一种具有健康管理功能的Ku频段40W发射机

摘要

本发明公开了一种具有健康管理功能的Ku频段40W发射机，属于卫星通信技术领域。它包括输入耦合器、上变频模块、固态功率放大器、波导耦合器、检波器A、检波器B、检波器C、监控管理单元、电源模块和风机。本发明采用基于固态功放模块的信息数据上报的方式，实时监测设备状态信息，采用对监控管理单元发送数控指令的方式，实现各个芯片栅压自动调节的功能，还通过风机上报工作状态、记录工作时间的方式，实现风机寿命预测告警的功能，最后监控管理单元通过各个检波器及以上各模块上报的数据信息，实时监测设备状态，综合分析判断，在异常状态时进行自动断电保护，实现过流保护，过温保护的功能。

权利要求

1.一种具有健康管理功能的Ku频段40W发射机，其特征在于，包括输入耦合器（101）、上变频模块（102）、固态功率放大器（103）、波导耦合器（104）、检波器A（105）、检波器B（106）、检波器C（107）、监控管理单元（108）、电源模块（109）和风机（110）；

输入耦合器（101）入端1脚与外部中频C频段信号入端口（A）连接，输入耦合器（101）出端2脚与上变频模块（102）1脚连接，输入耦合器（101）出端3脚与检波器B（106）入端1脚连接，输入耦合器（101）出端4脚与检波器A（105）入端1脚连接；上变频模块（102）出端2脚与固态功率放大器（103）入端1脚连接，上变频模块（102）出入端3脚与监控管理单元（108）出入端3脚连接，上变频模块（102）入端4脚与电源模块（109）出端2脚连接；固态功率放大器（103）出端2脚与波导耦合器（104）入端1脚连接，固态功率放大器（103）入端3脚与监控管理单元（108）出端6脚连接，固态功率放大器（103）出端4脚与监控管理单元（108）入端5脚连接，固态功率放大器（103）出端5脚与监控管理单元（108）入端4脚连接；波导耦合器（104）出端2脚与功放输出端口（B）连接，波导耦合器（104）出端3脚与检波器C（107）入端1脚连接；检波器C（107）出端2脚与监控管理单元（108）入端7脚连接；检波器A（105）出端2脚与监控管理单元（108）入端10脚连接；检波器B（106）出端2脚与监控管理单元（108）入端11脚连接；监控管理单元（108）入端1脚与电源模块（109）出端6脚连接，监控管理单元（108）出端2脚与电源模块（109）入端5脚连接，监控管理单元（108）出入端8脚与上级监控管理端口（C）连接，监控管理单元（108）入端9脚与风机（110）出端2脚连接；电源模块（109）入端1脚与外部28V直流电源端口（D）连接，电源模块（109）出端3脚电压正极、出端4脚电压负极与固态功率放大器（103）电源端连接，电源模块（109）出端7脚与风机（110）入端1脚连接；

C频段信号与参考源10MHz信号合成后通过外部中频C频段信号入端口（A）进入输入耦合器（101）入端1脚，输入耦合器（101）对C频段与10MHz参考源的信号进行耦合输出监测，经过输入耦合器（101）后C频段信号与10MHz参考源的信号进入输入耦合器（101）出端2脚连接上变频模块（102）入端1脚，经过输入耦合器（101）后C频段信号经过输入耦合器（101）出端3脚连接检波器B（106）入端1脚，经过输入耦合器（101）后10MHz参考源信号经过输入耦合器（101）出端4脚连接检波器A（105）入端1脚；检波器A（105）、检波器B（106）的出端2脚分别将检测到的10MHz参考源信号和C频段信号转换为直流信号输入到监控管理单元（108）的10脚、11脚，监控管理单元（108）将检波器输入的直流信号处理成参考源功率显示值、C中频输入功率显示值； 10MHz参考源的信号进入到上变频模块（102）进行本振锁定，C频段信号进入到上变频模块（102）进行信号放大并与本振混频调制成Ku频段信号，然后从上变频模块（102）的出端2脚输出到固态功率放大器（103）的入端1脚，上变频模块（102）的出入端3脚与监控管理单元（108）的出入端3脚连接，通过监控管理单元（108）控制上变频模块（102）的内置衰减器增益实现对整个链路的增益调节和控制功能，经过增益调整以后的信号进入固态功率放大器（103）；Ku频段信号经过固态功率放大器（103）实现功率合成放大，达到所需要的功率从固态功率放大器（103）的出端2脚输出到波导耦合器（104）入端1脚，固态功率放大器（103）通过入端3脚接收监控管理单元（108）的出端6脚给出的栅压控制信号VCL0、VCL1、VCL2、VCL3、VCL4，实现自动调节控制栅压，固态功率放大器（103）通过出端4脚将模块温度、电压、电流数据上报给监控管理单元（108）的5脚，固态功率放大器（103）通过出端5脚将芯片电流数据上报给监控管理单元（108）入端4脚；Ku频段信号经过波导耦合器（104），波导耦合器（104）的出端口2脚将主信号传输给功放输出端口（B），波导耦合器（104）通过出端口3脚将耦合的小信号输入到检波器C（107）；检波器C（107）将检测到的射频信号转换为直流信号从出端2脚输入到监控管理单元（108）的入端7脚；监控管理单元（108）将检波器C（107）输入的直流信号处理成输出功率显示值，监控管理单元（108）通过入端1脚接收电源模块（109）的出端6脚供电，监控管理单元（108）通过出端2脚将电源通断、风机（110）转速控制的指令传输到电源模块（109）的入端5脚，从而实现发射机过温保护、过流保护功能，监控管理单元（108）出入端8脚与上级监控管理端口（C）通过串口总线连接实现外部对发射机的控制与数据交互，监控管理单元（108）入端9脚与风机（110）的出端2脚连接以记录风机（110）工作时间与转速，并实现风机（110）寿命预测的功能；电源模块（109）入端1脚与外部28V直流电源端口（D）连接实现整机的供电，电源模块（109）出端7脚与风机（110）入端1脚连接，提供风机（110）的供电电压，电源模块（109）出端3脚电压正极、出端4脚电压负极给固态功率放大器（103）供电。

2.根据权利要求1所述的一种具有健康管理功能的Ku频段40W发射机，其特征在于，所述的固态功率放大器（103）包括驱动放大芯片（301）、四分路器（302）、四合路器（307）、固态功放芯片A～D（303～306）、第一～第五数控栅压芯片（T0～T4）；固态功率放大器（103）的入端1脚通过同轴探针过渡到波导腔体与石英探针连接到驱动放大芯片（301）的入端1脚，驱动放大芯片（301）的出端2脚通过波导石英探针与四分路器（302）的入端1脚连接，驱动放大芯片（301）的入端3脚与第一数控栅压芯片（T0）的出端3脚连接，驱动放大芯片（301）的入端

4脚与电压正极连接，四分路器（302）出端与四合路器（307）入端连通，具体方式为，四分路器（302）出端2、3、4、5脚通过波导石英探针过渡分别与固态功放芯片A～D的各入端1脚一一对应连接，固态功放芯片A～D的各输出端2脚通过波导石英探针过渡分别与四合路器（307）的入端2、3、4、5脚一一对应，固态功放芯片A～D入端3脚分别与第二～第五数控栅压芯片（T1～T4）的出端3脚一一对应连接，固态功放芯片A～D入端4脚与电压正极连接，四合路器（307）的出端1脚为固态功率放大器的出端2脚，第一～第五数控栅压芯片（T0～T4）的各入端1脚共同与电压负极连接，第一、第二接地电容（C1、C2）并联接在电压负极上，第一～第五数控栅压芯片（T0～T4）的各入端2脚分别与监控管理单元输出的栅控电压VCL0、VCL1、VCL2、VCL3、VCL4连接；

Ku频段信号经过驱动放大芯片（301）进行第一级功率放大，再经过四分路器（302）后，信号等幅地分为四份，四分路器（302）输出的四路Ku频段信号分别进入固态功放芯片A～D（303～306），四路经过放大的功率信号通过四合路器（307）进行功率合成后输出至四合路器（307）的输出端，第一～第五数控栅压芯片（T0～T4）用于实现对驱动放大芯片（301）与固态功放芯片A～D栅极的偏置调节，第一、第二接地电容（C1、C2）是栅极偏置电压的旁路滤波电容，电压正极分别对驱动放大芯片（301）与固态功放芯片A～D供电。

说明书

一种具有健康管理功能的Ku频段40W发射机

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星通信技术领域，特别是指一种具有健康管理功能的Ku频段40W发射机，可作为卫星通信微波信道的上行链路发射设备。

背景技术

[0002] 近年来,随着卫星通信系统的快速发展,对于高频率、高功率、高性能、高可靠性发射设备的需求与日俱增。然而,因卫星通信发射设备的关键模块或元件故障而引发故障的
情况时有发生，造成巨大的损失，迫切需要能够对发射设备开展基于故障监测与健康管理
的“视情维修”，以此避免传统“定期维修”的维修过剩或“事后维修”造成的巨大损失。

[0003] 由于缺乏对发射机设备状态准确的判断和健康分析，从安全角度对发射机进行了不必要的维修，导致运行成本大大提高，卫星通信系统已故障后再进行维修往往已经造成
不可挽回的损失。视情维修由于后勤保障规模小，经济可承受性好以及可避免重大事故等
显著优势而具有良好的前景，它要求对发射机的故障能够尽早监测和识别，以及具备对发
射机的健康进行管理、状态进行预测的能力。传统的故障诊断技术已经不能满足实际需要，
正是基于这个原因，发射机的故障监测和健康管理研究具有深远地前瞻性与必要性。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种具有健康管理功能的Ku频段40W发射机，该发射机能够满足卫星通信地面站需求，且具有健康管理功能能够
在恶劣的环境(‑40℃～55℃)条件下正常工作，还具有重量轻、体积小、性能稳定可靠等特
点。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：

[0006] 一种具有健康管理功能的Ku频段40W发射机，包括输入耦合器101、上变频模块102、固态功率放大器103、波导耦合器104、检波器A105、检波器B106、检波器C107、监控管理
单元108、电源模块109和风机110；

[0007] 输入耦合器101入端1脚与外部中频C频段信号入端口A连接，输入耦合器101出端2脚与上变频模块102的1脚连接，输入耦合器101出端3脚与检波器B106入端1脚连接，输入耦
合器101出端4脚与检波器A 105入端1脚连接；上变频模块102出端2脚与固态功率放大器
103入端1脚连接，上变频模块102出入端3脚与监控管理单元108出入端3脚连接，上变频模
块102入端4脚与电源模块109出端2脚连接；固态功率放大器103出端2脚与波导耦合器104
入端1脚连接，固态功率放大器103入端3脚与监控管理单元108出端6脚连接，固态功率放大
器103出端4脚与监控管理单元108入端5脚连接，固态功率放大器103出端5脚与监控管理单
元108入端4脚连接；波导耦合器104出端2脚与功放输出端口B连接，波导耦合器104出端3脚
与检波器C 107入端1脚连接；检波器C 107出端2脚与监控管理单元108入端7脚连接；检波
器A 105出端2脚与监控管理单元108入端10脚连接；检波器B 106出端2脚与监控管理单元
108入端11脚连接；监控管理单元108入端1脚与电源模块109出端6脚连接，监控管理单元
108出端2脚与电源模块109入端5脚连接，监控管理单元108出入端8脚与上级监控管理端口
C连接，监控管理单元108入端9脚与风机110出端2脚连接；电源模块109入端1脚与外部28V
直流电源端口D连接，电源模块109出端3脚电压正极、出端4脚电压负极与固态功率放大器
103电源端连接，电源模块109出端7脚与风机110入端1脚连接；

[0008] C中频输入小信号与参考源10MHz信号合成后通过外部中频C频段信号入端口A进入输入耦合器101入端1脚，输入耦合器101对C频段与10MHz参考源的信号进行耦合输出监
测，经过输入耦合器101后C频段信号与10MHz参考源的信号进入输入耦合器101出端2脚连
接上变频模块102入端1脚，经过输入耦合器101后C频段信号经过输入耦合器101出端3脚连
接检波器B 106入端1脚，经过输入耦合器101后10MHz参考源信号经过输入耦合器101出端4
脚连接检波器A 105入端1脚；检波器A 105、检波器B 106的出端2脚分别将检测到的10MHz
参考源信号和C频段信号转换为直流信号输入到监控管理单元108的10脚、11脚，监控管理
单元108将检波器输入的直流信号处理成参考源功率显示值、C中频输入功率显示值；10MHz
参考源的信号进入到上变频模块102进行本振锁定，C频段信号进入到上变频模块102进行
信号放大并与本振混频调制成Ku频段信号，然后从上变频模块102的出端2脚输出到固态功
率放大器103的1脚，上变频模块102的出入端3脚与监控管理单元108的出入端3脚连接，通
过监控管理单元108控制上变频模块102的内置衰减器增益实现对整个链路的增益调节和
控制功能，经过增益调整以后的信号进入固态功率放大器103；Ku频段信号经过固态功率放
大器103实现功率合成放大，达到所需要的功率从固态功率放大器103的出端2脚输出到波
导耦合器104入端1脚，固态功率放大器103通过入端3脚接收监控管理单元108的6脚给出的
栅压控制信号VCL0、VCL1、VCL2、VCL3、VCL4，实现自动调节控制栅压，固态功率放大器103通过
出端4脚将模块温度、电压、电流数据上报给监控管理单元108的5脚，固态功率放大器103通
过出端5脚将芯片电流数据上报给监控管理单元108入端4脚；Ku频段信号经过波导耦合器
104，波导耦合器104的出端口2脚将主信号传输给功放输出端口B，波导耦合器104通过出端
口3脚将耦合的小信号输入到检波器C 107；检波器C 107将检测到的射频信号转换为直流
信号从出端2脚输入到监控管理单元108的入端7脚；监控管理单元108将检波器C 107输入
的直流信号处理成输出功率显示值，监控管理单元108通过入端1脚接收电源模块109的出
端6脚供电，监控管理单元108通过出端2脚将电源通断、风机110转速控制等控制指令传输
到电源模块109的入端5脚，从而实现发射机过温保护、过流保护功能，监控管理单元108出
入端8脚与上级监控管理端口C通过串口总线连接实现外部对发射机的控制与数据交互，监
控管理单元108出端9脚与风机110的出端2脚连接以记录风机110工作时间与转速，并实现
风机110寿命预测的功能；电源模块109入端1脚与外部28V直流电源端口D连接实现整机的
供电，电源模块109出端7脚与风机110入端1脚连接，提供风机110的供电电压，电源模块109
出端3脚电压正极、出端4脚电压负极给固态功率放大器103供电。

[0009] 进一步的，所述的固态功率放大器103包括驱动放大芯片301、四分路器302、四合路器307、固态功放芯片A～D 303～306、第一～第五数控栅压芯片T0～T4；固态功率放大器
103的入端1脚通过同轴探针过渡到波导腔体与石英探针连接到驱动放大芯片301的入端1
脚，驱动放大芯片301的出端2脚通过波导石英探针与四分路器302的入端1脚连接，驱动放
大芯片301的入端3脚与第一数控栅压芯片T0的出端3脚连接，驱动放大芯片301的入端4脚
与电压正极连接，四分路器302出端与四合路器307入端连通，具体方式为，四分路器302出
端2、3、4、5脚通过波导石英探针过渡分别与固态功放芯片A～D的各入端1脚一一对应连接，
固态功放芯片A～D的各输出端2脚通过波导石英探针过渡分别与四合路器307的入端2、3、
4、5脚一一对应，固态功放芯片A～D入端3脚分别与第二～第五数控栅压芯片T1～T4的出端
3脚一一对应连接，固态功放芯片A～D入端4脚与电压正极连接，四合路器307的出端1脚为
固态功率放大器的出端2脚，第一～第五数控栅压芯片T0～T4的各入端1脚共同与电压负极
连接，第一、第二接地电容C1、C2并联接在电压负极上，第一～第五数控栅压芯片T0～T4的
各入端2脚分别与监控管理单元输出的栅控电压VCL0、VCL1、VCL2、VCL3、VCL4连接；

[0010] Ku频段信号经过驱动放大芯片301进行第一级功率放大，再经过四分路器302后，信号等幅地分为四份，四分路器302输出的四路Ku频段信号分别进入固态功放芯片A～D 
303～306，四路经过放大的功率信号通过四合路器307进行功率合成后输出至四合路器307
的输出端，第一～第五数控栅压芯片T0～T4用于实现对驱动放大芯片301与固态功放芯片A
～D栅极的偏置调节，第一、第二接地电容C1、C2是栅极偏置电压的旁路滤波电容，电压正极
分别对驱动放大芯片301与固态功放芯片A～D供电。

[0011] 本发明与背景技术相比有以下优点：

[0012] 1.本发明采用监控管理单元与主路信号结合的方式实现C中频到Ku射频频率变换与功率放大的目的，同时具备了健康管理功能，提高了Ku频段40W发射机的可靠性与稳定
性。

[0013] 2.本发明的Ku频段40W发射机健康管理功能采用监控管理单元与相应模块结合的方式实现，基于检波器A、检波器B、检波器C将电平检测数据上报到监控管理单元的方式，实
现参考源、输入和输出电平检测功能；基于风机将工作状态上报给监控管理单元的方式，记
录风机工作时间状态，实现风机寿命预测上报的功能；基于固态功率放大器与监控管理单
元的交互方式，固态功放模块的电流、电压、温度数据上报给监控管理单元，完成功放状态
检测记录，实现过温保护、过流保护功能；多个功放芯片的电流数据上报给监控管理单元，
完成芯片状态检测记录，并根据芯片电流对比结果发送栅压调节指令，实现功放芯片的栅
压自动调节功能。

[0014] 3.本发明的固态功率放大器能够通过监控单元与数控栅压芯片结合的方式，实现功放芯片状态监测与栅压自动调节功能，这样可以有效改善功放芯片的幅相一致性。

[0015] 4.本发明结构简单、各模块布局清晰明确、可维护性高、功能性强、性能可靠，能够在恶劣环境(‑40℃～55℃)条件下正常工作，性价比高，具有推广应用价值。

附图说明

[0016] 图1是本发明实施例中发射机的电原理方框图。

[0017] 图2是本发明实施例中监控管理单元的功能示意图。

[0018] 图3是本发明实施例中固态功率放大器的电原理方框图。

具体实施方式

[0019] 如图1所示，一种具有健康管理功能的Ku频段40W发射机，包括输入耦合器101、上变频模块102、固态功率放大器103、波导耦合器104、检波器A105、检波器B106、检波器C107、
监控管理单元108、电源模块109和风机110；

[0020] 输入耦合器101入端1脚与外部中频C频段信号入端口A连接，输入耦合器101出端2脚与上变频模块102的1脚连接，输入耦合器101出端3脚与检波器B106入端1脚连接，输入耦
合器101出端4脚与检波器A 105入端1脚连接；上变频模块102出端2脚与固态功率放大器
103入端1脚连接，上变频模块102出入端3脚与监控管理单元108出入端3脚连接，上变频模
块102入端4脚与电源模块109出端2脚连接；固态功率放大器103出端2脚与波导耦合器104
入端1脚连接，固态功率放大器103入端3脚与监控管理单元108出端6脚连接，固态功率放大
器103出端4脚与监控管理单元108入端5脚连接，固态功率放大器103出端5脚与监控管理单
元108入端4脚连接；波导耦合器104出端2脚与功放输出端口B连接，波导耦合器104出端3脚
与检波器C 107入端1脚连接；检波器C 107出端2脚与监控管理单元108入端7脚连接；检波
器A 105出端2脚与监控管理单元108入端10脚连接；检波器B 106出端2脚与监控管理单元
108入端11脚连接；监控管理单元108入端1脚与电源模块109出端6脚连接，监控管理单元
108出端2脚与电源模块109入端5脚连接，监控管理单元108出入端8脚与上级监控管理端口
C连接，监控管理单元108入端9脚与风机110出端2脚连接；电源模块109入端1脚与外部28V
直流电源端口D连接，电源模块109出端3脚电压正极、出端4脚电压负极与固态功率放大器
103电源端连接，电源模块109出端7脚与风机110入端1脚连接；

[0021] C中频输入小信号与参考源10MHz信号合成后通过外部中频C频段信号入端口A进入输入耦合器101入端1脚，输入耦合器101对C频段与10MHz参考源的信号进行耦合输出监
测，经过输入耦合器101后C频段信号与10MHz参考源的信号进入输入耦合器101出端2脚连
接上变频模块102入端1脚，经过输入耦合器101后C频段信号经过输入耦合器101出端3脚连
接检波器B 106入端1脚，经过输入耦合器101后10MHz参考源信号经过输入耦合器101出端4
脚连接检波器A 105入端1脚；检波器A 105、检波器B 106的出端2脚分别将检测到的10MHz
参考源信号和C频段信号转换为直流信号输入到监控管理单元108的10脚、11脚，监控管理
单元108将检波器输入的直流信号处理成参考源功率显示值、C中频输入功率显示值；10MHz
参考源的信号进入到上变频模块102进行本振锁定，C频段信号进入到上变频模块102进行
信号放大并与本振混频调制成Ku频段信号，然后从上变频模块102的出端2脚输出到固态功
率放大器103的1脚，上变频模块102的出入端3脚与监控管理单元108的出入端3脚连接，通
过监控管理单元108控制上变频模块102的内置衰减器增益实现对整个链路的增益调节和
控制功能，经过增益调整以后的信号进入固态功率放大器103；Ku频段信号经过固态功率放
大器103实现功率合成放大，达到所需要的功率从固态功率放大器103的出端2脚输出到波
导耦合器104入端1脚，固态功率放大器103通过入端3脚接收监控管理单元108的6脚给出的
栅压控制信号VCL0、VCL1、VCL2、VCL3、VCL4，实现自动调节控制栅压，固态功率放大器103通过
出端4脚将模块温度、电压、电流数据通过DS18B20及MAX4173TEUT芯片上报给监控管理单元
108的5脚，固态功率放大器103通过出端5脚将芯片电流数据上报给监控管理单元108入端4
脚；Ku频段信号经过波导耦合器104，波导耦合器104的出端口2脚将主信号传输给功放输出
端口B，波导耦合器104通过出端口3脚将耦合的小信号输入到检波器C 107；检波器C 107将
检测到的射频信号转换为直流信号从出端2脚输入到监控管理单元108的入端7脚；监控管
理单元108将检波器C 107输入的直流信号处理成输出功率显示值，监控管理单元108通过
入端1脚接收电源模块109的出端6脚供电，监控管理单元108通过出端2脚将电源通断、风机
110转速控制等控制指令传输到电源模块109的入端5脚，从而实现发射机过温保护、过流保
护功能，监控管理单元108出入端8脚与上级监控管理端口C通过串口总线连接实现外部对
发射机的控制与数据交互，监控管理单元108出端9脚与风机110的出端2脚连接以记录风机
110工作时间与转速，并实现风机110寿命预测的功能；电源模块109入端1脚与外部28V直流
电源端口D连接实现整机的供电，电源模块109出端7脚与风机110入端1脚连接，提供风机
110的供电电压，电源模块109出端3脚电压正极、出端4脚电压负极给固态功率放大器103供
电。

[0022] 波导耦合器104可采用市售CP13.75‑14.5GS‑0903制作，检波器A 105可采用市售NC1987C‑126制作，检波器B 106可采用市售NC1987C‑126制作，检波器C 107可采用市售
W55‑001C14G25A制作。电源模块108提供各级部件直流工作电压，可采用市售型号为
DC2P350Q的开关电源，其输出+V电压为+28伏、输出‑V电压为‑5伏，电源模块109入端5脚可
接受监控管理单元108的控制，在非正常情况下关断输出电压，实现自我保护功能,风机109
可采用市售PSD1204PBB1型结构，电源模块108为其提供+12V供电电压。

[0023] 具体来说，如图2所示，该发射机的健康管理功能由监控管理单元、检波器A、检波器B、检波器C、风机、固态功率放大器实现。其中，检波器A将参考源输入信号转换成直流信
号上报给监控管理单元，实现参考源输入电平检测功能；检波器B将C中频输入信号转换成
直流信号上报给监控管理单元，实现中频输入电平检测功能；检波器C将Ku射频输出信号转
换成直流信号上报给监控管理单元，实现射频输出电平检测功能；外部控制串口端口C与监
控管理单元连接实现发射机设备状态上报与控制管理；风机将工作状态上报给监控管理单
元，记录风机工作时间状态，实现风机寿命预测上报的功能；固态功率放大器将功放模块的
电流、电压、温度数据监测上报给监控管理单元，实现功放模块状态监测功能；固态功率放
大器将多个功放芯片的电流数据监测上报给监控管理单元，通过多个芯片电流对比实现功
放芯片状态监测功能；监控管理单元通过上报的多芯片状态对比分析，然后输出功放芯片
栅压控制信号VCL0、VCL1、VCL2、VCL3、VCL4分别调节控制多个功放芯片的栅压，调整其工作状
态，使功放芯片的工作状态保持大致相同，以此实现功放芯片栅压自动调节的功能。

[0024] 进一步的，如图3所示，所述的固态功率放大器103包括驱动放大芯片301、四分路器302、四合路器307、固态功放芯片A～D 303～306、第一～第五数控栅压芯片T0～T4；固态
功率放大器103的入端1脚通过同轴探针过渡到波导腔体与石英探针连接到驱动放大芯片
301的入端1脚，驱动放大芯片301的出端2脚通过波导石英探针与四分路器302的入端1脚连
接，驱动放大芯片301的入端3脚与第一数控栅压芯片T0的出端3脚连接，驱动放大芯片301
的入端4脚与电压正极连接，四分路器302出端与四合路器307入端连通，具体方式为，四分
路器302出端2、3、4、5脚通过波导石英探针过渡分别与固态功放芯片A～D的各入端1脚一一
对应连接，固态功放芯片A～D的各输出端2脚通过波导石英探针过渡分别与四合路器307的
入端2、3、4、5脚一一对应，固态功放芯片A～D入端3脚分别与第二～第五数控栅压芯片T1～
T4的出端3脚一一对应连接，固态功放芯片A～D入端4脚与电压正极连接，四合路器307的出
端1脚为固态功率放大器的出端2脚，第一～第五数控栅压芯片T0～T4的各入端1脚共同与
电压负极连接，第一、第二接地电容C1、C2并联接在电压负极上，第一～第五数控栅压芯片
T0～T4的各入端2脚分别与监控管理单元输出的栅控电压VCL0、VCL1、VCL2、VCL3、VCL4连接；

[0025] Ku频段信号经过驱动放大芯片301进行第一级功率放大，再经过四分路器302后，信号等幅地分为四份，四分路器302输出的四路Ku频段信号分别进入固态功放芯片A～D 
303～306，四路经过放大的功率信号通过四合路器307进行功率合成后输出至四合路器307
的输出端，第一～第五数控栅压芯片T0～T4用于实现对驱动放大芯片301与固态功放芯片A
～D栅极的偏置调节，第一、第二接地电容C1、C2是栅极偏置电压的旁路滤波电容，电压正极
分别对驱动放大芯片301与固态功放芯片A～D供电。

[0026] 固态功放芯片A～D采用相同的电路结构形式，各路放大芯片的作用均是提供功率增益，获得单管电路的最大输出功率。驱动放大芯片301采用一只NC11302C‑1314P4制作，每
个功放芯片采用一只NC116165C‑1315P30制作，每只数控栅压芯片采用一只市售TPL0102‑
EP制作。功放盒体用铝合金进行加工，表面镀镍金。

[0027] 本发明简要工作原理如下：

[0028] 参考源与C中频输入小信号首先进入输入耦合器101进行传输至上变频模块102，主路信号进入上变频模块102后，参考源信号进行本振锁定，C中频信号进行变频放大到Ku
频段，然后传输到固态功率放大器103进行进一步功率放大输出，经过输出耦合器104完成
发射机的发射输出；通过检波器A、B、C分别检测参考源信号、C中频输入信号、Ku频段输出信
号的电平幅值上报给监控管理单元108，风机将工作状态上报给监控管理单元108，实现风
机寿命预测功能，固态功率放大器将模块电流、温度数据、功放芯片电流数据上报给监控管
理单元108，实现功放状态监测、过温保护、过流保护功能，并接收监控管理单元的数控栅压
指令，在功放芯片电流异常时，自动调节功放芯片栅压，保持各芯片工作状态保持一致。

[0029] 本发明的安装结构如下：

[0030] 把图1中的输入耦合器101、上变频模块102、固态功率放大器103、波导耦合器104、检波器A 105、检波器B 106、检波器C 107、监控管理单元108和电源模块109共同安装在一
个长×宽×高为200毫米×121毫米×107毫米的密闭机箱内，风机110安装在机箱底部散热
翅片上，Ku频段信号在不同部件之间的传输通过同轴射频电缆和Ku频段波导连接，控制信
号通过软导线与监控管理单元连接，机箱加工采用屏蔽结构，可实现电磁信号的空间隔离，
组装成本发明。

[0031] 本发明采用空间功率合成技术，在Ku频段将多级功率芯片进行合成，具有合成效率高的特点，具备输入输出电平检测、参考源电平检测、风机寿命预估、功放状态监测、多芯
片状态检测、栅自动调节等功能，以便实现健康管理的目的，能够在恶劣的环境(‑40℃～55
℃)条件下正常工作。其采用基于固态功放模块的信息数据上报的方式，实时监测设备状态
信息，采用对监控管理单元发送数控指令的方式，实现各个芯片栅压自动调节的功能，还通
过风机上报工作状态、记录工作时间的方式，实现风机寿命预测告警的功能，最后监控管理
单元通过各个检波器及以上各模块上报的数据信息，实时监测设备状态，综合分析判断，在
异常状态时进行自动断电保护，实现过流保护，过温保护的功能。该发射机具有体积小、重
量轻、集成化程度高、功能综合性强、性能稳定可靠、易维护、工作温度范围宽的特点，特别
适用于卫星通信微波信道的上行发射业务。