專利名稱：一種射頻功率放大器的熱備份系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及在無(wú)線接入及微波系統(tǒng)中采用單刀雙擲微波開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的射頻功率放大器的N+1熱備份系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，射頻功率放大器廣泛應(yīng)用在無(wú)線接入及微波系統(tǒng)中，進(jìn)行信號(hào)的放大，在系統(tǒng)中是一個(gè)重要的部件。在CDMA無(wú)線接入多載波系統(tǒng)中，如果某個(gè)扇區(qū)的功放有故障，這個(gè)扇區(qū)的手機(jī)用戶就打不通電話，將對(duì)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，所以，CDMA無(wú)線接入多載波系統(tǒng)對(duì)功率放大器的穩(wěn)定性和可靠性提出了很高的要求。但功率放大器工作在大電流、高電壓狀態(tài)，熱環(huán)境也不好，容易出問(wèn)題。所以要開(kāi)發(fā)功率放大器的熱備份技術(shù)，以提高穩(wěn)定性。
以下都以三扇區(qū)為例。如圖1所示，常規(guī)的技術(shù)是每個(gè)扇區(qū)都有至少一個(gè)功率放大器，任何一個(gè)功率放大器都是只放大本扇區(qū)的輸入信號(hào)，與其它扇區(qū)信號(hào)無(wú)關(guān)，功率放大器之間沒(méi)有關(guān)系，互相隔離。IN1的輸入信號(hào)經(jīng)功率放大器PA1放大后，到達(dá)某扇區(qū)的天線S1，IN2的輸入信號(hào)經(jīng)功率放大器PA2放大后到達(dá)S2，同樣，IN3的輸入信號(hào)經(jīng)功率放大器PA3放大后到達(dá)S3。如果PA1損壞，則本扇區(qū)無(wú)信號(hào)輸出，本扇區(qū)的所有終端移動(dòng)用戶都無(wú)法接入系統(tǒng)。這樣會(huì)損害移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的信譽(yù)，同樣對(duì)設(shè)備制造商的信譽(yù)有不利的影響。這種常規(guī)的無(wú)熱備份裝置的方案，要求功率放大器有很高的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有多扇區(qū)射頻功率放大器的熱備份功能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在解決了多扇區(qū)射頻功率放大器熱備份問(wèn)題的同時(shí)，保證扇區(qū)間隔離度指標(biāo)優(yōu)異。
本發(fā)明的又一目的是提供一種利用微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)N個(gè)扇區(qū)射頻功率放大器的熱備份的方法。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種射頻功率放大器的熱備份系統(tǒng)，包括N個(gè)功率放大器及一個(gè)與所述功率放大器相同的備份放大器，還包括N對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)；每個(gè)所述功率放大器的的輸入端與一對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接，而輸出端與一對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接；且前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口為微波信號(hào)的輸入端；后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口為微波信號(hào)的輸出端；且所述N對(duì)開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口二共同連接至所述備份功率放大器的輸入端；所述N對(duì)開(kāi)關(guān)中的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口二共同連接至所述備份功率放大器的輸出端；其中，N為扇區(qū)數(shù)，是大于0的正整數(shù)。
所述的系統(tǒng)，其中所述的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)包括3段傳輸線及2個(gè)開(kāi)關(guān)器件；所述第一傳輸線、第二傳輸線及第三傳輸線順序串接，且第一傳輸線首端為端口一，第三傳輸線末端為端口二，第一傳輸線末端與第二傳輸線首端相交處為控制端；第一開(kāi)關(guān)器件連接在所述端口一與地之間；所述第二傳輸線末端與第三傳輸線首端相交處與地之間連接第二開(kāi)關(guān)器件。
所述的系統(tǒng)，其中所述的傳輸線均為1/4波長(zhǎng)線；所述傳輸線的特性阻抗均為Z0。
所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)器件采用PIN二極管。
一種射頻功率放大器的N+1熱備份的方法，用于無(wú)線接入及微波系統(tǒng)的N個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)包括一個(gè)相同的主功率放大器及一對(duì)與主功率放大器連接的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)；還包括一個(gè)各扇區(qū)共用的備份功率放大器；所述方法包括如下步驟A、將每個(gè)扇區(qū)的所述主功率放大器的輸入端與一對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接，而輸出端與后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接；且輸入信號(hào)從前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口接入，而后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口與天線系統(tǒng)連接；且所述N對(duì)開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)端口二共同連接至所述備份功率放大器的輸入端；所述N對(duì)開(kāi)關(guān)中的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口二共同連接至所述備份功率放大器的輸出端；B、置各扇區(qū)的所述微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，使得每個(gè)扇區(qū)的功率放大器處于正常工作狀態(tài)，而所述備份功率放大器處于待機(jī)狀態(tài)；C、當(dāng)某一扇區(qū)的所述功率放大器出現(xiàn)故障時(shí)，切換該扇區(qū)的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，使所述備份功率放大器替換所述故障功率放大器；其中，N為扇區(qū)數(shù)，是大于0的正整數(shù)。
本發(fā)明的有益效果為由于本發(fā)明所述的熱備份系統(tǒng)中每個(gè)扇區(qū)都有一個(gè)功率放大器，并且系統(tǒng)中還有一個(gè)備份的功率放大器，該備份功率放大器為系統(tǒng)所共有不屬于任何扇區(qū)，因此，當(dāng)其中一個(gè)扇區(qū)的功率放大器出現(xiàn)故障時(shí)，備份的功率放大器能在不停電停機(jī)的情況下，立即替代出故障的功率放大器工作實(shí)現(xiàn)備份功能；又由于本發(fā)明所述的熱備份裝置，其N個(gè)功率放大器中的任何一個(gè)，都只放大一個(gè)扇區(qū)的信號(hào)，所以扇區(qū)間的隔離度可以做得很好，滿足實(shí)際使用需求。同時(shí)，由于本發(fā)明采用的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且構(gòu)成微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的各傳輸線可以采用PCB上的微帶線或帶狀線實(shí)現(xiàn)，這已是很成熟PCB制造工藝；以及各開(kāi)關(guān)器件可采用微波PIN二極管，PIN二極管也是很成熟的器件，易于采購(gòu)；所以，本發(fā)明還具有電路簡(jiǎn)單、工藝成熟、成本低、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為常規(guī)的無(wú)熱備份和互助功能的三扇區(qū)功率放大器圖2為本發(fā)明采用的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)拓樸結(jié)構(gòu)圖3為本發(fā)明功率放大器3+1熱備份裝置結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的功率放大器熱備份系統(tǒng)可以包括N個(gè)扇區(qū)，由于實(shí)際應(yīng)用中多采用三扇區(qū)配置，并且方便敘述，因此以下以N＝3為例，來(lái)說(shuō)明三扇區(qū)的射頻功放如何實(shí)現(xiàn)3+1熱備份功能的。
如圖3所示，本發(fā)明的功率放大器熱備份系統(tǒng)有三個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有一個(gè)功率放大器，即PA1為扇區(qū)一的功放，PA2為扇區(qū)二的功放，PA3為扇區(qū)三的功放；系統(tǒng)中還有一個(gè)各扇區(qū)共用的與功率放大器相同的備份功率放大器PA；并且每個(gè)扇區(qū)都有一對(duì)由傳輸線和開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，如圖3所示由傳輸線A、C、E和開(kāi)關(guān)器件SW1、SW3構(gòu)成扇區(qū)一的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，而由傳輸線B、D、F和開(kāi)關(guān)器件SW2、SW4構(gòu)成扇區(qū)一的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)；由傳輸線K、I、G和開(kāi)關(guān)器件SW7、SW5構(gòu)成扇區(qū)二的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，而由傳輸線L、J、H和開(kāi)關(guān)器件SW8、SW6構(gòu)成扇區(qū)二的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)；由傳輸線O、M、Q和開(kāi)關(guān)器件SW11、SW9構(gòu)成扇區(qū)三的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，而由傳輸線P、N、R和開(kāi)關(guān)器件SW12、SW10構(gòu)成扇區(qū)三的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)包括有3個(gè)功率放大器及3對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，其連接方式為每個(gè)功率放大器的輸入端與一對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接，而輸出端與一對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接；且前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口為微波信號(hào)的輸入端IN；后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口為微波信號(hào)的輸出端OUT，接天線系統(tǒng)；且所述N對(duì)開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口二共同連接至所述備份功率放大器PA的輸入端；N對(duì)開(kāi)關(guān)中的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口二共同連接至所述備份功率放大器PA的輸出端。
所述的每個(gè)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)由3段傳輸線及2個(gè)開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以扇區(qū)一前置微波開(kāi)關(guān)為例來(lái)說(shuō)明，如圖2所示第一傳輸線A、第二傳輸線C及第三傳輸線E順序串接，即第一傳輸線A的末端與第二傳輸線C的首端相連，第二傳輸線C的末端與第三傳輸線E的首端相連，且第一傳輸線A的首端為端口一，第三傳輸線E的末端為端口二，第一傳輸線A與第二傳輸線E相交處為控制端；第一開(kāi)關(guān)器件SW1連接在所述端口一與地之間，第二開(kāi)關(guān)器件SW3連接在第二傳輸線C與第三傳輸線E相交處與地之間。構(gòu)成微波開(kāi)關(guān)的傳輸線均為1/4波長(zhǎng)線；所述傳輸線的特性阻抗均為Z0。根據(jù)1/4波長(zhǎng)線的特征可知當(dāng)SW1閉合，SW3斷開(kāi)時(shí)，第一傳輸線A的末端視為對(duì)地開(kāi)路端，因此控制端與端口一隔離，而與端口二相通，從控制端接入的微波信號(hào)只能通過(guò)傳輸線C和傳輸線E傳輸?shù)蕉丝诙?；而?dāng)SW3閉合，SW1斷開(kāi)時(shí)，第二傳輸線C的首端視為對(duì)地開(kāi)路端，因此控制端與端口二隔離，而與端口一相通，從控制端接入的微波信號(hào)能通過(guò)傳輸線A傳輸?shù)蕉丝谝?；由此形成單刀雙擲的功能。該微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且實(shí)用性強(qiáng)。
圖3所示的整個(gè)系統(tǒng)具有四種狀態(tài)第一種狀態(tài)是三個(gè)扇區(qū)的三個(gè)功放PA1、PA2、PA3正常工作、備份功放PA不工作。此時(shí)設(shè)置SW3、SW4、SW5、SW6、SW9、SW10閉合，SW1、SW2、SW7、SW8、SW11、SW12斷開(kāi)，根據(jù)上述微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的原理，輸入信號(hào)IN1、IN2、IN3、分別進(jìn)入傳輸線A、K、O，經(jīng)功率放大器PA1、PA2、PA3放大后，再經(jīng)傳輸線B、L、P輸出。在輸入端方面，由于各前置微波開(kāi)關(guān)的SW3、SW5、SW9短路接地，分別經(jīng)過(guò)1/4波導(dǎo)波長(zhǎng)阻抗變換至PA輸入端為開(kāi)路，因此功放PA沒(méi)有輸入信號(hào)；在輸出端方面，由于各后置微波開(kāi)關(guān)的SW4、SW6、SW10短路接地，分別經(jīng)過(guò)1/4波導(dǎo)波長(zhǎng)阻抗變換至PA輸出端為開(kāi)路，因此也沒(méi)有輸出信號(hào)竄到PA。
第二種狀態(tài)是扇區(qū)一功放PA1損壞、扇區(qū)二、三的PA2、PA3正常工作、備份功放PA頂替PA1工作。此時(shí)設(shè)置SW1、SW2、SW5、SW6、SW9、SW10閉合，SW3、SW4、SW7、SW8、SW11、SW12斷開(kāi)，輸入信號(hào)IN1進(jìn)入傳輸線C、E，經(jīng)備份功率放大器PA放大后，再經(jīng)傳輸線F、D輸出。在IN1輸入端，由于SW1短路接地，經(jīng)過(guò)1/4波導(dǎo)波長(zhǎng)阻抗變換至輸入端為開(kāi)路，因此IN1不會(huì)從傳輸線A通過(guò)，功放PA1沒(méi)有輸入信號(hào)；在輸出端由于SW2短路接地，經(jīng)過(guò)1/4波導(dǎo)波長(zhǎng)阻抗變換至輸出端為開(kāi)路，因此經(jīng)PA放大的信號(hào)經(jīng)傳輸線F、B直接輸出，而不會(huì)經(jīng)傳輸線B流入PA1。
第三種狀態(tài)是扇區(qū)二的功放PA2損壞、扇區(qū)一、三的PA1、PA3正常工作、備份功放PA頂替PA2工作。此時(shí)設(shè)置SW3、SW4、SW7、SW8、SW9、SW10閉合，SW1、SW2、SW5、SW6、SW11、SW12斷開(kāi)，其工作原理與第二種狀態(tài)完全相同。
第四種狀態(tài)是是扇區(qū)三的功放PA3損壞、扇區(qū)一、二的PA1、PA2正常工作、備份功放PA頂替PA3工作。此時(shí)設(shè)置SW3、SW4、SW5、SW6、SW11、SW12閉合，SW1、SW2、SW7、SW8、SW9、SW10斷開(kāi)，其工作原理與第二種狀態(tài)完全相同。
以上所述，如果把第一種狀態(tài)當(dāng)做功率放大器的正常狀態(tài)，則第二種、第三種、第四種狀態(tài)相當(dāng)于熱備份。功率放大器PA是功率放大器PA1、PA2、PA3的備份，不屬于任何扇區(qū)，當(dāng)其中一個(gè)扇區(qū)的功率放大器出現(xiàn)故障時(shí)，切換該扇區(qū)的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，使備份的功率放大器PA在不停電停機(jī)的情況下，立即替代出現(xiàn)故障的功率放大器工作，實(shí)現(xiàn)了熱備份。更為重要的是，四個(gè)功率放大器PA1、PA2、PA3、PA中的任何一個(gè)在工作時(shí)，都只放大一個(gè)扇區(qū)的信號(hào)，所以采用此系統(tǒng)，扇區(qū)間的隔離度指標(biāo)可以做得很高。
在實(shí)際應(yīng)用中，微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的開(kāi)關(guān)器件可采用微波PIN二極管構(gòu)成的微波開(kāi)關(guān)，但不限于微波PIN二極管，PIN二極管是很成熟的器件，成本低廉、易于采購(gòu)；并且構(gòu)成微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的各傳輸線可以采用PCB上的微帶線或帶狀線實(shí)現(xiàn)，這已是很成熟PCB制造工藝；同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，為了解決多扇區(qū)時(shí)前置和后置微波開(kāi)關(guān)的第三傳輸線電長(zhǎng)度不夠的問(wèn)題，微波開(kāi)關(guān)的第三傳輸線可以采用電長(zhǎng)度為(1/4+n/2)波長(zhǎng)線，其中n為≥0的正整數(shù)，如圖3所示，傳輸線Q和傳輸線R可采用電長(zhǎng)度為3/4的傳輸線。由此可見(jiàn)，本發(fā)明的射頻功放熱備份系統(tǒng)還具有電路簡(jiǎn)單、成本低、工藝成熟、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種射頻功率放大器的熱備份系統(tǒng)，包括N個(gè)功率放大器及一個(gè)與所述功率放大器相同的備份放大器；其特征在于還包括N對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)；每個(gè)所述功率放大器的的輸入端與一對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接，而輸出端與一對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接；且前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口為微波信號(hào)的輸入端；后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口為微波信號(hào)的輸出端；且所述N對(duì)開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口二共同連接至所述備份功率放大器的輸入端；所述N對(duì)開(kāi)關(guān)中的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口二共同連接至所述備份功率放大器的輸出端；其中，N為扇區(qū)數(shù)，是大于0的正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)包括3段傳輸線及2個(gè)開(kāi)關(guān)器件；所述第一傳輸線、第二傳輸線及第三傳輸線順序串接，且第一傳輸線首端為端口一，第三傳輸線末端為端口二，第一傳輸線末端與第二傳輸線首端相交處為控制端；第一開(kāi)關(guān)器件連接在所述端口一與地之間；所述第二傳輸線末端與第三傳輸線首端相交處與地之間連接第二開(kāi)關(guān)器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的傳輸線均為1/4波長(zhǎng)線；所述傳輸線的特性阻抗均為Z0。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)器件采用PIN二極管。
5.一種射頻功率放大器的N+1熱備份的方法，用于無(wú)線接入及微波系統(tǒng)的N個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)包括一個(gè)相同的主功率放大器及一對(duì)與主功率放大器連接的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)；還包括一個(gè)各扇區(qū)共用的備份功率放大器；所述方法包括如下步驟A、將每個(gè)扇區(qū)的所述主功率放大器的輸入端與一對(duì)微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接，而輸出端與后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口一相接；且輸入信號(hào)從前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口接入，而后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的控制端口與天線系統(tǒng)連接；且所述N對(duì)開(kāi)關(guān)中的前置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)端口二共同連接至所述備份功率放大器的輸入端；所述N對(duì)開(kāi)關(guān)中的后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)的端口二共同連接至所述備份功率放大器的輸出端；B、設(shè)置各扇區(qū)的所述微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，使得每個(gè)扇區(qū)的功率放大器處于正常工作狀態(tài)，而所述備份功率放大器處于待機(jī)狀態(tài)；C、當(dāng)某一扇區(qū)的所述功率放大器出現(xiàn)故障時(shí)，切換該扇區(qū)的微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，使所述備份功率放大器替換所述故障功率放大器；其中，N為扇區(qū)數(shù)，是大于0的正整數(shù)。
全文摘要
一種射頻功率放大器的熱備份系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)N個(gè)扇區(qū)中，每個(gè)扇區(qū)包括一個(gè)功率放大器及一對(duì)前后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)；系統(tǒng)中還有一個(gè)與功率放大器相同的備份放大器，該系統(tǒng)各扇區(qū)共用一個(gè)備份功率放大器，當(dāng)系統(tǒng)中某一扇區(qū)的功率放大器出現(xiàn)故障時(shí)，切換該扇區(qū)的前后置微波單刀雙擲開(kāi)關(guān)，使備份的功率放大器在不停電停機(jī)的情況下，立即替代出故障的功率放大器工作，并且各扇區(qū)之間具有很高的隔離度。
文檔編號(hào)H04B1/74GK1790933SQ20041007768
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者袁文欣 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司