專利名稱：寬帶放大設(shè)備的制作方法
寬帶放大設(shè)備
本發(fā)明涉及一種用于人造衛(wèi)星的放大設(shè)備，該設(shè)備適用于將接收
到的多個傳輸信道靈活地分配給輸出射束(beam)信號。
在通常的航天任務(wù)情況下，人造衛(wèi)星到用戶的傳輸需要提高機(jī)載 部分的接收質(zhì)量以及增加中繼到地面的信號功率，其中用戶配備有容 量降低和小尺寸的發(fā)射/接收終端。這些性能上的提高通過提高機(jī)載天 線增益來獲得，這只能通過減小天線的地面覆蓋尺寸來實現(xiàn)。為了覆 蓋地面上特定的地理覆蓋區(qū)域，這些覆蓋的減小需要產(chǎn)生幾個射束或 點(spot),以對地理區(qū)域采樣。這樣的多射束或多點覆蓋使得與小的 地面終端的連接成為可能，但是會造成管理機(jī)載容量的問題，以及更 具體的是將接收到的信道分配給發(fā)射的射束的問題，原因是
_不同的通{言量密度(tra伍c densities),
—通信量密度隨時間的變化。
因此，按照已知方式并且如

圖1中的結(jié)構(gòu)1所示例性地描述的， 人造衛(wèi)星接收兩個信號，每個信號對應(yīng)于一個傳輸信道，并在輸出端
提供射束。所述兩個信道被一個輸入部分2處理，輸入部分2執(zhí)行
一低噪聲接收，對兩個傳輸信道中的每一個進(jìn)行適當(dāng)?shù)念l率轉(zhuǎn)換
和濾波，
一將兩個信道中的每個傳送到放大器3 。
傳輸信道對應(yīng)與傳輸頻帶，且可對應(yīng)于單個載波或者一組載波或 子信道。
每個傳輸信道被與該傳輸信道相關(guān)聯(lián)的放大器3放大。放大器3 是高功率放大器，且通常由線性行波管(linearized traveling wave tubes) 或固態(tài)放大器構(gòu)成。為了在每個射束中都有幾個信道，需要通過輸出 多路復(fù)用器4來組合信道。在每個放大器的輸出端設(shè)置對于本領(lǐng)域技 術(shù)人員公知的輸出多路復(fù)用器4 (或OMUX)，該輸出多路復(fù)用器4包括濾波器和通用導(dǎo)管，通用導(dǎo)管被設(shè)計為在傳輸信道被放大之后將它 們組合起來。在圖1所示的情況中，輸出多路復(fù)用器4接收兩個傳輸 信道并提供一個射束信號。然后該射束信號被發(fā)送到例如喇叭的未示 出的源，該源向未示出的反射體輻射以形成射束。因此，這樣的結(jié)構(gòu) 使得在下行線上每個^t束能夠具有兩個傳輸信道。
然而，此結(jié)構(gòu)不夠靈活，且結(jié)合了包含了具有無源天線的信道放 大(每個信道一個放大器，并通過OMUX再將信道組合)。此方案強(qiáng)
制了固定的頻率方案(這限定了 OMUX方案)，而不可能在運行軌道 中修改。
操作者并不總十分清楚地知道要尋址的覆蓋范圍中未來的通信量 分布(以及因此的功率分布)，因此需要有一定的靈活性，使得能夠在 人造衛(wèi)星的使用壽命期間適應(yīng)由需求和各種地理區(qū)域內(nèi)的成功服務(wù)而 產(chǎn)生的通信量需要。因此，以靈活的方式將傳輸信道路由到射束是非 常重要的，也就是說，因此在人造衛(wèi)星使用壽命期間由有用負(fù)載處理 的信道的總數(shù)可根據(jù)通信量需要而分配給各個射束。在這方面，圖1 所示的結(jié)構(gòu)在為每個射束分配多少個信道數(shù)方面不允許任何靈活性， 且需要由待放大的信道數(shù)所強(qiáng)制的大量放大器。在所述現(xiàn)有技術(shù)中， 不可能在可能的信道組中產(chǎn)生任意一個信道，也不可能在人造衛(wèi)星的 使用壽命期間變化頻率方案。
后一個約束促使申請人的研究團(tuán)隊用所有放大器放大所有信道的 分布式放大來代替信道放大。
根據(jù)此方案，信道在放大之前被組合；放大對于所有信道是通用 的，且直接提供天線。因此不再需要使用OMUX，并因此自然地，該 方案適合于信道的任意頻率分布的放大(唯一的約束是被放大的信道 的數(shù)量受所使用的放大器的數(shù)量限制)。
圖2圖示了并行地放置放大器的后一方案。
在濾波和放大之后，兩個接收到的信道首先被信道組合器5相加。 所得到的信號在功率上被分配器6分配，從而提供給放大模塊7中的 所有有源(active)放大器71。分配器輸出的個數(shù)與用于分布式放大的 有源放大器的個數(shù)相同。在這個實例中，使用4個2倍有源放大器， 所安裝的放大器的數(shù)量包括故障情況下的冗余(安裝6個2倍無源(inactive)放大器，或者為8個有源的安裝12個管子)。
用于在相位和幅度上調(diào)節(jié)放大器的"定位(alignment)"的移相器 和衰減器72被放置在放大器之前因此具有針對每個放大器的單獨調(diào) 節(jié)。該調(diào)節(jié)通常在待處理的頻帶的中心頻率處進(jìn)行，這限制了可實現(xiàn) 的校正。圖3和圖4圖示了根據(jù)該理論和圖2所示的方法在四個管子 之間進(jìn)行校正的結(jié)果。圖3圖示了在定位之前放大器的幅度或相位的 頻率響應(yīng)，圖4描述了在定位之后放大器的幅度或相位的頻率響應(yīng)。
盡管在理論上，分布式放大器解決了所提出的問題，實際上分布 式放大器造成了在信道所占用的整個傳輸頻帶上并行地放置放大器的 問題放大器的定位必須在寬的頻帶上有效。特別地，圖5圖示了按 此方式執(zhí)行的并行放置在帶寬方面的限制。"可接受"的離差(所產(chǎn)生 的功率損耗的函數(shù))限定了所產(chǎn)生的帶寬。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種用于人造衛(wèi)星的設(shè)備，該設(shè)備適 用于將n個輸入傳輸信道放大并靈活地分配到對應(yīng)于射束的輸出，并 具有在寬的頻帶上調(diào)節(jié)放大器的幅度和相位的功效。
因此，本發(fā)明的主題是一種用于人造衛(wèi)星的放大設(shè)備，以將n個 傳輸信道放大到對應(yīng)于射束的輸出，該設(shè)備包括
一頻帶組合裝置，包括n個輸入以接收n個傳輸信道，以及q個 輸出以分別提供在q個頻帶內(nèi)組合在一起的信道，
一功率放大裝置，包括用于分布式放大n個信道的并行的p個有 源放大器，
一增益和相位調(diào)節(jié)裝置，對應(yīng)于q個頻帶上的p個功率放大器。 由于本發(fā)明，有多少個頻帶，就有多少個調(diào)節(jié)器，使得能夠?qū)崿F(xiàn)
對每個頻帶的特定調(diào)節(jié)。由于調(diào)節(jié)是在每個頻帶的中心頻率處進(jìn)行的，
最終的結(jié)果是寬帶調(diào)節(jié)。
本方案的優(yōu)點是允許在寬的頻帶上在放大器之間進(jìn)行定位，使得
能夠在多信道應(yīng)用中使用并行放置的放大器結(jié)構(gòu)，這是一種為靈活的
有用負(fù)載提供多種可能性的方案。
5本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在以下對本發(fā)明的實施例的描述中顯 現(xiàn)，其中所給描述是示例性的而非限制性的。 在下圖中
一圖1示例性地描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳輸信道的放大結(jié)構(gòu)， —圖2示例性地描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通過并行放置放大器來放 大和靈活地分配傳輸信道的設(shè)備，
一圖3圖示了在定位之前，圖2的放大器的幅度和相位的頻率響
應(yīng)，
—圖4圖示了在定位之后，圖2的放大器的幅度和相位的頻率響
應(yīng)，
一圖5圖示了現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)的在并行放置的帶寬方面的限制，
—圖6示例性地描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的放大設(shè)備，
一圖7示例性地描述了根據(jù)圖6的實施例的放大器的幅度和相位 的頻率響應(yīng)。
已參考現(xiàn)有技術(shù)描述了圖1、 2、 3、 4和5。
圖6描述了設(shè)備8，其適用于將輸入信號的n個信號Cl (信道l) 到Cn (信道n)放大并靈活地分配到對應(yīng)于射束的輸出信號。 設(shè)備8包括
一具有n個輸入和n個輸出的輸入部分9，
—具有n個輸入和q (在本實施例中q二4)個輸出的組合器IO， _放大器幅度/相位調(diào)節(jié)單元11， 一用于功率放大的模塊12， 一傳輸天線13。
輸入部分9接收n個上行線傳輸信道Cl到Cn，其每個對應(yīng)于一 個傳輸信道。然后輸入部分9執(zhí)行如下操作
_對n個傳輸信道Cl到Cn中的每一個進(jìn)行適當(dāng)?shù)念l率轉(zhuǎn)換、 濾波和增益控制，
一將n個傳輸信道分別傳送給頻帶組合器10的n個輸入。
組合器10包括低水平耦合器(即在很低的功率下工作)該組合器將屬于q個頻帶的每一個的所有信號加在一起，并因此向組合器的q 個輸出的每一個傳送一組屬于適當(dāng)?shù)念l帶的信道。
然后將可能因此對應(yīng)于幾個傳輸信道信號的組合器10的輸出信號 {頻帶1一頻帶4}發(fā)送到放大器幅度/相位調(diào)節(jié)單元11的q個輸入端。
單元11的q (q二4)個輸入首先被連接到一組分配器111，該分 配器的功能是分配信號{頻帶1—頻帶4}的功率，在后面稱為頻帶信號， 以能夠提供給所有放大器。因此，在目前的存在8個有源放大器的情 況下，每個頻帶信號{頻帶l一頻帶4}被分配到離開組111的8個頻帶 信號中。4*8個所分配的頻帶信號中的每一個分別被一個移相器/增益 衰減器113接收。
傳輸信道在4個頻帶內(nèi)的分配以及8個有源放大器的使用需要使 用32個移相器/衰減器。更通常地，可以認(rèn)為傳輸信道在q'個頻帶內(nèi)的 分配以及p'個有源放大器的使用需要q^p'個移相器/衰減器。
針對每個子頻帶和每個放大器執(zhí)行針對放大器的定位的幅度和相 位調(diào)節(jié)，即根據(jù)圖6中的實施例的32個獨立調(diào)節(jié)。
32個移相器/衰減器之后跟隨著4到1類型的8個加法器115的模 塊114。每個加法器115包括4個輸入，每個輸入分別接收與一個特定 頻帶信號相對應(yīng)的相移器/衰減器的一個輸出信號。每個加法器在其輸 出端提供4個不同頻帶信號的組合，所述4個不同頻帶信號正被發(fā)送 到下文所述的放大單元121的有源功率放大器之一。
單元121的每個功率放大器通常是線性行波管放大器(或 LTWTA)，但也可以是固態(tài)功率放大器(SSPA)。
單元121的放大器之后跟隨著8到1類型的加法器122，在該加法 器之后輸出信號被濾波器123濾波，然后被發(fā)送到用于輻射以形成射 束的源13。
圖7示例性地描述了根據(jù)圖6的實施例的單元121的放大器的幅 度或相位的頻率響應(yīng)。每個頻帶的最大離差受到限制，而整個操作頻 帶很寬且不被所造成的功率損耗限定。
該方案的優(yōu)點是允許在寬的頻帶上在放大器之間進(jìn)行定位，這使 得能夠在多信道應(yīng)用中使用并行放置的放大器，該方案為靈活的有用 負(fù)載提供了很多機(jī)會。
7此外，大量移相器和衰減器的使用在重量、功耗和成本方面產(chǎn)生 的影響完全可以接受。
8
權(quán)利要求
1、一種用于人造衛(wèi)星的放大設(shè)備(8)，以將多個p傳輸信道放大到對應(yīng)于射束的輸出，該裝置包括—頻帶組合裝置(10)，包括n個輸入以接收n個傳輸信道，和q個輸出以分別提供在q個頻帶(頻帶1—頻帶4)內(nèi)組合在一起的信道，—功率放大裝置(121)，包括用于分布式放大n個信道的p個并行的放大器，—增益和相位調(diào)節(jié)裝置(113)，對應(yīng)于q個頻帶上的p個功率放大器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，傳輸信道在q個頻帶中的分布以及p個有源放大器的使用需要利用至少q*p個移相器/衰減器來用于它們的單獨調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于人造衛(wèi)星的放大設(shè)備，以將n個傳輸信道放大到對應(yīng)于射束的輸出，該設(shè)備包括-頻帶組合裝置，包括n個輸入以接收n個傳輸信道，和q個輸出以分別提供在q個頻帶內(nèi)組合在一起的信道，-功率放大單元，包括用于分布式放大n個信道的p個并行的放大器，-增益和相位調(diào)節(jié)裝置，對應(yīng)于q個頻帶上的p個功率放大器。
文檔編號H04B7/185GK101502023SQ200780029713
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日
發(fā)明者J.·貝爾蒙特, P.·瓦贊 申請人:泰勒斯公司