一种具有带热切换功能的2路功率合成器的制作方法

1.本实用新型属于电子信息/射频/广播电视无源器件领域，具体涉及一种具有带热切换功能的2路功率合成器。


背景技术：

2.目前，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，广播电视全固态发射机具备更高的系统可靠性、更小的体积、更轻的重量、更宽的工作频带和更低的购置维护成本等优势。为了获得更高的输出功率水平，广播电视全固态发射机一般会采用多个功放模块的结构，将多个功放模块输出的功率进行合成，以获得更高的输出功率，完成功放模块功率合成的设备就是功率合成器。
3.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，目前各厂商生产的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，应用的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，或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。
4.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。耦合器为4端口微波器件，其包含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％。
5.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，而是有一部分功率会进入耦合器的匹配负载，造成发射机效率的下降。
6.如图1所示，对于一个包含2个功放模块的固态发射机，采用一台3db耦合器作为功率合成器，当其中一个功放模块出现故障，其输出功率为0时，另一个正常工作的功放的输出功率会有一半进入到匹配负载被吸收掉，而只有一半的功率从功率合成器的输出端口输出，导致整个发射机的输出功率只有满功率的25％。


技术实现要素：

7.实用新型目的：针对包含2个功放模块的固态发射机，为解决当一个功放模块发生故障，另一正常工作的功放模块的输出功率无法全部从功率合成器的输出端口输出，造成发射机效率的下降的问题，本实用新型提出了一种具有带热切换功能的2路功率合成器。
8.技术方案：一种具有带热切换功能的2路功率合成器，包括第一3db耦合器和第二3db耦合器、一长度固定的同轴传输线和一长度可调的同轴传输线；第一3db耦合器通过长度固定的同轴传输线和长度可调的同轴传输线与第二3db耦合器连接；根据与2路功率合成器连接的外部模块工作情况，通过调整长度可调的同轴传输线与长度固定的同轴传输线的长度差δl，使其与功率合成器工作频率的电长度对应，2路功率合成器进入相应的合成模式，得到合并后的功率。
9.进一步的，本实用新型还包括第一输入端口、第二输入端口、输出端口和匹配负载端口；第一3db耦合器的输入端1、输入端2分别与第一输入端口、第二输入端口连接，用于输入需合并的输入功率；第一3db耦合器的输出端通过长度可调的同轴传输线与第二3db耦合器的输入端1连接，第一3db耦合器的匹配负载端通过长度固定的同轴传输线与第二3db耦合器的输入端2连接；根据连接的外部模块工作情况，将长度可调的同轴传输线与长度固定的同轴传输线的长度差δl与功率合成器工作频率的电长度对应，使2路功率合成器进入相应的合成模式；第二3db耦合器的匹配负载端与匹配负载端口连接；第二3db耦合器的输出端与输出端口连接，用于输出合并后的功率。
10.进一步，合成模式包括：
11.合成模式一：第一输入端口和第二输入端口的输入功率均正常，将第一输入端口的输入功率和第二输入端口的输入功率进行功率合成，由输出端口输出；
12.合成模式二：当第二输入端口的输入功率异常时，第一输入端口的全部输入功率由输出端口输出，第二输入端口的输入功率由匹配负载端口输出；
13.合成模式三：当第一输入端口的输入功率异常时，第二输入端口的全部输入功率由输出端口输出，第一输入端口的输入功率由匹配负载端口输出；
14.合成模式四：第一输入端口和第二输入端口的输入功率均正常，将第一输入端口的输入功率和第二输入端口的输入功率进行功率合成，由匹配负载端口输出。
15.进一步的，长度差δl对应的电长度为270
°
，进入合成模式一。
16.进一步的，长度差δl对应的电长度为180
°
，进入合成模式二。
17.进一步的，长度差δl对应的电长度为0
°
，进入合成模式三。
18.进一步的，长度差δl对应的电长度为90
°
，进入合成模式四。
19.进一步的，外部模块为发射机内两个功放模块或两台发射机整机。
20.进一步的，第一输入端口和第二输入端口隔离度大于30db。
21.有益效果：本实用新型的功率合成器可对两个功放模块的输出功率进行合成，或者可对两台发射机整机的输出功率进行合成，与传统的3db耦合器式功率合成器相比，具有以下优点：
22.(1)本实用新型的功率合成器通过对其中可调传输线长度的调整，控制合成器的合成模式选择，当两个功放模块(或者是两部发射机整机)中的任何一个出现故障，输出功率降为0时，通过合成模式的切换，可以将正常工作功放模块(或发射机整机)的功率全部切
换至输出端口，不会有功率进入匹配负载；具有突出的合成效率优势，是同等情况下普通的2路功率合成器输出功率的2倍；
23.(2)本实用新型的功率合成器适用于各种频段的微波频率，如fm、vhf、uhf等。
附图说明
24.图1为采用一台3db耦合器作为功率合成器对2个功放模块的输出功率进行功率合成且其中一个功放模块发生故障时，此情况下的功率合成框图；
25.图2为本实用新型的功率合成器原理框图；
26.图3为采用本实用新型的功率合成器对2个功放模块的输出功率进行功率合成且其中一个功放模块发生故障时，此情况下的功率合成框图；
27.图4为本实用新型的功率合成器的硬件实体结构图。
具体实施方式
28.现结合附图和实施例进一步阐述本实用新型的技术方案。
29.图2示出了功率合成器原理框图，图4示出了功率合成器的硬件实体结构图，由图2和图4可知，本实施例的一种具有带热切换功能的2路功率合成器由第一输入端口、第二输入端口、输出端口、匹配负载端口、第一3db耦合器、第二3db耦合器、一段长度固定的同轴传输线、一段长度可调的同轴传输线、各部件之间的连接配件以及合成器框架构成。两个输入端口之间的隔离度大小由3db耦合器的隔离度决定，一般至少大于30db，保证两输入端口之间的相互影响较小。长度固定的同轴传输线与长度可调的同轴传输线的长度差δl对应的应为功率合成器工作频率的电长度。
30.为方便说明，现将第一输入端口记为in1，第二输入端口记为in2，输出端口记为out，匹配负载端口即为match，第一3db耦合器记为coupler 1，第二3db耦合器coupler2，一段长度固定的同轴传输线记为l1，一段长度可调的同轴传输线l2。将第一3db耦合器的输入端口1、输入端口2、输出端口、匹配负载端口依次记为c1_in1、c1_in2、c1_out、c1_match；将第二3db耦合器的输入端口1、输入端口2、输出端口、匹配负载端口依次记为c2_in1、c2_in2、c2_out、c2_match。
31.现以对发射机内两个功放模块的功率进行合成为例，进行说明。
32.如图2所示，第一输入端口in1连接c1_in1，用于向第一3db耦合器coupler 1输入一功放模块的输出功率；第二输入端口in2连接c2_in1，用于向第二3db耦合器coupler 2输入另一功放模块的输出功率；c1_out通过一长度可调的同轴传输线l2与c2_in1连接，c1_match通过一长度固定的同轴传输线l1与c2_in2连接；c2_out与功率合成器的输出端口out连接，c2_match与功率合成器的匹配负载端口match连接。基于上述结构搭建的功率合成器具有四种合成模式，通过调整长度可调的同轴传输线l2与长度固定的同轴传输线l1的长度差δl，可对功率合成器的合成模式进行选择。长度差δl的调整可以通过手动调节，也可以设计电动调节或远程控制调节的方式。
33.上述提及的四种合成模式分别为：
34.合成模式一：第一输入端口in1和第二输入端口in2的输入功率均正常，即与功率合成器连接的两个功放模块都正常工作，调整长度可调的同轴传输线l2的长度，使得长度
差δl对应的电长度为270
°
，第一输入端口in1和第二输入端口in2的输入功率进行功率合成，从功率合成器的输出端口out输出。该模式为功率合成器的正常工作模式。
35.合成模式二：当第二输入端口in2的输入功率异常，即与第二输入端口in2连接的功放模块发生故障，调整长度可调的同轴传输线l2的长度，使得长度差δl对应的电长度为180
°
，第一输入端口in1的输入功率由输出端口out输出，第二输入端口in2的输入功率由匹配负载端口match输出。在该模式下，可将与第二输入端口in2连接的功放模块拆下进行检修，直至故障排除。此合成模式下，输出端口out的输出功率可达到额定功率的50％。
36.合成模式三：当第一输入端口in1的输入功率异常，即与第一输入端口in1连接的功放模块发生故障，调整长度可调的同轴传输线l2的长度，使得长度差δl对应的电长度为0
°
，第二输入端口in2的输入功率由输出端口out输出，第一输入端口in1的输入功率由匹配负载端口match输出。在该模式下，可将与第一输入端口in1连接的功放模块拆下进行检修，直至故障排除。此合成模式下，输出端口out的输出功率可达到额定功率的50％。该模式的过程，可参见图3。
37.合成模式四：第一输入端口in1和第二输入端口in2的输入功率均正常，即与功率合成器连接的两个功放模块都正常工作，调整长度可调的同轴传输线l2的长度，使长度差δl对应的电长度为90
°
，第一输入端口in1和第二输入端口in2的输入功率进行功率合成，从匹配负载端口match输出。
38.由上述四种合成模式可知，当发射机2个功放模块中的任意一个出现故障，输出功率为0时，均可以通过调整长度可调的同轴传输线l2的长度，完成合成模式切换，保证另一正常工作的功放模块的全部功率都会从输出端口输出，而不会有功率进入匹配负载端口，整个发射机的输出功率可以达到满功率的50％，是同等情况下普通的2路功率合成器输出功率的2倍。
39.本实施例的功率合成器允许整个系统在工作状态下，带功率进行合成模式的切换，即热切换，而不需要将所有功放模块的输出功率至0之后再进行切换(即所谓冷切换)。
40.本实施例的功率合成器除对发射机内两个功放模块的功率进行合成外，还可用于各种功率等级的功率合成，也可以用于两台发射机整机的功率合成。