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【发明授权】一种通信卫星转发器双频带功放备份环及切换方法_西安空间无线电技术研究所_201810268257.3 

申请/专利权人:西安空间无线电技术研究所

申请日:2018-03-29

公开(公告)日:2021-04-13

公开(公告)号:CN108683446B

主分类号:H04B7/185(20060101)

分类号:H04B7/185(20060101);H04B1/74(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.04.13#授权;2018.11.13#实质审查的生效;2018.10.19#公开

摘要:一种通信卫星转发器双频带功放备份环及切换方法,根据通信卫星转发器功放备份环设计要求和特点,将有频带重叠部分的两种不同工作频带的功放利用环形微波开关矩阵连接,完成宽频带内功放备份环可靠性设计。本发明主要针对利用备份环方式提高可靠性设计的通信卫星载荷,通过本发明提供的方法,可以实现两种工作频带功放在轨故障时的不中断备份,提高了转发器设计可靠度;扩展了卫星转发器工作带宽,将原有支持500MHz工作频带的功放备份环扩展到支持800MHz频带带宽,保证了卫星服务带宽要求。

主权项:1.一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:包括C开关、T开关和不同的两种工作频带的功放,不同的两种工作频带的功放需要覆盖设定的整个带宽,两种工作频带有重叠的频率部分;T开关,包括:传递T开关、节点T开关和普通T开关;节点T开关作为环的中心,其余节点T开关和部分普通T开关连接形成圆环;C开关通过一个传递T开关连接到环上的节点T开关上,其余普通T开关均匀分布连接在位于环中心的节点T开关与环上节点T开关之间;主份功放连接T开关,备份功放连接C开关;传递T开关为连接工作频率为两种工作频带重叠部分的功放的T开关:当一种工作频带的功放故障时,可以通过连接在传递T开关的功放切换到另一种工作频带的备份功放上。

全文数据:一种通信卫星转发器双频带功放备份环及切换方法技术领域[0001]本发明涉及一种通信卫星转发器双频带功放备份环及切换方法,属于通信卫星有效载荷技术领域。背景技术[0002]在通信卫星载荷转发器可靠性设计中,对关键信道上的接收机、功放均要进行备份考虑,这样就要对关键设备设计一定数量的微波开关组成备份环开关矩阵。在通信卫星服务频段3400MHz〜42〇OMHz带宽范围内,卫星转发器功放最大工作带宽是500MHz,无法满足使用需求。通常需要采用两种不同工作带宽的功放覆盖整个服务带宽。[0003]为了满足卫星可靠性设计,需要对两种工作带宽的功放进行备份设计。但是目前并没有成熟的双频带功放备份环设计方法,通常采用独立的两个不同工作频带功放备份环完成设计,导致备份功放利用率不高,设计复杂度高,转发器可靠性低。发明内容[0004]本发明解决的技术问题为:克服了目前通信卫星转发器不同工作频带功放备份环需要独立设计导致设计效率低,备份功放利用率低的缺点,提供一种双频带功放备份环,实现了两种工作频带功放在轨故障时的不中断备份,提高了转发器设计可靠度。扩展了卫星转发器工作带宽,将原有支持500MHz工作频带的功放备份环扩展到支持800MHz频带带宽,保证了卫星服务带宽要求。[0005]本发明解决的技术方案为:一种通信卫星转发器双频带功放备份环,包括C开关、T开关和不同的两种工作频带的功放,不同的两种工作频带的功放需要覆盖设定的整个带宽,两种工作频带有重叠的频率部分;[0006]T开关,包括:传递T开关、节点T开关和普通T开关;节点T开关作为环的中心,其余节点T开关和部分普通T开关连接形成圆环;C开关通过一个传递T开关连接到环上的节点T开关上,其余普通T开关均匀分布连接在位于环中心的节点T开关与环上节点T开关之间。[0007]不同的两种工作频带的功放需要覆盖设定的整个带宽为3400MHz〜4200MHz。[0008]普通T开关连接的功放作为主份的功放,C开关连接的功放作为备份的功放,备份的功放的频率设置在同一个工作频带内。[0009]设定两种工作频带中的低端频带功放的数量为m,工作频率为两种工作频带重叠部分的功放数量为n;两种工作频带中高端频带功放的数量为k;mn,kn,m+k-2n为备份环中功放总数。[0010]两种工作频带中低端频带的频率范围为3400MHz〜3900MHz,高端频带的频率范围为3700MHz〜4200MHz。[0011]备份环中的1个功放需要连接在T开关或C开关上,T开关连接的功放为主份功放;C开关连接的功放为备份功放,相邻两个T开关之间通过电缆连接。[0012]传递T开关为连接工作频率为两种工作频带重叠部分的功放的T开关。[0013]节点T开关为不连接功放只连接电缆的T开关。[0014]普通T开关为连接工作频率为两种工作频带之一的功放的T开关。[0015]其余普通T开关均匀分布连接在位于环中心的节点T开关与环上节点T开关之间具体为:其余普通T开关分为三组,每组串联一端连接在位于环中心的节点T开关,另一端连接在环上节点T开关。[0016]一种通信卫星转发器双频带功放备份环的切换方法,步骤如下:[0017]1定位功放故障数量和故障功放的位置,包括:圆环外一个功放故障、圆环上或圆环内的一个功放故障、圆环上或圆环内的两个或以上功放故障;当圆环外的一个功放故障,进行步骤2,当圆环上或圆环内的一个功放故障进行步骤3,当有两个或以上功放故障进行步骤⑷;[0018]2当圆环外的一个功放故障,通过与其最近连接的传递T开关或C开关切换到备份功放;[0019]03当圆环上或圆环内的一个功放故障,先通过与其最近连接的节点T开关切换到传递T开关上的功放,传递T开关的功放通过C开关再切换至备份功放;[0020]4当圆环上或圆环内的两个或以上功放故障时,依据一个功放故障时的切换办法分别找到切换路径。[0021]本发明与现有技术相比的优点在于:[0022]1本发明提供了一种双频带功放备份环,实现了一个备份环支持两种不同工作频带功放故障的不中断备份,提高了备份效率,具有较强的工程应用价值。[0023]2本发明解决了以往两个独立工作频段备份环微波开关数量多,复杂度高的问题,减少了微波开关数量。由于星用微波开关非常昂贵平均一个开关十余万元人民币),可以节省卫星建造成本。[0024]3本发明提供了一种宽带条件下的功放备份环方案,提高了转发器设计市场竞争力。[0025]4可支持3个及以下功放同时故障时的备份,提高通信卫星在轨服务时间,缩短因故障的通信时间减少。[0026]5本发明具有普适性,可以推广至所有需要双频带备份环设计的通信卫星转发器产品,提高通信卫星在轨服务质量。附图说明[0027]图1为双频带功放工作带宽配置图。[0028]图2为16备13双频带功放工作带宽配置图。[0029]图3为16备13双频带功放备份环原理图。[0030]图4为24备20双频带功放备份环原理图。具体实施方式[0031]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。[0032]本发明一种通信卫星转发器双频带功放备份环及切换方法,根据通信卫星转发器功放备份环设计要求和特点,将有频带重叠部分的两种不同工作频带的功放利用环形微波开关矩阵连接,完成宽频带内功放备份环可靠性设计。本发明主要针对利用备份环方式提高可靠性设计的通信卫星载荷,通过本发明提供的方法,可以实现两种工作频带功放在轨故障时的不中断备份,提高了转发器设计可靠度;扩展了卫星转发器工作带宽,将原有支持500MHz工作频带的功放备份环扩展到支持800MHz频带带宽,保证了卫星服务带宽要求。[0033]通信卫星转发器中功放一般采用行波管功放,普遍要求具有100W以上的输出功率,500MHz以上的工作带宽和15年的连续开机使用寿命。在功放可靠性设计中,利用微波开关,电缆或者波导连接功放形成开关备份环矩阵,微波开关一般采用高可靠性,宽带,低插损的T型,C型开关等。T型开关是有4个端口3种位置的开关,C型开关是有4个端口2种位置的开关。例如T型开关的4个端口,分别设为J1、J2、J3和J4J开关有四种位置:位置1,代表J1-J2通,J3-J4通;位置2,代表J1-J3通,J2-J4通;位置3,代表J1-J4通,J2-J3通,如图3所示。[0034]本发明一种通信卫星转发器双频带功放备份环,结构如下:[0035]一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:包括C开关、T开关和不同的两种工作频带的功放,不同的两种工作频带的功放需要覆盖设定的整个带宽,两种工作频带有重叠的频率部分。如图1,不同的两种工作频带的功放需要覆盖设定的整个带宽为3400fflz〜4200MHz,两种工作带宽分别是3400MHz〜3900MHz功放数量是m个,图1第一行)和3700MHz〜4200MHz功放数量是k个,图1第二行),3700MHz〜3900MHz是工作频率重叠部分,功放数量是n,且mn,kn,m+k-2n为备份环中功放总数。所有功放需通过电缆连接在T开关或C开关上,其中主份功放连接T开关,备份功放连接C开关如图3箭头代表功放输出端的连接方向),备份功放的频率设置在同一个工作频带内。开关之间也用电缆连接。[0036]备份环中T开关又分为传递T开关,普通T开关和节点T开关。传递T开关为连接工作频率为两种工作频带重叠部分的功放的T开关:当一种工作频带的功放故障时,可以通过连接在传递T开关的功放切换到另一种工作频带的备份功放上。节点T开关为不连接功放只连接电缆的T开关:在备份环结构中作为连接支点。普通T开关为连接工作频率为两种工作频带之一的功放的T开关。在备份环中均匀分布连接在位于环中心的节点T开关与环上节点T开关。[0037]如图3中是一个16备1316备13指总共有16个功放,其中13个是主份,3个是备份)双频带功放备份环,环中包括微波T开关,微波C开关及两种不同工作频带的功放和连接用的电缆。微波开关的技术要求主要有:工作带宽为3400MHz〜5500MHz;插损小于〇.12dB;功率容量大于100W;重量小于300g等。功放的主要技术要求有:工作带宽500MHz;输出功率80W;15年工作寿命;良好的线性增益等。[0038]根据权利要求书内容:设置1个节点T开关作为环中心的支点,设置3个节点T开关均匀分布在环上。分别在环中心的节点T开关到环上的节点T开关之间设置2个普通T开关。环上的节点T开关之间也均匀设置1个或2个普通T开关。环上的节点T开关分别连接一个传递T开关,传递T开关再分别连接一个C开关也可以连接普通T开关,出于成本考虑选择C开关。[0039]设置6个功放覆盖3400MHz〜3900MHz功放1〜6号,其中1〜3号是备份),设计13个功放覆盖3700MHz〜4200MHz功放3〜16号),功放3〜5号是工作在重叠频带3700MHz〜4200MHz图2。图3中开关与其相连的功放号码相同。其中普通T开关7〜ie号分别连接功放7〜16号。传递T开关4〜6号连接功放4〜6号,C开关1〜3号分别连接备份功放1〜3号。[0040]如有一个功放故障,当功放1〜6号故障时,可以通过传递T开关和C开关切换到备份功放;当功放7〜I6号故障时,可以先通过节点T开关切换到传递T开关上的功放,传递T开关的功放通过C开关再切换至备份功放。例如功放I2号故障时,可以切换普通T开关12号,传递T开关6号,通过节点T开关和切换C开关2号,将I2号故障功放切换至6号功放,6号功放切换至备份功放2号。当有两个或以上功放故障时,可依据一个功放故障时的切换办法分别找到切换路径,该备份环最多可以支持任意3个功放故障时切换备份。[0041]如图4中是一个M备2024备20指总共有24个功放,其中20个是主份,4个是备份)双频带功放备份环,环中包括微波T开关,微波C开关及两种不同工作频带的功放和连接用的电缆。设置1个节点T开关作为环中心的支点,设置4个节点T开关均勾分布在环上。分别在环中心的节点T开关到环上的节点T开关之间设置2个普通T开关。环上的节点T开关之间也均匀设置2个普通T开关。环上的节点T开关分别连接一个传递T开关,传递T开关再分别连接一个C开关。设置8个功放覆盖3400MHz〜3900MHz功放1〜8号,其中1〜4号是备份),设计16个功放覆盖3700MHz〜4200MHz功放9〜24号),功放5〜8号是工作在重叠频带3700MHz〜4200MHz。图4中开关与其相连的功放号码相同。如有一个功放故障,当功放1〜8号故障时,可以通过传递T开关和C开关切换到备份功放;当功放9〜24号故障时,可以先通过节点T开关切换到传递T开关上的功放,传递T开关的功放通过C开关再切换至备份功放。例如功放18号故障时,可以切换普通T开关18号,传递T开关8号,通过节点T开关和切换C开关2号,将18号故障功放切换至8号功放,8号功放切换至备份功放2号。当有两个或以上功放故障时,可依据一个功放故障时的切换办法分别找到切换路径,该备份环最多可以支持任意4个功放故障时切换备份。[0042]本发明的一种通信卫星转发器双频带功放备份环的切换方法,步骤如下:(1定位功放故障数量和故障功放的位置,包括:圆环外一个功放故障、圆环上或圆环内的一个功放故障、圆环上或圆环内的两个或以上功放故障;当圆环外的一个功放故障,进行步骤2,当圆环上或圆环内的一个功放故障进行步骤3,当有两个或以上功放故障进行步骤⑷;(2当圆环外的一个功放故障,通过与其最近连接的传递T开关或C开关切换到备份功放;(3当圆环上或圆环内的一个功放故障,先通过与其最近连接的节点T开关切换到传递T开关上的功放,传递T开关的功放通过C开关再切换至备份功放;⑷当圆环上或圆环内的两个或以上功放故障时,依据一个功放故障时的切换办法分别找到切换路径。[0043]通过本发明的系统和方法,可以提高功放的利用效率,将工作带宽500MHz功放备份环拓展到SOOMHz,支持两种工作频带功放故障时的备份切换,减小了转发器设计复杂度,通过减小开关数量降低了卫星建造成本,提高了市场竞争力。

权利要求:1.一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:包括c开关、T开关和不同的两种工作频带的功放,不同的两种工作频带的功放需要覆盖设定的整个带宽,两种工作频带有重叠的频率部分;T开关,包括:传递T开关、节点T开关和普通T开关;节点T开关作为环的中心,其余节点T开关和部分普通T开关连接形成圆环;C开关通过一个传递T开关连接到环上的节点T开关上,其余普通T开关均匀分布连接在位于环中心的节点T开关与环上节点T开关之间。2.根据权利要求1所述的一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:不同的两种工作频带的功放需要覆盖设定的整个带宽为3400MHz〜4200MHz。3.根据权利要求1所述的一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:普通T开关连接的功放作为主份的功放,C开关连接的功放作为备份的功放,备份的功放的频率设置在同一个工作频带内。4.根据权利要求1所述的一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:设定两种工作频带中的低端频带功放的数量为m,工作频率为两种工作频带重叠部分的功放数量为n;两种工作频带中高端频带功放的数量为k;mn,kn,m+k-2n为备份环中功放总数。5.根据权利要求1所述的一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:两种工作频带中低端频带的频率范围为3400MHz〜3900MHz,高端频带的频率范围为3700MHz〜4200MHz〇6.根据权利要求1所述的一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:备份环中的1个功放需要连接在T开关或C开关上,T开关连接的功放为主份功放;C开关连接的功放为备份功放,相邻两个T开关之间通过电缆连接。7.根据权利要求1所述的一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:传递T开关为连接工作频率为两种工作频带重叠部分的功放的T开关。8.根据权利要求1所述的一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:节点T开关为不连接功放只连接电缆的T开关;普通T开关为连接工作频率为两种工作频带之一的功放的T开关。9.根据权利要求1所述的一种通信卫星转发器双频带功放备份环,其特征在于:其余普通T开关均匀分布连接在位于环中心的节点T开关与环上节点T开关之间具体为:其余普通T开关分为三组,每组串联一端连接在位于环中心的节点T开关,另一端连接在环上节点T开关。10.—种通信卫星转发器双频带功放备份环的切换方法,其特征在于步骤如下:1定位功放故障数量和故障功放的位置,包括:圆环外一个功放故障、圆环上或圆环内的一个功放故障、圆环上或圆环内的两个或以上功放故障;当圆环外的一个功放故障,进行步骤2,当圆环上或圆环内的一个功放故障进行步骤3,当有两个或以上功放故障进行步骤⑷;2当圆环外的一个功放故障,通过与其最近连接的传递T开关或C开关切换到备份功放;3当圆环上或圆环内的一个功放故障,先通过与其最近连接的节点T开关切换到传递T开关上的功放,传递T开关的功放通过C开关再切换至备份功放;4当圆环上或圆环内的两个或以上功放故障时,依据一个功放故障时的切换办法分别找到切换路径。

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