专利名称：一种射频功率放大器的热备份系统及方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及在无线接入及微波系统中采用单刀双掷微波开关实现的射频功率放大器的N+1热备份系统及其实现方法。
背景技术：
随着移动通信的发展，射频功率放大器广泛应用在无线接入及微波系统中，进行信号的放大，在系统中是一个重要的部件。在CDMA无线接入多载波系统中，如果某个扇区的功放有故障，这个扇区的手机用户就打不通电话，将对移动通信运营商的服务质量产生负面影响，所以，CDMA无线接入多载波系统对功率放大器的稳定性和可靠性提出了很高的要求。但功率放大器工作在大电流、高电压状态，热环境也不好，容易出问题。所以要开发功率放大器的热备份技术，以提高稳定性。
以下都以三扇区为例。如图1所示，常规的技术是每个扇区都有至少一个功率放大器，任何一个功率放大器都是只放大本扇区的输入信号，与其它扇区信号无关，功率放大器之间没有关系，互相隔离。IN1的输入信号经功率放大器PA1放大后，到达某扇区的天线S1，IN2的输入信号经功率放大器PA2放大后到达S2，同样，IN3的输入信号经功率放大器PA3放大后到达S3。如果PA1损坏，则本扇区无信号输出，本扇区的所有终端移动用户都无法接入系统。这样会损害移动运营商的信誉，同样对设备制造商的信誉有不利的影响。这种常规的无热备份装置的方案，要求功率放大器有很高的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有多扇区射频功率放大器的热备份功能的系统，该系统在解决了多扇区射频功率放大器热备份问题的同时，保证扇区间隔离度指标优异。
本发明的又一目的是提供一种利用微波单刀双掷开关实现N个扇区射频功率放大器的热备份的方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为一种射频功率放大器的热备份系统，包括N个功率放大器及一个与所述功率放大器相同的备份放大器，还包括N对微波单刀双掷开关；每个所述功率放大器的的输入端与一对微波单刀双掷开关中的前置微波单刀双掷开关的端口一相接，而输出端与一对微波单刀双掷开关中的后置微波单刀双掷开关的端口一相接；且前置微波单刀双掷开关的控制端口为微波信号的输入端；后置微波单刀双掷开关的控制端口为微波信号的输出端；且所述N对开关中的前置微波单刀双掷开关的端口二共同连接至所述备份功率放大器的输入端；所述N对开关中的后置微波单刀双掷开关的端口二共同连接至所述备份功率放大器的输出端；其中，N为扇区数，是大于0的正整数。
所述的系统，其中所述的微波单刀双掷开关包括3段传输线及2个开关器件；所述第一传输线、第二传输线及第三传输线顺序串接，且第一传输线首端为端口一，第三传输线末端为端口二，第一传输线末端与第二传输线首端相交处为控制端；第一开关器件连接在所述端口一与地之间；所述第二传输线末端与第三传输线首端相交处与地之间连接第二开关器件。
所述的系统，其中所述的传输线均为1/4波长线；所述传输线的特性阻抗均为Z0。
所述的系统，其特征在于所述的开关器件采用PIN二极管。
一种射频功率放大器的N+1热备份的方法，用于无线接入及微波系统的N个扇区，每个扇区包括一个相同的主功率放大器及一对与主功率放大器连接的微波单刀双掷开关；还包括一个各扇区共用的备份功率放大器；所述方法包括如下步骤A、将每个扇区的所述主功率放大器的输入端与一对微波单刀双掷开关中的前置微波单刀双掷开关的端口一相接，而输出端与后置微波单刀双掷开关的端口一相接；且输入信号从前置微波单刀双掷开关的控制端口接入，而后置微波单刀双掷开关的控制端口与天线系统连接；且所述N对开关中的前置微波单刀双掷开关端口二共同连接至所述备份功率放大器的输入端；所述N对开关中的后置微波单刀双掷开关的端口二共同连接至所述备份功率放大器的输出端；B、置各扇区的所述微波单刀双掷开关，使得每个扇区的功率放大器处于正常工作状态，而所述备份功率放大器处于待机状态；C、当某一扇区的所述功率放大器出现故障时，切换该扇区的微波单刀双掷开关，使所述备份功率放大器替换所述故障功率放大器；其中，N为扇区数，是大于0的正整数。
本发明的有益效果为由于本发明所述的热备份系统中每个扇区都有一个功率放大器，并且系统中还有一个备份的功率放大器，该备份功率放大器为系统所共有不属于任何扇区，因此，当其中一个扇区的功率放大器出现故障时，备份的功率放大器能在不停电停机的情况下，立即替代出故障的功率放大器工作实现备份功能；又由于本发明所述的热备份装置，其N个功率放大器中的任何一个，都只放大一个扇区的信号，所以扇区间的隔离度可以做得很好，满足实际使用需求。同时，由于本发明采用的微波单刀双掷开关拓扑结构简单，且构成微波单刀双掷开关的各传输线可以采用PCB上的微带线或带状线实现，这已是很成熟PCB制造工艺；以及各开关器件可采用微波PIN二极管，PIN二极管也是很成熟的器件，易于采购；所以，本发明还具有电路简单、工艺成熟、成本低、易于实现的优点。
图1为常规的无热备份和互助功能的三扇区功率放大器图2为本发明采用的微波单刀双掷开关拓朴结构图3为本发明功率放大器3+1热备份装置结构示意具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明本发明的功率放大器热备份系统可以包括N个扇区，由于实际应用中多采用三扇区配置，并且方便叙述，因此以下以N＝3为例，来说明三扇区的射频功放如何实现3+1热备份功能的。
如图3所示，本发明的功率放大器热备份系统有三个扇区，每个扇区有一个功率放大器，即PA1为扇区一的功放，PA2为扇区二的功放，PA3为扇区三的功放；系统中还有一个各扇区共用的与功率放大器相同的备份功率放大器PA；并且每个扇区都有一对由传输线和开关器件构成的微波单刀双掷开关，如图3所示由传输线A、C、E和开关器件SW1、SW3构成扇区一的前置微波单刀双掷开关，而由传输线B、D、F和开关器件SW2、SW4构成扇区一的后置微波单刀双掷开关；由传输线K、I、G和开关器件SW7、SW5构成扇区二的前置微波单刀双掷开关，而由传输线L、J、H和开关器件SW8、SW6构成扇区二的后置微波单刀双掷开关；由传输线O、M、Q和开关器件SW11、SW9构成扇区三的前置微波单刀双掷开关，而由传输线P、N、R和开关器件SW12、SW10构成扇区三的后置微波单刀双掷开关。因此，本发明的系统包括有3个功率放大器及3对微波单刀双掷开关，其连接方式为每个功率放大器的输入端与一对微波单刀双掷开关中的前置微波单刀双掷开关的端口一相接，而输出端与一对微波单刀双掷开关中的后置微波单刀双掷开关的端口一相接；且前置微波单刀双掷开关的控制端口为微波信号的输入端IN；后置微波单刀双掷开关的控制端口为微波信号的输出端OUT，接天线系统；且所述N对开关中的前置微波单刀双掷开关的端口二共同连接至所述备份功率放大器PA的输入端；N对开关中的后置微波单刀双掷开关的端口二共同连接至所述备份功率放大器PA的输出端。
所述的每个微波单刀双掷开关由3段传输线及2个开关器件构成，其拓扑结构以扇区一前置微波开关为例来说明，如图2所示第一传输线A、第二传输线C及第三传输线E顺序串接，即第一传输线A的末端与第二传输线C的首端相连，第二传输线C的末端与第三传输线E的首端相连，且第一传输线A的首端为端口一，第三传输线E的末端为端口二，第一传输线A与第二传输线E相交处为控制端；第一开关器件SW1连接在所述端口一与地之间，第二开关器件SW3连接在第二传输线C与第三传输线E相交处与地之间。构成微波开关的传输线均为1/4波长线；所述传输线的特性阻抗均为Z0。根据1/4波长线的特征可知当SW1闭合，SW3断开时，第一传输线A的末端视为对地开路端，因此控制端与端口一隔离，而与端口二相通，从控制端接入的微波信号只能通过传输线C和传输线E传输到端口二；而当SW3闭合，SW1断开时，第二传输线C的首端视为对地开路端，因此控制端与端口二隔离，而与端口一相通，从控制端接入的微波信号能通过传输线A传输到端口一；由此形成单刀双掷的功能。该微波单刀双掷开关的拓扑结构简单且实用性强。
图3所示的整个系统具有四种状态第一种状态是三个扇区的三个功放PA1、PA2、PA3正常工作、备份功放PA不工作。此时设置SW3、SW4、SW5、SW6、SW9、SW10闭合，SW1、SW2、SW7、SW8、SW11、SW12断开，根据上述微波单刀双掷开关的原理，输入信号IN1、IN2、IN3、分别进入传输线A、K、O，经功率放大器PA1、PA2、PA3放大后，再经传输线B、L、P输出。在输入端方面，由于各前置微波开关的SW3、SW5、SW9短路接地，分别经过1/4波导波长阻抗变换至PA输入端为开路，因此功放PA没有输入信号；在输出端方面，由于各后置微波开关的SW4、SW6、SW10短路接地，分别经过1/4波导波长阻抗变换至PA输出端为开路，因此也没有输出信号窜到PA。
第二种状态是扇区一功放PA1损坏、扇区二、三的PA2、PA3正常工作、备份功放PA顶替PA1工作。此时设置SW1、SW2、SW5、SW6、SW9、SW10闭合，SW3、SW4、SW7、SW8、SW11、SW12断开，输入信号IN1进入传输线C、E，经备份功率放大器PA放大后，再经传输线F、D输出。在IN1输入端，由于SW1短路接地，经过1/4波导波长阻抗变换至输入端为开路，因此IN1不会从传输线A通过，功放PA1没有输入信号；在输出端由于SW2短路接地，经过1/4波导波长阻抗变换至输出端为开路，因此经PA放大的信号经传输线F、B直接输出，而不会经传输线B流入PA1。
第三种状态是扇区二的功放PA2损坏、扇区一、三的PA1、PA3正常工作、备份功放PA顶替PA2工作。此时设置SW3、SW4、SW7、SW8、SW9、SW10闭合，SW1、SW2、SW5、SW6、SW11、SW12断开，其工作原理与第二种状态完全相同。
第四种状态是是扇区三的功放PA3损坏、扇区一、二的PA1、PA2正常工作、备份功放PA顶替PA3工作。此时设置SW3、SW4、SW5、SW6、SW11、SW12闭合，SW1、SW2、SW7、SW8、SW9、SW10断开，其工作原理与第二种状态完全相同。
以上所述，如果把第一种状态当做功率放大器的正常状态，则第二种、第三种、第四种状态相当于热备份。功率放大器PA是功率放大器PA1、PA2、PA3的备份，不属于任何扇区，当其中一个扇区的功率放大器出现故障时，切换该扇区的微波单刀双掷开关，使备份的功率放大器PA在不停电停机的情况下，立即替代出现故障的功率放大器工作，实现了热备份。更为重要的是，四个功率放大器PA1、PA2、PA3、PA中的任何一个在工作时，都只放大一个扇区的信号，所以采用此系统，扇区间的隔离度指标可以做得很高。
在实际应用中，微波单刀双掷开关中的开关器件可采用微波PIN二极管构成的微波开关，但不限于微波PIN二极管，PIN二极管是很成熟的器件，成本低廉、易于采购；并且构成微波单刀双掷开关的各传输线可以采用PCB上的微带线或带状线实现，这已是很成熟PCB制造工艺；同时，在实际应用中，为了解决多扇区时前置和后置微波开关的第三传输线电长度不够的问题，微波开关的第三传输线可以采用电长度为(1/4+n/2)波长线，其中n为≥0的正整数，如图3所示，传输线Q和传输线R可采用电长度为3/4的传输线。由此可见，本发明的射频功放热备份系统还具有电路简单、成本低、工艺成熟、实用性强的优点。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种射频功率放大器的热备份系统，包括N个功率放大器及一个与所述功率放大器相同的备份放大器；其特征在于还包括N对微波单刀双掷开关；每个所述功率放大器的的输入端与一对微波单刀双掷开关中的前置微波单刀双掷开关的端口一相接，而输出端与一对微波单刀双掷开关中的后置微波单刀双掷开关的端口一相接；且前置微波单刀双掷开关的控制端口为微波信号的输入端；后置微波单刀双掷开关的控制端口为微波信号的输出端；且所述N对开关中的前置微波单刀双掷开关的端口二共同连接至所述备份功率放大器的输入端；所述N对开关中的后置微波单刀双掷开关的端口二共同连接至所述备份功率放大器的输出端；其中，N为扇区数，是大于0的正整数。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的微波单刀双掷开关包括3段传输线及2个开关器件；所述第一传输线、第二传输线及第三传输线顺序串接，且第一传输线首端为端口一，第三传输线末端为端口二，第一传输线末端与第二传输线首端相交处为控制端；第一开关器件连接在所述端口一与地之间；所述第二传输线末端与第三传输线首端相交处与地之间连接第二开关器件。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所述的传输线均为1/4波长线；所述传输线的特性阻抗均为Z0。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于所述的开关器件采用PIN二极管。
5.一种射频功率放大器的N+1热备份的方法，用于无线接入及微波系统的N个扇区，每个扇区包括一个相同的主功率放大器及一对与主功率放大器连接的微波单刀双掷开关；还包括一个各扇区共用的备份功率放大器；所述方法包括如下步骤A、将每个扇区的所述主功率放大器的输入端与一对微波单刀双掷开关中的前置微波单刀双掷开关的端口一相接，而输出端与后置微波单刀双掷开关的端口一相接；且输入信号从前置微波单刀双掷开关的控制端口接入，而后置微波单刀双掷开关的控制端口与天线系统连接；且所述N对开关中的前置微波单刀双掷开关端口二共同连接至所述备份功率放大器的输入端；所述N对开关中的后置微波单刀双掷开关的端口二共同连接至所述备份功率放大器的输出端；B、设置各扇区的所述微波单刀双掷开关，使得每个扇区的功率放大器处于正常工作状态，而所述备份功率放大器处于待机状态；C、当某一扇区的所述功率放大器出现故障时，切换该扇区的微波单刀双掷开关，使所述备份功率放大器替换所述故障功率放大器；其中，N为扇区数，是大于0的正整数。
全文摘要
一种射频功率放大器的热备份系统及方法，系统N个扇区中，每个扇区包括一个功率放大器及一对前后置微波单刀双掷开关；系统中还有一个与功率放大器相同的备份放大器，该系统各扇区共用一个备份功率放大器，当系统中某一扇区的功率放大器出现故障时，切换该扇区的前后置微波单刀双掷开关，使备份的功率放大器在不停电停机的情况下，立即替代出故障的功率放大器工作，并且各扇区之间具有很高的隔离度。
文档编号H04B1/74GK1790933SQ20041007768
公开日2006年6月21日 申请日期2004年12月17日 优先权日2004年12月17日
发明者袁文欣 申请人:华为技术有限公司