验的准确性，最后在信号输出端口36通过合路输出多频率大功率信号，用于多频率射频抗扰度试验。该多通道功率放大器，矩阵射频开关模块38可以程控，硬件上较易实现，便于用户操作进行开关切换通道；把多频率信号不限带宽的独立传输放大，解决了多频率试验***复杂且不稳定、多频率信号混合传输引起多频率信号间互调等问题，并且可以通过通道切换来实现功率放大器放大模块间的功率均衡，从而降低功率放大器的负荷。只需要结合目前的传统试验***，把N个信号源的输出端口对应连接至该多通道功率放大器的N个信号输入端口，即可实现多频率试验的硬件连接，结构稳定可靠，在理论上可以使试验速度提高N倍(因为传统是用单个频率点逐个进行试验)。
实施例二
基于实施例一的多通道功率放大器，所述矩阵射频开关模块38中的M+1个功分器，由M个三端口功分器及一个(1+N)端口的功分器组成。
所述三端口功分器设有1个输入端及2个输出端，用于把一路信号按照功率等分为两路信号；
所述(1+N)端口的功分器设有1个输入端及N个输出端，用于把一路信号按照功率等分为N路信号。
实施例二的多通道功率放大器，信号输入端口矩阵37用于N个射频干扰信号输入，功率放大模块39用于把矩阵射频开关模块38输出的不同频率干扰信号分别独立功率放大并通过合路器合成一路信号输出到信号输出端口，三端口功分器用于把一路信号按照功率等分为两路信号，(1+N)端口的功分器设有1个输入端及N个输出端用于把一路信号按照功率等分为N路信号；信号输出端口作为多通道功率放大器的最终输出端口，用于经过功率放大后的射频信号输出。
实施例三
基于实施例二的多通道功率放大器，如图1所示，N为4，M为2。即：
所述功率放大模块39，包含4个信号放大单元31，32，33，34；
所述信号输入端口矩阵37包含4个独立的信号输入端口1，2，3，4；
所述矩阵射频开关模块38包括2个三端口功分器17，18，一个五端口的功分器19，4个输出射频开关6,10,14,16，2个输入射频开关7,11，2个同轴线，2个独立搭接端子5,15；
2个同轴线将其两端的搭接端子分别同输出射频开关10,14及输入射频开关7,11相连组成两个直通路。
较佳的，每个信号放大单元包括多个信号放大模块，对信号进行多级依次放大。
较佳的，每个信号放大单元包括多个信号放大模块，对信号进行多路同时放大。
较佳的，连通到一个独立搭接端子的信号放大单元的工作频段与连通到该独立搭接端子的信号输入端口的输入射频干扰信号的频率相匹配；
较佳的，连通到一个同轴线的输出端搭接端子的信号放大单元的工作频段与连通到该同轴线的输入端搭接端子的信号输入端口的输入射频干扰信号的频率相匹配。
较佳的，所述N个信号放大单元的工作频段互不相同。不同通路中信号放大单元的工作频段不相同，所有通路中信号放大单元的工作频段的集合应该覆盖整个试验频段，以降低成本。
第一同轴线两端为输入端搭接端子8及输出端搭接端子9；
第二同轴线两端为输入端搭接端子12及输出端搭接端子13；
第一三端口功分器17的端口分别接输入端搭接端子20及输出端搭接端子21,22；
第二三端口功分器18的端口分别接输入端搭接端子23及输出端搭接端子24,25；
五端口功分器19的端口分别接输入端搭接端子26及输出端搭接端子27,28,29,30。
图2所示是该多通道功率放大器的四频率通道切换状态示意图，当需要执行四频率射频抗扰度试验时，可切换矩阵射频开关模块38，使射频开关6、7、10、11、14、16分别接到搭接端子5、8、9、12、13、15，形成直通的通路，四个频率的射频干扰信号通过四个信号输入端口1、2、3、4分别输入到功率放大模块39的四个信号放大单元31、32、33、34，使每个频率的干扰信号被独立放大，期间可以有效避免不同频率信号间的非线性互调，最后经过放大后的四个频率信号通过合路器35合成一路，再从信号输出端口36输出四频率射频干扰信号。
图3所示是该多通道功率放大器的三频率通道切换状态示意图，当需要执行三频率射频抗扰度试验时，可切换矩阵射频开关模块38，使射频开关6、7、10、11、14、16分别接到搭接端子21、20、22、12、13、15，使信号输入端口2搭接至三端口功分器17的输入端搭接端子20，其干扰信号可按功率等分为两路后分别输入到信号放大单元31，32同时进行放大；信号输入端口3，4的干扰信号可以分别通过形成的直通通路直接输入到信号放大单元33，34进行独立放大，最后经过放大后的三个频率信号通过合路器35合成一路，再从信号输出端口36输出三频率射频干扰信号。由于信号输入端口2同时连接至两个信号放大单元31，32，具有相对较大的功率承载能力，所以三个频率干扰信号中较大功率的干扰信号可接到信号输入端口2，以起到功率均衡的作用，从而降低功率放大器的负荷。
图4所示是该多通道功率放大器的两频率通道切换状态示意图，当需要执行两频率射频抗扰度试验时，可切换矩阵射频开关模块38，使射频开关6、7、10、11、14、16分别接到搭接端子21，20，22，23，24，25，使信号输入端口2搭接至三端口功分器17的输入端搭接端子20，其干扰信号可按功率等分为两路后分别输入到信号放大单元31，32同时进行放大；信号输入端口3搭接至三端口功分器18的输入端搭接端子23，其干扰信号可按功率等分为两路后分别输入到信号放大单元33，34同时进行放大。从而使信号输入端口2，3的两个频率信号被独立放大，最后经过放大后的两个频率信号通过合路器35合成一路，再从信号输出端口36输出两频率射频干扰信号。
图5所示是该多通道功率放大器的单频率通道切换状态示意图，当需要执行单频率射频抗扰度试验时，可切换矩阵射频开关模块38，使射频开关6、7、10、14、16分别接到搭接端子27，26，28，29，30，使信号输入端口2搭接至五端口功分器19的输入端搭接端子26，其干扰信号可按功率等分为四路后分别输入到信号放大单元31，32，33，34同时进行放大，最后经过放大后的频率信号经过合路器35再从信号输出端口36输出单频率射频干扰信号。
在辐射抗扰度试验过程中，由于受到发射天线的增益或者试验场地的电压驻波比等因素的影响，在某些频率上，要达到特定的试验场强就需要更大的功率放大器输出功率。因此，基于功率均衡原则，在执行四频率辐射抗扰度试验过程中，当某些频率上试验所需的功率超出功率放大器的额定功率时，可以通过功率放大器向下切换，形成三频率或两频率或单频率的通道切换状态来对这些频率点进行试验，从而到达试验所需功率要求，并提高功率放大器的利用效率。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多通道功率放大器，其特征在于，包括一个信号输入端口矩阵、一个矩阵射频开关模块、一个功率放大模块和一个信号输出端口；
所述功率放大模块，包括N个信号放大单元和一个合路器，用于把矩阵射频开关模块输出的不同频率干扰信号分别独立功率放大并通过合路器合成一路信号输出到信号输出端口；
所述信号输入端口矩阵，包含N个独立的信号输入端口；
所述矩阵射频开关模块，包括N个输出射频开关，N-2个输入射频开关，M+1个功分器，M个同轴线，2个独立搭接端子；
N为大于等于2的整数，M为N/2取整数；
所述信号输入端口矩阵的N个独立的信号输入端口中的N-2个分别接所述N-2个输入射频开关；
所述信号输入端口矩阵的N个独立的信号输入端口中的另外2个分别接所述2个独立搭接端子；
所述N个输出射频开关分别接所述功率放大模块中的N个信号放大单元；
所述M+1个功分器同所述M个同轴线依次间隔排列；
所述N-2个输入射频开关中的每一个根据选择控制信号分别对应选择连接一个同轴线的输入端搭接端子或同该同轴线毗邻的任何一个功分器的输入端搭接端子；
所述N个输出射频开关中的2个，根据选择控制信号分别对应选择连接一个独立搭接端子或功分器的输出端搭接端子；
所述N个输出射频开关中的另外N-2个，每一个根据选择控制信号分别对应选择连接一个同轴线的输出端搭接端子或功分器的输出端搭接端子。
2.根据权利要求1所述的多通道功率放大器，其特征在于，
所述N个输出射频开关中的2个，根据选择控制信号分别对应选择连接一个独立搭接端子或该独立搭接端子毗邻的功分器的输出端搭接端子；
所述N个输出射频开关中的另外N-2个，每一个根据选择控制信号分别对应选择连接一个同轴线的输出端搭接端子或该同轴线毗邻的功分器的输出端搭接端子。
3.根据权利要求1所述的多通道功率放大器，其特征在于，
所述M+1个功分器，由M个三端口功分器及一个(1+N)端口的功分器组成。
所述三端口功分器设有1个输入端及2个输出端，用于把一路信号按照功率等分为两路信号；
所述(1+N)端口的功分器设有1个输入端及N个输出端，用于把一路信号按照功率等分为N路信号。
4.根据权利要求1、2或3所述的多通道功率放大器，其特征在于，
N为4，M为2。
5.根据权利要求1、2或3所述的多通道功率放大器，其特征在于，
每个信号放大单元包括多个信号放大模块，对信号进行多级依次放大。
6.根据权利要求1、2或3所述的多通道功率放大器，其特征在于，
每个信号放大单元包括多个信号放大模块，对信号进行多路同时放大。
7.根据权利要求1、2或3所述的多通道功率放大器，其特征在于，
连通到一个独立搭接端子的信号放大单元的工作频段与连通到该独立搭接端子的信号输入端口的输入射频干扰信号的频率相匹配；
连通到一个同轴线的输出端搭接端子的信号放大单元的工作频段与连通到该同轴线的输入端搭接端子的信号输入端口的输入射频干扰信号的频率相匹配。
8.根据权利要求1、2或3所述的多通道功率放大器，其特征在于，
所述N个信号放大单元的工作频段互不相同。
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