专利名称：宽带放大设备的制作方法
宽带放大设备
本发明涉及一种用于人造卫星的放大设备，该设备适用于将接收
到的多个传输信道灵活地分配给输出射束(beam)信号。
在通常的航天任务情况下，人造卫星到用户的传输需要提高机载 部分的接收质量以及增加中继到地面的信号功率，其中用户配备有容 量降低和小尺寸的发射/接收终端。这些性能上的提高通过提高机载天 线增益来获得，这只能通过减小天线的地面覆盖尺寸来实现。为了覆 盖地面上特定的地理覆盖区域，这些覆盖的减小需要产生几个射束或 点(spot),以对地理区域采样。这样的多射束或多点覆盖使得与小的 地面终端的连接成为可能，但是会造成管理机载容量的问题，以及更 具体的是将接收到的信道分配给发射的射束的问题，原因是
_不同的通{言量密度(tra伍c densities),
—通信量密度随时间的变化。
因此，按照已知方式并且如
图1中的结构1所示例性地描述的， 人造卫星接收两个信号，每个信号对应于一个传输信道，并在输出端
提供射束。所述两个信道被一个输入部分2处理，输入部分2执行
一低噪声接收，对两个传输信道中的每一个进行适当的频率转换
和滤波，
一将两个信道中的每个传送到放大器3 。
传输信道对应与传输频带，且可对应于单个载波或者一组载波或 子信道。
每个传输信道被与该传输信道相关联的放大器3放大。放大器3 是高功率放大器，且通常由线性行波管(linearized traveling wave tubes) 或固态放大器构成。为了在每个射束中都有几个信道，需要通过输出 多路复用器4来组合信道。在每个放大器的输出端设置对于本领域技 术人员公知的输出多路复用器4 (或OMUX)，该输出多路复用器4包括滤波器和通用导管，通用导管被设计为在传输信道被放大之后将它 们组合起来。在图1所示的情况中，输出多路复用器4接收两个传输 信道并提供一个射束信号。然后该射束信号被发送到例如喇叭的未示 出的源，该源向未示出的反射体辐射以形成射束。因此，这样的结构 使得在下行线上每个^t束能够具有两个传输信道。
然而，此结构不够灵活，且结合了包含了具有无源天线的信道放 大(每个信道一个放大器，并通过OMUX再将信道组合)。此方案强
制了固定的频率方案(这限定了 OMUX方案)，而不可能在运行轨道 中修改。
操作者并不总十分清楚地知道要寻址的覆盖范围中未来的通信量 分布(以及因此的功率分布)，因此需要有一定的灵活性，使得能够在 人造卫星的使用寿命期间适应由需求和各种地理区域内的成功服务而 产生的通信量需要。因此，以灵活的方式将传输信道路由到射束是非 常重要的，也就是说，因此在人造卫星使用寿命期间由有用负载处理 的信道的总数可根据通信量需要而分配给各个射束。在这方面，图1 所示的结构在为每个射束分配多少个信道数方面不允许任何灵活性， 且需要由待放大的信道数所强制的大量放大器。在所述现有技术中， 不可能在可能的信道组中产生任意一个信道，也不可能在人造卫星的 使用寿命期间变化频率方案。
后一个约束促使申请人的研究团队用所有放大器放大所有信道的 分布式放大来代替信道放大。
根据此方案，信道在放大之前被组合；放大对于所有信道是通用 的，且直接提供天线。因此不再需要使用OMUX，并因此自然地，该 方案适合于信道的任意频率分布的放大(唯一的约束是被放大的信道 的数量受所使用的放大器的数量限制)。
图2图示了并行地放置放大器的后一方案。
在滤波和放大之后，两个接收到的信道首先被信道组合器5相加。 所得到的信号在功率上被分配器6分配，从而提供给放大模块7中的 所有有源(active)放大器71。分配器输出的个数与用于分布式放大的 有源放大器的个数相同。在这个实例中，使用4个2倍有源放大器， 所安装的放大器的数量包括故障情况下的冗余(安装6个2倍无源(inactive)放大器，或者为8个有源的安装12个管子)。
用于在相位和幅度上调节放大器的"定位(alignment)"的移相器 和衰减器72被放置在放大器之前因此具有针对每个放大器的单独调 节。该调节通常在待处理的频带的中心频率处进行，这限制了可实现 的校正。图3和图4图示了根据该理论和图2所示的方法在四个管子 之间进行校正的结果。图3图示了在定位之前放大器的幅度或相位的 频率响应，图4描述了在定位之后放大器的幅度或相位的频率响应。
尽管在理论上，分布式放大器解决了所提出的问题，实际上分布 式放大器造成了在信道所占用的整个传输频带上并行地放置放大器的 问题放大器的定位必须在宽的频带上有效。特别地，图5图示了按 此方式执行的并行放置在带宽方面的限制。"可接受"的离差(所产生 的功率损耗的函数)限定了所产生的带宽。
因此本发明的目的在于提供一种用于人造卫星的设备，该设备适 用于将n个输入传输信道放大并灵活地分配到对应于射束的输出，并 具有在宽的频带上调节放大器的幅度和相位的功效。
因此，本发明的主题是一种用于人造卫星的放大设备，以将n个 传输信道放大到对应于射束的输出，该设备包括
一频带组合装置，包括n个输入以接收n个传输信道，以及q个 输出以分别提供在q个频带内组合在一起的信道，
一功率放大装置，包括用于分布式放大n个信道的并行的p个有 源放大器，
一增益和相位调节装置，对应于q个频带上的p个功率放大器。 由于本发明，有多少个频带，就有多少个调节器，使得能够实现
对每个频带的特定调节。由于调节是在每个频带的中心频率处进行的，
最终的结果是宽带调节。
本方案的优点是允许在宽的频带上在放大器之间进行定位，使得
能够在多信道应用中使用并行放置的放大器结构，这是一种为灵活的
有用负载提供多种可能性的方案。
5本发明的其它特征和优点将在以下对本发明的实施例的描述中显 现，其中所给描述是示例性的而非限制性的。 在下图中
一图1示例性地描述了根据现有技术的传输信道的放大结构， —图2示例性地描述了根据现有技术，通过并行放置放大器来放 大和灵活地分配传输信道的设备，
一图3图示了在定位之前，图2的放大器的幅度和相位的频率响
应，
—图4图示了在定位之后，图2的放大器的幅度和相位的频率响
应，
一图5图示了现有技术中实现的在并行放置的带宽方面的限制，
—图6示例性地描述了根据本发明的一个实施例的放大设备，
一图7示例性地描述了根据图6的实施例的放大器的幅度和相位 的频率响应。
已参考现有技术描述了图1、 2、 3、 4和5。
图6描述了设备8，其适用于将输入信号的n个信号Cl (信道l) 到Cn (信道n)放大并灵活地分配到对应于射束的输出信号。 设备8包括
一具有n个输入和n个输出的输入部分9，
—具有n个输入和q (在本实施例中q二4)个输出的组合器IO， _放大器幅度/相位调节单元11， 一用于功率放大的模块12， 一传输天线13。
输入部分9接收n个上行线传输信道Cl到Cn，其每个对应于一 个传输信道。然后输入部分9执行如下操作
_对n个传输信道Cl到Cn中的每一个进行适当的频率转换、 滤波和增益控制，
一将n个传输信道分别传送给频带组合器10的n个输入。
组合器10包括低水平耦合器(即在很低的功率下工作)该组合器将属于q个频带的每一个的所有信号加在一起，并因此向组合器的q 个输出的每一个传送一组属于适当的频带的信道。
然后将可能因此对应于几个传输信道信号的组合器10的输出信号 {频带1一频带4}发送到放大器幅度/相位调节单元11的q个输入端。
单元11的q (q二4)个输入首先被连接到一组分配器111，该分 配器的功能是分配信号{频带1—频带4}的功率，在后面称为频带信号， 以能够提供给所有放大器。因此，在目前的存在8个有源放大器的情 况下，每个频带信号{频带l一频带4}被分配到离开组111的8个频带 信号中。4*8个所分配的频带信号中的每一个分别被一个移相器/增益 衰减器113接收。
传输信道在4个频带内的分配以及8个有源放大器的使用需要使 用32个移相器/衰减器。更通常地，可以认为传输信道在q'个频带内的 分配以及p'个有源放大器的使用需要q^p'个移相器/衰减器。
针对每个子频带和每个放大器执行针对放大器的定位的幅度和相 位调节，即根据图6中的实施例的32个独立调节。
32个移相器/衰减器之后跟随着4到1类型的8个加法器115的模 块114。每个加法器115包括4个输入，每个输入分别接收与一个特定 频带信号相对应的相移器/衰减器的一个输出信号。每个加法器在其输 出端提供4个不同频带信号的组合，所述4个不同频带信号正被发送 到下文所述的放大单元121的有源功率放大器之一。
单元121的每个功率放大器通常是线性行波管放大器(或 LTWTA)，但也可以是固态功率放大器(SSPA)。
单元121的放大器之后跟随着8到1类型的加法器122，在该加法 器之后输出信号被滤波器123滤波，然后被发送到用于辐射以形成射 束的源13。
图7示例性地描述了根据图6的实施例的单元121的放大器的幅 度或相位的频率响应。每个频带的最大离差受到限制，而整个操作频 带很宽且不被所造成的功率损耗限定。
该方案的优点是允许在宽的频带上在放大器之间进行定位，这使 得能够在多信道应用中使用并行放置的放大器，该方案为灵活的有用 负载提供了很多机会。
7此外，大量移相器和衰减器的使用在重量、功耗和成本方面产生 的影响完全可以接受。
8
权利要求
1、一种用于人造卫星的放大设备(8)，以将多个p传输信道放大到对应于射束的输出，该装置包括—频带组合装置(10)，包括n个输入以接收n个传输信道，和q个输出以分别提供在q个频带(频带1—频带4)内组合在一起的信道，—功率放大装置(121)，包括用于分布式放大n个信道的p个并行的放大器，—增益和相位调节装置(113)，对应于q个频带上的p个功率放大器。
2、 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，传输信道在q个频带中的分布以及p个有源放大器的使用需要利用至少q*p个移相器/衰减器来用于它们的单独调节。
全文摘要
本发明涉及一种用于人造卫星的放大设备，以将n个传输信道放大到对应于射束的输出，该设备包括-频带组合装置，包括n个输入以接收n个传输信道，和q个输出以分别提供在q个频带内组合在一起的信道，-功率放大单元，包括用于分布式放大n个信道的p个并行的放大器，-增益和相位调节装置，对应于q个频带上的p个功率放大器。
文档编号H04B7/185GK101502023SQ200780029713
公开日2009年8月5日 申请日期2007年8月9日 优先权日2006年8月10日
发明者J.·贝尔蒙特, P.·瓦赞 申请人:泰勒斯公司