一种用于恶劣环境下的C波段高功率放大器的制作方法

本发明专利涉及通信领域中的一种用于恶劣环境下的C波段高功率放大器，特别适用于C波段通信系统中的海洋室外环境。

背景技术：

目前C波段恶劣环境下高功率放大器在通信系统中的需求迅速增加，现阶段C波段功率放大器虽然有一些，但是以A类工作类型为主，工作类型为AB类的高功率、恶劣环境下的功率放大器却很少，不能够满足用户恶劣环境、高功率、宽频带的通信需求。有的功放射频控制关断深度不能满足要求；有的工作带宽不能满足通信设备要求；有的效率较低，体积过大，有的散热无法满足室外恶劣环境下系统要求，尤其不适用于海洋的高温、高湿及高盐雾室外环境。

技术实现要素：

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处，提供一种性能指标都满足通信系统设备需要的C波段恶劣环境下的高功率、AB类全固态功率放大器装置，如输出功率、工作带宽、控制关断电平深度、高电压供电、效率等均可达到较高指标。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于恶劣环境下的C波段高功率放大器，包括室内机和室外机，所述的室内机包括室内机射频链路1和室内机电源3；所述的室外机包括室外机电源5，其特征在于：室内机还包括监视控制保护电路4，室外机还包括室外机射频链路2和控制保护电路6；室内机射频链路1用于在I²C数据信号和I²C时钟信号的控制下对输入的射频信号进行调整和放大，将放大后的射频信号输出至室外机射频链路2；

室内机电源3用于将输入的交流220V电源进行电压变换后产生多个不同电压值的直流电源、室内机电流取样信号和室内机电压取样信号，将多个直流电源分别对应输出至室内机的射频链路1、监视控制保护电路4和室外机电源5用于提供工作电压，并将室内机电流取样信号和室内机电压取样信号分别输出至监视控制保护电路4；

监视控制保护电路4用于设置步进信号和基准点信号，并根据步进信号产生I²C数据信号和I²C时钟信号后分别输出至室内机射频链路1，并将基准点信号输出至控制保护电路6，还用于读取保存在控制保护电路6的基准点信号；所述的基准点信号包括电流基准点、电压基准点、反射功率基准点、温度基准点和输出功率基准点；监视控制保护电路4还用于将室内机电流取样信号与电流基准点进行换算，得到室内机电流值并显示；将室内机电压取样信号与电压基准点进行换算，得到室内机电压值并显示；还用于将反射取样信号与反射功率基准点进行换算，将换算得到的反射功率与反射功率基准点进行比较，如果反射功率超过反射功率基准点则关闭输入的射频信号，并显示功率告警信号，否则直接显示反射功率；还用于将温度取样信号与温度基准点进行换算，将换算得到的温度值与温度基准点进行比较，如果温度值超过温度基准点则显示温度告警信号，否则直接显示温度值；还用于将输出取样信号与输出功率基准点进行换算，得到输出功率并显示；还用于显示控制保护电路6发送来的电源状态结果、室外机电流值、室外机电压值和电源告警信号；监视控制保护电路4还与外部集中监控相连接；

室外机射频链路2用于对放大后的射频信号进一步放大后依次进行输出取样和反射取样，并进行温度取样，将进一步放大后的射频信号输出至外部，将输出取样信号、反射取样信号和温度取样信号分别输出至控制保护电路6；

室外机电源5用于将室内机提供的直流电源进行电压变换后产生多个不同电压值的直流电源、室外机电源状态信号、室外机电流取样信号和室外机电压取样信号，将多个直流电源分别对应输出至室外机射频链路2和控制保护电路6用于提供工作电压，并将室外机电源状态信号、室外机电流取样信号和室外机电压取样信号分别输出至控制保护电路6；

控制保护电路6用于将输出取样信号、反射取样信号和温度取样信号分别输出至监视控制保护电路4；还用于对室外机电源状态信号进行判断，将判断得到的电源状态结果输出至监视控制保护电路4进行显示；还用于将室外机电流取样信号与电流基准点进行换算得到室外机电流值，将室外机电流值与电流基准点进行比较；将室外机电压取样信号与电压基准点进行换算得到室外机电压值，将室外机电压值与电压基准点进行比较；如果室外机电流值超过电流基准点或室外机电压值超过电压基准点则关闭室外机电源，将电源告警信号输出至监视控制保护电路4进行告警显示，否则直接将室外机电流值和室外机电压值输出至监视控制保护电路4进行数据值显示；控制保护电路6还与室外机的软件写入接口相连接。

其中，室外机射频链路2包括高功率模块、第一耦合器18、隔离器19、第二耦合器20、负载21和温度取样电路22；所述的高功率模块包括第一级功放7、第二级功放8、末前级功放9、混合分路器10、第一至第四末级功放11～14、第一合路器15、第二合路器16和波导空间合路器17；射频信号由第一级功放7输入，依次经过第一级功放7、第二级功放8和末前级功放9分别进行放大后由末前级功放9将放大后的射频信号输出至混合分路器10；混合分路器10将放大后的射频信号分成四路幅度相同、相位两两正交的信号，分别一一对应输出至第一至第四末级功放11～14；第一至第二末级功放11、12分别对放大后的正交射频信号再次进行放大后输出至第一合路器15，第三至第四末级功放13、14分别对放大后的正交射频信号再次进行放大后输出至第二合路器16；第一合路器15和第二合路器16分别将各自接收的两路放大后的射频信号合成一路并分别将合路后的射频信号输出至波导空间合路器17；波导空间合路器17将输入的两路合路后的射频信号合成一路，将合成一路的射频信号输出至第一耦合器的18；第一耦合器的18将合成一路的射频信号进行输出取样后，将合成一路的射频信号输出至隔离器19，并将输出取样信号输出至控制保护电路6；隔离器19将合成一路的射频信号分为两路，分别一一对应输出至外部和第二耦合器20；第二耦合器20对分路后的射频信号进行反射取样，将反射取样信号输出至控制保护电路6，并由负载21吸收反射功率；温度取样电路22将温度取样信号输出至控制保护电路6。

其中，所述的监视控制保护电路4包括室内机显示屏23、室内机ARM处理单元24、室内机存储单元25、室内机接口单元26和室内机键盘输入单元27；所述的控制保护电路6包括室外机单片机控制单元28、室外机存储单元29和室外机接口单元30；

室内机键盘输入单元27用于输入步进信号和基准点信号，步进信号通过室内机接口单元26输出至室内机ARM处理单元24；基准点信号依次通过室内机接口单元26和室外机接口单元30输出至室外机单片机控制单元28；

室内机ARM处理单元24用于根据步进信号产I²C数据信号和I²C时钟信号后经过室内机接口单元26分别输出至室内机射频链路1；还用于依次通过室内机接口单元26和室外机接口单元30读取室外机单片机控制单元28的基准点信号；室内机接口单元26接收室内机电源3发送的室内机电流取样信号和室内机电压取样信号，并分别输出至室内机ARM处理单元24；室内机ARM处理单元24用于将室内机电流取样信号与电流基准点进行换算，将换算得到的室内机电流值通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；还用于将室内机电压取样信号与电压基准点进行换算，将换算得到的室内机电压值通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；还用于将反射取样信号与反射功率基准点进行换算，将换算得到的反射功率与反射功率基准点进行比较，如果反射功率超过反射功率基准点则关闭输入的射频信号，并将功率告警信号通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23，否则直接将反射功率通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；还用于将温度取样信号与温度基准点进行换算，将换算得到的温度值与温度基准点进行比较，如果温度值超过温度基准点则将温度告警信号通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23，否则直接将温度值通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；还用于将输出取样信号与输出功率基准点进行换算得到输出功率，将输出功率通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；室内机显示屏23用于显示输入的信号；室内机存储单元25用于存储运行程序；外部集中监控与室内机接口单元26相连，用于集中监控；

室外机单片机控制单元28用于对电源状态信号进行判断，将判断得到的电源状态结果依次通过室外机接口单元30和室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；室外机接口单元30接收室外机电源5发送的室外机电源状态、室外机电流取样信号和室外机电压取样信号，并分别输出至室外机单片机控制单元28；室外机单片机控制单元28用于将室外机电流取样信号与电流基准点进行换算得到室外机电流值，将室外机电流值与电流基准点进行比较；将室外机电压取样信号与电压基准点进行换算得到室外机电压值，将室外机电压值与电压基准点进行比较；如果室外机电流值超过电流基准点或室外机电压值超过电压基准点则关闭室外机电源，将电源告警信号依次通过室外机接口单元30和室内机接口单元26输出至室内机显示屏23，否则直接将室外机电流值和室外机电压值依次通过室外机接口单元30和室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；室外机单片机控制单元28还用于根据电源状态信号判断电源是否正常，将判断得到的电源状态结果依次通过室外机接口单元30和室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；室外机的软件写入接口与室外机接口单元30相连；室外机存储单元29用于存储室外机运行程序。

其中，室内机射频链路1的射频信号输入端口和射频信号输出端口的阻抗均为50Ω，两个端口均为N型同轴连接器。

其中，室外机射频链路2的射频信号输入端口为N型同轴连接器，其阻抗为50Ω，室外机射频链路2的射频信号输出端口为波导连接器。

其中，高功率模块中的所有模块均采用半导体氮化镓材料，混合分路器采用同相分路器与正交分路器相结合的方式实现；合路器采用正交合路器与波导空间合路器相结合的方式完成高功率合成。

其中，室内机与室外机自由组合使用。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1、本发明专利高功率放大器，工作类型为AB类、输出功率高。

2、本发明专利高功率放大器具有完善的监视控制保护功能。

3、本发明专利采用新型氮化镓材料功率器件全固态化设计，提高了功放的工作效率。

4、本发明专利高功率放大器结构设计为室内机和室外机两部分，采用模块化设计，维修更换方便。

5、本发明专利高功率放大器室内机和室外机可以远距离使用，最远距离可达120米。

6、本发明专利高功率放大器，适合使用于海洋室外环境。

7、本发明专利高功率放大器，适合室内机与室外机自由组合使用，不必固定组合配对使用。

附图说明

图1是本发明的整机电原理图。

图2是本发明室外机的射频链路电原理图。

图3是本发明室内机与室外机的监视控制电路电原理图。

具体实施方式

参照图1，一种用于恶劣环境下的C波段高功率放大器，由室内机和室外机组成，室内机包括室内机射频链路1、室内机电源3和监视控制保护电路4，室外机包括室外机射频链路2、室外机电源5和控制保护电路6；室内机射频链路1用于在I²C数据信号和I²C时钟信号的控制下对输入的射频信号进行调整和放大，将放大后的射频信号输出至室外机射频链路2，室内机的射频链路1的射频信号输入端口和射频信号输出端口的阻抗均为50Ω，两个端口均为N型同轴连接器，室外机的射频链路2的射频信号输入端口的阻抗为50Ω，端口为N型同轴连接器，室外机的射频链路2的射频信号输出端口为波导连接器；室内机电源3用于将输入的交流220V电源进行电压变换后产生多个不同电压值的直流电源、室内机电流取样信号和室内机电压取样信号，将多个直流电源分别对应输出至室内机的射频链路1、监视控制保护电路4和室外机电源5用于提供工作电压，并将室内机电流取样信号和室内机电压取样信号分别输出至监视控制保护电路4；

监视控制保护电路4用于设置步进信号和基准点信号，并根据步进信号产生I²C数据信号和I²C时钟信号后分别输出至室内机射频链路1，并将基准点信号输出至控制保护电路6，还用于读取保存在控制保护电路6的基准点信号；所述的基准点信号包括电流基准点、电压基准点、反射功率基准点、温度基准点和输出功率基准点；监视控制保护电路4还用于将室内机电流取样信号与电流基准点进行换算，得到室内机电流值并显示；将室内机电压取样信号与电压基准点进行换算，得到室内机电压值并显示；还用于将反射取样信号与反射功率基准点进行换算，将换算得到的反射功率与反射功率基准点进行比较，如果反射功率超过反射功率基准点则关闭输入的射频信号，并显示功率告警信号，否则直接显示反射功率；还用于将温度取样信号与温度基准点进行换算，将换算得到的温度值与温度基准点进行比较，如果温度值超过温度基准点则显示温度告警信号，否则直接显示温度值；还用于将输出取样信号与输出功率基准点进行换算，得到输出功率并显示；还用于显示控制保护电路6发送来的电源状态结果、室外机电流值、室外机电压值和电源告警信号；监视控制保护电路4还与外部集中监控相连接；

室外机射频链路2用于对放大后的射频信号进一步放大后依次进行输出取样和反射取样，并进行温度取样，将进一步放大后的射频信号输出至外部，将输出取样信号、反射取样信号和温度取样信号分别输出至控制保护电路6；

室外机电源5用于将室内机提供的直流电源进行电压变换后产生多个不同电压值的直流电源、室外机电源状态信号、室外机电流取样信号和室外机电压取样信号，将多个直流电源分别对应输出至室外机射频链路2和控制保护电路6用于提供工作电压，并将室外机电源状态信号、室外机电流取样信号和室外机电压取样信号分别输出至控制保护电路6；

控制保护电路6用于将输出取样信号、反射取样信号和温度取样信号分别输出至监视控制保护电路4；还用于对室外机电源状态信号进行判断，将判断得到的电源状态结果输出至监视控制保护电路4进行显示；还用于将室外机电流取样信号与电流基准点进行换算得到室外机电流值，将室外机电流值与电流基准点进行比较；将室外机电压取样信号与电压基准点进行换算得到室外机电压值，将室外机电压值与电压基准点进行比较；如果室外机电流值超过电流基准点或室外机电压值超过电压基准点则关闭室外机电源，将电源告警信号输出至监视控制保护电路4进行告警显示，否则直接将室外机电流值和室外机电压值输出至监视控制保护电路4进行数据值显示；控制保护电路6还与室外机的软件写入接口相连接。

图2是本发明专利室外机的射频链路电原理方框图，实施例按图2连接线路。室外机射频链路2是设备的重要部分，室外机射频链路2包括高功率模块、第一耦合器18、隔离器19、第二耦合器20、负载21和温度取样电路22；所述的高功率模块包括第一级功放7、第二级功放8、末前级功放9、混合分路器10、第一至第四末级功放11～14、第一合路器15、第二合路器16和波导空间合路器17；其中的高功率模块是室外机设备的主要模块，高功率模块中的所有模块均采用半导体氮化镓材料。射频信号由第一级功放7输入，依次经过第一级功放7、第二级功放8和末前级功放9分别进行放大后由末前级功放9将放大后的射频信号输出至混合分路器10；混合分路器10将放大后的射频信号分成四路幅度相同、相位两两正交的信号，分别一一对应输出至第一至第四末级功放11～14；第一至第二末级功放11、12分别对放大后的正交射频信号再次进行放大后输出至第一合路器15，第三至第四末级功放13、14分别对放大后的正交射频信号再次进行放大后输出至第二合路器16；第一合路器15和第二合路器16分别将各自接收的两路放大后的射频信号合成一路并分别将合路后的射频信号输出至波导空间合路器17；波导空间合路器17将输入的两路合路后的射频信号合成一路，将合成一路的射频信号输出至第一耦合器的18；第一耦合器的18将合成一路的射频信号进行输出取样后，将合成一路的射频信号输出至隔离器19，并将输出取样信号输出至控制保护电路6；隔离器19将合成一路的射频信号分为两路，分别一一对应输出至外部和第二耦合器20；第二耦合器20对分路后的射频信号进行反射取样，将反射取样信号输出至控制保护电路6，并由负载21吸收反射功率；温度取样电路22将温度取样信号输出至控制保护电路6。其中，混合分路器采用同相分路器与正交分路器相结合的方式实现；合路器采用正交合路器与波导空间合路器相结合的方式完成高功率合成。

图3是本发明专利室内机与室外机监视控制的电原理方框图，实施例按图3连接线路。本发明的监控部分包括监视控制保护电路4和控制保护电路6；所述的监视控制保护电路4包括室内机显示屏23、室内机ARM处理单元24、室内机存储单元25、室内机接口单元26和室内机键盘输入单元27；所述的控制保护电路6包括室外机单片机控制单元28、室外机存储单元29和室外机接口单元30；

室内机键盘输入单元27用于输入步进信号和基准点信号，步进信号通过室内机接口单元26输出至室内机ARM处理单元24；基准点信号依次通过室内机接口单元26和室外机接口单元30输出至室外机单片机控制单元28；

室内机ARM处理单元24用于根据步进信号产I²C数据信号和I²C时钟信号后经过室内机接口单元26分别输出至室内机射频链路1；还用于依次通过室内机接口单元26和室外机接口单元30读取室外机单片机控制单元28的基准点信号；室内机接口单元26接收室内机电源3发送的室内机电流取样信号和室内机电压取样信号，并分别将室内机电流取样信号和室内机电压取样信号输出至室内机ARM处理单元24，室内机ARM处理单元24用于将室内机电流取样信号与电流基准点进行换算，将换算得到的室内机电流值通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；还用于将室内机电压取样信号与电压基准点进行换算，将换算得到的室内机电压值通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；还用于将反射取样信号与反射功率基准点进行换算，将换算得到的反射功率与反射功率基准点进行比较，如果反射功率超过反射功率基准点则关闭输入的射频信号，并将功率告警信号通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23，否则直接将反射功率通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；还用于将温度取样信号与温度基准点进行换算，将换算得到的温度值与温度基准点进行比较，如果温度值超过温度基准点则将温度告警信号通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23，否则直接将温度值通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；还用于将输出取样信号与输出功率基准点进行换算得到输出功率，将输出功率通过室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；室内机显示屏23用于显示输入的信号；室内机存储单元25用于存储运行程序；外部集中监控与室内机接口单元26相连，用于集中监控；

室外机单片机控制单元28用于对电源状态信号进行判断，将判断得到的电源状态结果依次通过室外机接口单元30和室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；室外机接口单元30接收室外机电源5发送的室外机电源状态、室外机电流取样信号和室外机电压取样信号，并分别将室外机电源状态、室外机电流取样信号和室外机电压取样信号输出至室外机单片机控制单元28，室外机单片机控制单元28用于将室外机电流取样信号与电流基准点进行换算得到室外机电流值，将室外机电流值与电流基准点进行比较；将室外机电压取样信号与电压基准点进行换算得到室外机电压值，将室外机电压值与电压基准点进行比较；如果室外机电流值超过电流基准点或室外机电压值超过电压基准点则关闭室外机电源，将电源告警信号依次通过室外机接口单元30和室内机接口单元26输出至室内机显示屏23，否则直接将室外机电流值和室外机电压值依次通过室外机接口单元30和室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；室外机单片机控制单元28还用于根据电源状态信号判断电源是否正常，将判断得到的电源状态结果依次通过室外机接口单元30和室内机接口单元26输出至室内机显示屏23；室外机的软件写入接口与室外机接口单元30相连；室外机存储单元29用于存储室外机运行程序。

通过室内机和室外机控制保护电路分别实施，解决了原来存在的室内机与室外机必须一对一配套固定使用的问题，本发明的室内机与室外机可以自由组合使用，本发明的室内机监控具有良好的人机交互界面，操作简便，软件具有导引和简介功能，操作容易实现。室外机内部工作温度、电源取样和控制信号等数据量由室外机接口单元传输。

本发明专利安装结构如下：图1中室内机部分制作为一个19英寸标准机箱，机箱前面板为电源开关、显示器与键盘，后面板为射频输入输出接口、电源接口和监控接口、集中监控接口；机箱内部安装由室内机电源、功率放大器及数控衰减器等部分组成，机箱外部安排有利于设备操作及设备安装。图1中室外机制作为一个非标准室外机箱，机箱由散热系统、射频链路及控制保护电路、室外机电源等部分组成，机箱内设备均安装于散热系统的散热器表面，散热器上面与一个密封罩紧密相连，采取特殊底漆与面漆相结合工艺，保证设备内外表面的耐腐蚀性。本发明的输出功率可达300W以上，增益大于70dB，它具有高效率、保护功能完善、高可靠性和长寿命等特点。提高效率降低了总功耗，整机效率可达到35％以上，热损耗减少使设备整个体积变小，提高了系统的机动灵活性和隐蔽性。