用于保護高頻功率放大器免受錯誤結束影響的方法和設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種針對在輸出側存在錯誤阻抗匹配的情況的在高頻功率放大器中的失配保護電路。在這種情況下，由于功率的一部分被引回到放大器輸出級中而出現(xiàn)反射。在錯誤結束、即空載或短路的最臨界的情況下，放大器的整個高頻功率被引回到該放大器中。這樣的情況可能在這種放大器開始運轉(zhuǎn)期間或在測量這種放大器時由于操作錯誤和/或操縱錯誤而出現(xiàn)。高頻功率放大器可能由于放大器的被反射的功率部分而承受熱負荷，使得半導體器件受損或甚至被損壞，其中高頻功率放大器的輸出級利用晶體管來構建。在此，本發(fā)明利用權利要求1和8的特征部分的特征設法補救。
【專利說明】用于保護高頻功率放大器免受錯誤結束影響的方法和設備

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針對在輸出側存在錯誤阻抗匹配的情況的在高頻功率放大器中的失配保護電路。

【背景技術】
[0002]高頻功率放大器在波導系統(tǒng)中以預給定的阻抗、例如500HM被確定尺寸。為了保證功率放大器的不受干擾的功能和至連接的系統(tǒng)、諸如天線母線中的最大功率輸出，連接的系統(tǒng)必須具有與功率放大器相同的線路阻抗。
[0003]在連接點處有不同阻抗的情況下，出現(xiàn)反射，功率的一部分通過所述反射被引回到放大器輸出級中。在錯誤連接、即空載或短路的最臨界的情況下，放大器的整個高頻功率被引回到該放大器中。
[0004]這樣的情況可能在這種放大器開始運轉(zhuǎn)期間或在測量這種放大器時由于操作錯誤和/或操縱錯誤而出現(xiàn)。
[0005]高頻功率放大器可能由于放大器的被反射的功率部分而承受熱負荷，使得半導體器件受損或甚至被損壞，其中所述高頻功率放大器的輸出級在使用晶體管的情況下來構建。
[0006]為了在錯誤結束(Fehlabschluss)的情況下保護這樣的輸出級免受所反射的功率影響，目前在高頻晶體管功率放大器的輸出端處安置環(huán)形器，如在圖1中以具有并行的輸出級的功率放大器的輸出段為例所示的。
[0007]作為三端口器件(Dreitor)被設計的電路具有依賴于方向的波導。在端口 I上被饋入的功率低損耗地被引導至端口 2。在端口 2上被饋入的功率或從那里所反射的功率在RF輸出端的錯誤結束的情況下被進一步引導到端口 3。通過端口 3以具有參考系統(tǒng)的大小的負載電阻來結束的方式，全部的在端口 3上所輸出的的功率被吸收并且不重新從端口 3被反射至端口 I。環(huán)形器作為隔離器起作用，環(huán)形器的第三端口以負載電阻結束。
[0008]問題提出
[0009]近年來，為了在高頻功率放大器中使用，開發(fā)了基于氮化鎵的新型晶體管。這些晶體管有直至200瓦的輸出功率。由于其同時也具有非常高的效率，所以其適合于在針對衛(wèi)星應用的功率放大器中使用。但同時在衛(wèi)星應用中也要求功率放大器之后的輸出網(wǎng)絡損耗低，以便不妨礙放大器的效率。此外，需要設備有小的結構大小和重量。
[0010]為了在錯誤結束時保護這樣的功率放大器免受所反射的功率影響，隔離器應該是必需的，所述隔離器的結束電阻在第三端口上可以吸收直至200瓦的全部功率。這種隔離器在高頻領域中不能以同時所要求的損耗低且小的結構大小來實現(xiàn)。
[0011]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的任務是，在這里所談及的類型的高頻功率放大器中在失配時設法補救。該任務借助權利要求1和權利要求8中的特征來實現(xiàn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]以下借助附圖更詳細地描述本發(fā)明，其中
[0014]圖1示出具有環(huán)形器的現(xiàn)有技術，
[0015]圖2示出失配檢測器的原理性電路，
[0016]圖3示出耦合器的耦合衰減和隔離(方向性銳度)，
[0017]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的失配保護電路，以及
[0018]圖5示出具有失配保護電路的兩個并行的輸出級的輸出組合器。

【具體實施方式】
[0019]根據(jù)本發(fā)明的用于高頻功率放大器的匹配保護電路具有安置在功率放大器的輸出端處的檢測器，該檢測器被構造為波導耦合器，并且該檢測器的在直通方向上去耦的端口以負載電阻結束。由于用于從輸出端所反射的波的該端口具有比針對輸出級所饋入的功率更低的耦合衰減，所以該端口同樣以檢測器二極管結束(圖2)。
[0020]耦合器的尺寸被設計，使得保證，至分別被耦合的端口中的具有例如_25dB的耦合衰減小于至分別去耦的端口中的具有例如_30dB的衰減(參看圖3)。因此，給定了在兩個檢測器二極管中施加的信號電平的來源的明確的可區(qū)分性和其向檢測器二極管的分配。[0021 ] 由兩個檢測器二極管所提供的、與相應的施加的功率電平成比例的電壓在調(diào)節(jié)電路中被進一步處理。
[0022]由二極管A所提供的電壓對應于被饋入到輸出端中的有效功率。該電壓如迄今那樣在調(diào)節(jié)電路中被利用，以便例如在ALC運行中和/或關于溫度將輸出功率保持恒定或作為遙測數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)發(fā)至要監(jiān)控的系統(tǒng)。
[0023]由二極管B所提供的電壓與在功率放大器的輸出端處由于以非理想的阻抗結束而被反射的功率成比例。如由圖4所得知的那樣，該電壓在相應的放大和/或處理之后可以以模擬或數(shù)字形式被饋入到接通和關斷輸出級的電路中。在超過預定義的電平Uref時，通過失配警報引起輸出級的快速切斷。
[0024]對于并行的輸出級的常常給定的情況，這些輸出級通過被用作加法器的耦合器來接合。該耦合器由于損耗低的原因大多作為分支耦合器以帶狀功率技術(Streifenleistungstechnik)來實現(xiàn)。在此情況下，失配I禹合器如在圖5中所示的那樣可以被集成到該耦合器中，由此總裝置的直通損耗再次被減小，而同時不僅可以實現(xiàn)RF輸出功率的典型的遙測而且可以實現(xiàn)失配保護。
【權利要求】
1.一種用于保護高頻功率放大器免受錯誤結束影響的方法，該高頻功率放大器具有高輸出功率和高效率， 其特征在于， 在輸出側將失配保護電路接入所述高頻功率放大器， 從所述失配保護電路的第一檢測器二極管(A)和第二檢測器二極管(B)導出第一電壓和第二電壓，所述第一電壓和第二電壓與在所述檢測器二極管上施加的功率電平成比例，其中所述第一電壓對應于被饋入到輸出端中的有效功率而所述第二電壓對應于被反射的功率， 所導出的電壓被輸送給調(diào)節(jié)電路，以及 根據(jù)從二極管(B)所導出的電壓超過或低于預給定的參考電壓，所述調(diào)節(jié)電路切斷或接通一個或多個放大器的一個或多個輸出級。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于保護高頻功率放大器免受錯誤結束影響的方法， 其特征在于， 所述失配保護電路由波導耦合器構成，所述波導耦合器的在直通方向上去耦的端口以負載電阻結束。
3.根據(jù)權利要求1和/或2所述的方法， 其特征在于， 所述波導耦合器被設計，使得至分別被耦合的端口中的耦合衰減小于至分別去耦的端口中的衰減，并且由此能夠?qū)崿F(xiàn)施加的信號電平向第一檢測器二極管或第二檢測器二極管的明確的分配。
4.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法， 其特征在于， 被饋入到輸出端中的有效功率對應于由二極管(A)所提供的電壓，并且能夠被用于在ALC運行中和/或關于溫度將放大器的輸出功率保持恒定或作為遙測數(shù)據(jù)來控制監(jiān)控系統(tǒng)。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法， 其特征在于， 由二極管(B)所提供的電壓對應于由于所述錯誤結束而在所述功率放大器的輸出端上所反射的功率。
6.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法， 其特征在于， 一旦超過預給定的電平Uref，由二極管(B)所提供的電壓就在相應的放大或處理之后以模擬或者數(shù)字形式被饋入到失配保護電路中，以便關斷所述一個或多個輸出級。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于保護具有兩個并行的輸出級的高頻功率放大器的方法， 其特征在于， 所述輸出級的輸出借助加法器被聚集在一起， 所述加法器用作耦合器，以及 根據(jù)權利要求1的特征的失配保護電路被集成到所述耦合器中。
8.根據(jù)權利要求1所述的用于保護高頻功率放大器免受錯誤結束影響的電路，該高頻功率放大器具有高輸出功率和高效率， 其特征在于 在所述高頻功率放大器的輸出端上連接的波導耦合器，所述波導耦合器具有第一檢測器二極管(A)和第二檢測器二極管(B)，其中所述第一檢測器二極管根據(jù)施加的功率電平提供第一電壓，所述第一電壓對應于所饋入的有效功率，所述第二檢測器二極管的所輸出的第二電壓對應于由于失配而被反射的功率， 調(diào)節(jié)回路，利用所述調(diào)節(jié)電路由二極管(B)上的電壓值與參考電壓的差來確定失配的程度，并且根據(jù)所述電壓差低于或超過給定的參考值Uref，一個或多個高頻功率放大器的一個或多個輸出級被接通或切斷。
9.根據(jù)權利要求8所述的保護電路， 其特征在于， 由二極管(A)所提供的電壓對應于被饋入到輸出端中的有效功率，所述有效功率在調(diào)節(jié)電路中能夠被用于例如在ALC運行中和/或關于溫度將放大器的輸出功率保持恒定或用作用于監(jiān)控系統(tǒng)的遙測數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權利要求8所述的保護電路， 其特征在于， 由二極管(B)所提供 的電壓與在功率放大器的輸出端上由于以非理想的阻抗結束而被反射的功率成比例。
11.根據(jù)權利要求8所述的保護電路， 其特征在于， 由二極管(B)所提供的電壓在相應的放大或處理之后以模擬或數(shù)字形式被饋入到電路中，并且在超過預定義的電平Uref時接通或者關斷所述輸出級。
12.根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的保護電路， 其特征在于， 波導耦合器的在直通方向上去耦的端口以負載電阻結束。
13.根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的保護電路， 其特征在于， 在直通方向上去耦的端口對于從功率放大器的輸出端所反射的波具有比對于從輸出級所饋入的功率更低的耦合衰減。
14.根據(jù)權利要求8所述的用于具有兩個輸出級的高頻功率放大器的保護電路， 其特征在于， 輸出級的輸出借助用作加法器的耦合器來聚集在一起，以及 具有權利要求8的特征的失配保護電路被集成到所述電路中。
15.根據(jù)權利要求14所述的保護電路， 其特征在于， 所述耦合器作為分支耦合器以帶狀導體技術來構造。
【文檔編號】H03F1/52GK104081662SQ201280032397
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年6月18日 優(yōu)先權日:2011年6月27日
【發(fā)明者】A-M·克希拉, J·朔伊夫勒 申請人:特薩特－航天通訊有限責任兩合公司