[发明专利]一种带热切换功能的4路功率合成器及4路功率合成方法

说明书

本发明公开了一种带热切换功能的4路功率合成器及4路功率合成方法，包括4个输入端口、4个3dB耦合器、1个耦合度可调的耦合器、两段固定长度的同轴传输线和两段可调长度的同轴传输线；当发射机4个功放模块中的任意一个出现故障时，通过对可调长度的同轴传输线的长度进行调整，完成功能合成器合成模式的切换，使正常工作的功放模块的输出功率能全部从功率合成器的输出端口输出，而不会有功率进入匹配负载。

技术领域

本发明属于电子信息/射频/广播电视无源器件领域，具体涉及一种带热切换功能的4路功率合成器及4路功率合成方法。

背景技术

目前，国内外的广播电视发射机一般采用全固态功放结构。相比磁控管和速调管结构的发射机，全固态发射机具备更高的系统可靠性、更小的体积和重量、更宽的工作频带、更低的购置和维护成本等优势。为了获得更高的输出功率水平，全固态广播电视发射机一般会采用多个功放模块的结构，这就需要将多个功放模块输出的功率进行合成。完成功放模块功率合成的设备就是功率合成器。

按照功率合成器输入端口之间是否具备较高的隔离度划分，功率合成器可以划分为输入端口有高隔离度和没有高隔离度的两大类。为了减小各功放模块之间的相互干扰和影响，目前广播电视频段全固态发射机一般都采用输入端口有高隔离度的功率合成器，应用最为广泛的是采用多级3dB耦合器级联的二进制功率合成器，以及采用多种不同耦合度耦合器级联而成的耦合器链式合成器。

多级3dB耦合器级联的二进制功率合成器和耦合器链式合成器均是以耦合器为合成单元，多个合成单元构成多路的功率合成器。耦合器是4端口微波器件，包含2个输入端口、1个输出端口和1个匹配负载端口，可以实现等功率(采用3dB耦合器)或者不等功率(采用其它耦合度的耦合器)的功率合成。对于一个3dB耦合器，当两路输入功率大小相同，并且相位满足要求时，两路输入功率可以在输出端口合成，此时不会有功率进入匹配负载。对于一个4.77dB耦合器，当两路输入功率大小比例为1:2，并且相位满足要求时，两路输入功率同样可以在输出端口合成，此时不会有功率进入匹配负载。但是，当耦合器两路输入功率的幅度和相位不满足特定要求，即合成单元输入功率存在不平衡时，就会有部分功率进入到匹配负载，使得合成器的功率合成效率无法达到100％。

广播电视全固态发射机的高可靠性本质上是通过发射机多个功放模块的结构获得的。当发射机一个或者多个(只要不是全部的)功放模块发生故障时，其它功放模块仍然可以正常工作，发射机的输出功率不会降到0，仍然可以降功率工作，保证不停播。但是，当发射机一个或者多个功放模块发生故障时，功率合成器的各输入端之间就发生了不平衡现象，此时正常工作的功放模块的输出功率无法全部从合成器输出端口输出，有一部分功率会进入到耦合器的匹配负载，造成发射机效率的下降。

对于一个包含4个功放模块的固态发射机，该固态发射机中包含1台4路功率合成器，将4个功放模块的功率合成在一起进行输出。目前，外固态发射机通常采用的4路功率合成器包括两种结构：一种是采用3个3dB耦合器进行多次2合1的二进制结构功率合成器，如图1所示；另一种是3个耦合度不同的耦合器(耦合度分别为3.01dB、4.77dB、6.02dB)进行逐次合成的链式合成器，如图2所示。

如图3所示，对于4路二进制结构功率合成器，4个输入端口都是相同的。不失一般性，当输入1连接的功放出现故障，功放输出功率为0时，经过计算可以看到，发射机输出功率为0.4375，有0.1875的功率分别进入到3个匹配负载中。对于4路链式功率合成器，4个输入端口是不同的，需要逐个分析，结论如图4至图6所示。可以看到，无论是4路二进制结构功率合成器，还是4路链式功率合成器，当一个功放的输出功率为0时，功率合成器的输出功率仅为额定满功率的56.25％，相比理论值的75％还有较大差距，二者的功率差均被各级合成单元的匹配负载吸收掉了。

发明内容

发明目的：为解决当发射机一个或者多个功放模块发生故障时，功率合成器的输出效率低的问题，本发明提出了一种带热切换功能的4路功率合成器及4路功率合成方法。