一种射频功率放大器及使用方法与流程

本发明涉及卫星探测领域，特别是涉及一种射频功率放大器及使用方法。

背景技术：

全球导航定位系统(gnss，globalnavigationsatellitesystem)无线掩星探测具有全天候、长期稳定、高精度和高垂直分辨率等优点，可以获得地球大气的折射率信息，并可进一步反演得到电离层电子密度、中性大气密度、气压、温度以及湿度等信息，在气象、空间以及国防领域具有广泛的应用前景。低轨掩星(gnss-leo，gnsslowearthorbit)技术反演地球低层大气水汽时存在水汽模糊现象，需要通过其它方式得到的先验场信息反演水汽廓线。大气低层的温度和水汽信息对天气预报模式同等重要，为了解决水汽模糊问题，2001年欧洲科学家拓展了gnss-leo掩星定义的同时提出了leo-leo掩星的概念，在leo卫星上分别加装三波段(17.25ghz、20.2ghz、22.6ghz)的微波发射机和接收机，利用差分吸收原理独立反演大气水汽廓线。

leo卫星上的微波发射机在进行工作时，常出现输出功率不稳定的情况，进而影响反演数据的获取、处理和演算的精度，造成探测结果不准确、探测效率降低的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种射频功率放大器及使用方法，用以解决现有技术leo卫星上的微波发射机在进行工作时，常出现输出功率不稳定的情况，进而影响反演数据的获取、处理和演算的精度，造成探测结果不准确、探测效率降低的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种射频功率放大器，包括：功率放大系统，用于对预定频率的射频信号进行功率放大；确定系统，用于确定所述功率放大系统输出的射频信号的功率；控制系统，用于检测所述功率放大系统输出的射频信号的功率是否在预设范围，在所述功率放大系统输出的射频信号的功率不在所述预设范围内的情况下，调整所述功率放大系统的放大倍数。

进一步，所述功率放大系统包括：可变增益放大器以及功率放大器。

进一步，还包括：定向耦合器，用于将功率放大器输出的射频信号分成输出信号和反馈信号；所述确定系统，具体用于确定所述反馈信号的功率；所述控制系统，具体用于检测所述反馈信号的功率是否在预设范围，在所述反馈信号的功率不在所述预设范围内的情况下，调整所述可变增益放大器的放大倍数。

进一步，所述控制系统至少包括：模数转换器、主控器、数模转换器；其中，所述模数转换器，用于将所述功率放大系统输出的射频信号的功率由模拟信号转换为数字信号；所述主控器，用于根据所述模数转换器输出的数字信号，检测所述功率放大系统输出的射频信号的功率是否在预设范围，在所述功率放大系统输出的射频信号的功率不在所述预设范围内的情况下，输出调整所述功率放大系统的放大倍数的数字信号；所述数模转换器，用于将所述主控器输出的数字信号转换为模拟信号。

进一步，所述可变增益放大器根据所述数模转换器输出的模拟信号，调整放大倍数。

进一步，还包括：温度传感器，用于检测所述功率放大系统的工作温度变化，并将所述工作温度变化发送至所述主控器；所述主控器，还用于根据所述温度传感器发送的所述工作温度变化，控制风扇运行。

另一方面，本发明还提供一种射频功率放大器的使用方法，包括：通过功率放大系统对预定频率的射频信号进行功率放大；确定所述功率放大系统输出的射频信号的功率；检测所述功率放大系统输出的射频信号的功率是否在预设范围，在所述功率放大系统输出的射频信号的功率不在所述预设范围内的情况下，调整所述功率放大系统的放大倍数。

进一步，通过功率放大系统对预定频率的射频信号进行功率放大之后，还包括：将放大后的射频信号分成输出信号和反馈信号；确定所述反馈信号的功率；检测所述反馈信号的功率是否在预设范围，在所述反馈信号的功率不在所述预设范围内的情况下，调整所述功率放大系统的放大倍数。

进一步，所述检测所述反馈信号的功率是否在预设范围，在所述反馈信号的功率不在所述预设范围内的情况下，调整所述功率放大系统的放大倍数，包括：将所述功率放大器输出的射频信号的功率由模拟信号转换为数字信号；根据所述模数转换器输出的数字信号，检测所述功率放大器输出的射频信号的功率是否在预设范围，在所述功率放大器输出的射频信号的功率不在所述预设范围内的情况下，输出调整所述功率放大系统的放大倍数的数字信号；将所述调整所述功率放大系统的放大倍数的数字信号转换为模拟信号。

进一步，还包括：检测所述功率放大系统的工作温度变化；根据所述功率放大系统的工作温度变化，控制风扇运行。

本发明在射频功率放大器中设置控制系统，并检测功率放大系统的输出功率是否在预设范围内，若不在预设范围内，则证明当前功率输出不稳定，此时通过控制系统及时进行放大倍数的调整，使功率放大器的输出功率始终保持在固定范围内，提高了leo卫星的探测精度和探测效率，避免出现输出功率不稳定的情况，进而影响反演数据的获取、处理和演算的精度，造成探测结果不准确、探测效率降低的问题。

附图说明

图1是本发明第一实施例中射频功率放大器的结构示意图；

图2是本发明第一实施例中射频功率放大器的另一种结构示意图；

图3是本发明第一实施例中控制系统的结构示意图；

图4是本发明第一实施例中射频功率放大器的再一种结构示意图；

图5是本发明第一实施例中17.25ghz频段对应的射频功率放大器的结构示意图；

图6是本发明第二实施例中射频功率放大器的使用方法流程图。

具体实施方式

为了解决现有技术的微波发射机在进行工作时，常出现输出功率不稳定的情况，进而影响反演数据的获取、处理和演算的精度，造成探测结果不准确、探测效率降低的问题，本发明提供了一种射频功率放大器及使用方法，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明的第一实施例提供了一种射频功率放大器，主要应用于leo卫星的微波发射机上，接收微波发射机输出的射频信号，将其进行功率放大后输出，其结构示意图如图1所示，主要包括：功率放大系统10，用于对预定频率的射频信号进行功率放大；确定系统20，与功率放大系统10耦合，用于确定功率放大系统输出的射频信号的功率；控制系统30，与功率放大系统10和确定系统20分别耦合，用于检测功率放大系统输出的射频信号的功率是否在预设范围，在功率放大系统输出的射频信号的功率不在预设范围内的情况下，调整功率放大系统的放大倍数。

本实施例的射频功率放大器主要安装在leo卫星的微波发射机上，且leo卫星主要用于对大气、水汽等数据进行反演，由于在22.3ghz的频点附近水汽对电波吸收系数较大，因此leo卫星的微波发射机常采用k频段22.3ghz附近三个频点(17.25ghz、20.2ghz和22.6ghz)作为探测大气水汽特性的主要频段，因此，本实施例中射频功率放大器放大的射频信号的频率主要为17.25ghz、20.2ghz和22.6ghz三个频率，即为预定频率的射频信号。

在本实施例中，功率放大系统10可具体包括可变增益放大器以及功率放大器，其中，可变增益放大器(vga，variablegainamplifier)用于对预定频率的射频信号进行信号预防大，其预防大的倍数可以进行调整，功率放大器用于将经过可变增益放大器预防大后的射频信号再次进行功率放大，其放大的倍数固定，预定频率的射频信号的放大倍数实际为可变增益放大器的预放大倍数×功率放大器的放大倍数。另外，在本实施例中功率放大器的输出功率为500毫瓦(mw)，在实际使用时可根据需求进行功率放大器的输出功率的调整。

确定系统20主要用于检测功率放大系统10输出的射频信号的功率，具体可以为功率检波器，或具有检波功能的其他设备。具体地，在功率放大系统10和确定系统20之间，还可以耦合有定向耦合器40，此时射频功率放大器的结构示意图如图2所示，定向耦合器40用于将功率放大器输出的射频信号分成两路，一路作为输出信号，经过阻抗50ω的sma接口进行输出，另一路作为反馈信号，输入至确定系统20进行射频信号的功率确定。应当了解的是，在定向耦合器40将功率放大器输出的射频信号分成两路时，可以将功率放大器输出的射频信号中90％的射频信号能量作为输出信号一路，剩余的10％作为反馈信号一路，由于输出信号和反馈信号的功率相同，因此确定系统20只需要对反馈信号的功率进行确定即可以得到输出信号的功率，另外，定向耦合器40输出两路信号的比例可以根据实际情况进行设定，并不仅限于本实施例提出的90％和10％。

控制系统30根据确定系统20确定的反馈信号的功率，首先检测其是否在预设范围内，预设范围通常为w±10％，w为功率放大器输出的额定功率，当反馈信号的功率不在预设范围内时，证明输出信号的功率偏大或偏小，已经出现了输出不稳定的情况，此时控制系统30调整功率放大系统10的放大倍数，具体地，控制系统30调整的是可变增益放大器的预防大倍数。

具体地，控制系统30主要包括主控器32，用于检测功率放大系统输出的射频信号的功率是否在预设范围，在功率放大系统输出的射频信号的功率不在预设范围内的情况下，调整功率放大系统的放大倍数，但由于主控器32只能接收和处理数字信号，确定系统20输出的射频信号的功率以及功率放大系统10接收的信号通常为模拟信号，因此，控制系统30还包括模数转换器(a/d，analog-to-digital)31和数模转换器33(d/a，digit-to-analog)，控制系统30的结构示意图如图3所示，模数转换器31用于将功率放大系统输出的射频信号的功率由模拟信号转换为数字信号，数模转换器33用于将主控器输出的数字信号转换为模拟信号。

进一步地，主控器32输出的调整功率放大系统的放大倍数的数字信号，经数模转换器33转换后输出的模拟信号，实际上是由可变增益放大器进行接收，并且根据模拟信号中携带的具体调整方案，调整其自身的预防大倍数。

在正常工作中功率放大系统10的温度升高或过高都会影响输出功率，主要是影响功率放大器的输出功率，所以必须保证功率放大系统10的温度恒定。因此，在射频功率放大器中还安装有温度传感器50，与主控器32耦合，此时射频功率放大器的结构示意图如图4所示，温度传感器50用于检测功率放大系统的工作温度变化，并将工作温度变化发送至主控器32，主控器32在接收到温度传感器50发送的工作温度变化后，根据工作温度变化情况，控制风扇运行。具体地，如果功率放大系统10温度升高，温度传感器50会采集到温度升高的信号，传给主控器32，主控器32发出控制信号控制机壳的风扇转动，从而降低功率放大系统10的温度使功率放大系统10的工作环境接近恒温，以进一步保证输出功率稳定。

本实施例在射频功率放大器中设置控制系统，并检测功率放大系统的输出功率是否在预设范围内，若不在预设范围内，则证明当前功率输出不稳定，此时通过控制系统及时进行放大倍数的调整，使功率放大器的输出功率始终保持在固定范围内，提高了leo卫星的探测精度和探测效率，避免出现输出功率不稳定的情况，进而影响反演数据的获取、处理和演算的精度，造成探测结果不准确、探测效率降低的问题。

进一步地，由于在leo卫星上需要分别加装三波段(17.25ghz、20.2ghz、22.6ghz)的微波发射机和接收机，为了上述三个频段的发射机可以同时进行工作，因此，针对每个频段的微波发射机都应该设置一个对应的本实施例中所提供的射频功率放大器。下面结合图5，对17.25ghz频段对应的射频功率放大器进行描述：预定频率的射频信号为17.25ghz，该信号首先经过vga进行预防大，然后将预防大后的信号经过功率放大器进行固定倍数的放大，随后将放大后的射频信号通过定向耦合器分成两路，一路直接进行输出，输出的频段依旧为17.25ghz，输出的功率为功率放大器的额定功率500mw，另一路作为反馈信号输入至功率检波器中进行检波，并将检测结果由a/d转换器将模拟信号转换为数字信号输入至主控器，由主控器判断是否需要进行放大倍数的调整，若需要进行调整，则输出调整放大倍数的数字信号，并在d/a转换器将数字信号转换为模拟信号后，输出至vga，vga接收到该模拟信号后调整自身的预防大倍数，保证最终输出的信号功率保持稳定。应当了解的是，对于频段20.2ghz和22.6ghz对应的射频功率放大器，其结构与17.25ghz频段对应的射频功率放大器相同，只是输入的射频信号频段不同，因此，在此不再赘述。

本发明的第二实施例提供了一种射频功率放大器的使用方法，其流程图如图6所示，主要包括步骤s201至s203：

s201，通过功率放大系统对预定频率的射频信号的射频信号进行功率放大；

s202，确定功率放大系统输出的射频信号的功率；

s203，检测功率放大系统输出的射频信号的功率是否在预设范围，在功率放大系统输出的射频信号的功率不在预设范围内的情况下，调整功率放大系统的放大倍数。

本实施例所提供的方法主要应用在leo卫星的微波发射机的射频功率放大器上，且leo卫星主要用于对大气、水汽等数据进行反演，由于在22.3ghz的频点附近水汽对电波吸收系数较大，因此leo卫星的微波发射机常采用k频段22.3ghz附近三个频点(17.25ghz、20.2ghz和22.6ghz)作为探测大气水汽特性的主要频段，因此，本实施例中射频功率放大器放大的射频信号的频率主要为17.25ghz、20.2ghz和22.6ghz三个频率，即为预定频率的射频信号。

在本实施例中，功率放大系统可具体包括可变增益放大器以及功率放大器，可变增益放大器用于对预定频率的射频信号进行信号预防大，其预防大的倍数可以进行调整，功率放大器用于将经过可变增益放大器预防大后的射频信号再次进行功率放大，其放大的倍数固定，预定频率的射频信号的放大倍数实际为可变增益放大器的预放大倍数×功率放大器放大倍数。在通过功率放大系统对预定频率的射频信号的射频信号进行功率放大时，实际上将预定频率的射频信号经过可变增益放大器以及功率放大器进行放大。

进一步地，可以将放大后的射频信号分成输出信号和反馈信号，作为输出信号的一路，经过阻抗50ω的sma接口直接进行输出，作为反馈信号的一路，通过确定反馈信号的功率，即可得到功率放大系统放大后的射频信号的功率。可选地，将放大后的射频信号分成输出信号和反馈信号可以通过定向耦合器实现，在其工作时可将功率放大器输出的射频信号中90％的射频信号能量作为输出信号一路，剩余的10％作为反馈信号一路，应当了解的是，输出两路信号的比例可以根据实际情况进行设定，并不仅限于本实施例提出的90％和10％。

在确定反馈信号的功率之后，检测其功率是否在预设范围内，当反馈信号的功率不在预设范围内时，证明功率放大系统输出信号的功率偏大或偏小，已经出现了输出不稳定的情况，此时需要调整功率放大系统的放大倍数，具体地，调整的是功率放大系统中可变增益放大器的预防大倍数。应当了解的是，进行功率检测和调整可以由主控器执行，由于主控器智能接收和处理数字信号，因此，在进行功率检测和调整之前，还应当包括将功率放大器输出的射频信号的功率由模拟信号转换为数字信号的步骤，并且在主控器输出调整功率放大系统的放大倍数的数字信号之后，包括将调整功率放大系统的放大倍数的数字信号转换为模拟信号的步骤，使功率放大系统可根据该模拟信号进行放大倍数的调整。

在正常工作中功率放大系统的温度升高或过高都会影响输出功率，主要是影响功率放大器的输出功率，所以必须保证功率放大系统的温度恒定。因此，在使用射频功率放大器的方法中还应包括检测功率放大系统的工作温度变化的步骤，并根据功率放大系统的工作温度变化，控制风扇运行。检测功率放大系统的工作温度变化主要通过温度传感器进行检测，如果功率放大系统温度升高，温度传感器会采集到温度升高的信号，传给主控器，由主控器发出控制信号控制机壳的风扇转动，从而降低功率放大系的温度使功率放大系统的工作环境接近恒温，以进一步保证输出功率稳定。

本实施例检测功率放大系统的输出功率是否在预设范围内，若不在预设范围内，则证明当前功率输出不稳定，此时进行放大倍数的调整，使功率放大器的输出功率始终保持在固定范围内，提高了leo卫星的探测精度和探测效率，避免出现输出功率不稳定的情况，进而影响反演数据的获取、处理和演算的精度，造成探测结果不准确、探测效率降低的问题。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。