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水果奶奶心水论坛UHF波段5KW脉冲功率放大器设计

更新时间:2020-01-30

  卫 明,王姜铂(中国电子科技集团公司第三十六研究所,浙江 嘉兴 314033)

  摘 要:介绍了一款UHF波段脉冲功率放大器的设计方法,重点介绍了该功放的主要技术指标、组成框图、分配合成电路设计及控制检测保护电路的设计。使用ADS软件对两路功率合成分配器以及四路功率合成分配器进行仿真,之后对功放单机进行测试,测试内容包括输出功率、效率、前后沿、顶降。测试结果表明:在380MHz~450 MHz的频率范围内输出功率大于5 kW,增益大于64 dB。

  固态发射机具有高可靠性、长寿命、易维护性等优点,越来越受到雷达总体和众多用户的青睐。我国自20世纪70年代开始全固态雷达发射机的研制[1],目前固态发射机已经趋于成熟。为什么科比与奥尼尔霍华德这种球场上的活宝不

  本文研制了一种工作于UHF波段的大功率固态脉冲功率放大器,文中描述功放的组成、分配合成器设计及控制检测保护电路设计,最后给出测试数据。

  功放的组成框图如图1,由一台前级功放和两台3 500 W末级功放组成。输入RF信号经脉冲保护器、30W前级模块、300 W推动级模块及带通滤波器后分为两路,分别送到两个相同的3 500 W末级功放,两路末级信号由两路合成器进行合成,经定向耦合器、环形器输出至天线。控制电路用于监测脉宽和占空比,以防止脉宽过大或占空比太高导致功率晶体管损坏。当功放出现各种故障时(如过热、功率管损坏、占空比过大等),脉冲保护器断开,避免后续放大器件的损坏,同时在面板上指示故障状态,并将故障信号上报。

  前级功放由脉冲保护器、30 W前级、300 W推动级、带通滤波器、二路分配器/合成器、定向耦合器、环形器、衰减器、水果奶奶心水论坛控制保护电路、DC/DC电源模块等组成。DC/DC电源模块采用的是输出电压可调的模块,负责给30 W前级、300 W推动级供电,根据调试情况,调整DC/DC电源模块的输出电压来调整前级功放的输出功率,使输出功率既能满足全温度范围内的两个末级功放的需求,又不会对末级功放的功率管产生过冲。

  3500 W末级功放由8个700 W功放模块、二路分配/合成器和四路分配/合成器组成的八路分配/合成器、储能电路和保护电路等组成。700 W功放模块是比较成熟的模块,在此文中就不再详述。

  功放里主要使用的分配合成电路有两种,分别是同相二路分配/合成器和四路同相分配/合成器。四路分配/合成器都由魔T[2]组成的原理如图2。本港台592272020年青海房地产估价师网上报名程序。如果作为分配器使用,端口1为输入端,端口2、3、4、5为输出端,如果作为合成器使用,端口2、3、4、5为输入端,端口1为输出端。实测插损小于0.4 dB,隔离度大于20 dB。

  二路分配/合成器组成如图26。如果作为分配器使用,端口1为输入端,端口2、3为输出端,如果作为合成器使用,端口2、3为输入端,端口1为输出端。实测插损小于0.4 dB,隔离度大于15dB。

  为了控制发热量,避免管子烧坏,必须对信号的脉宽和占空比进行检测。因此在30W前级功放模块前连接了一个可控的低功率射频开关,开关的闭合与打开受控于以下几个信号。

  其控制原理如图4所示。各控制信号分别有专门对应的电路产生,通过一个与门输出TTL控制信号控制射频开关。当各路与 门输入都是高电平,TTL控制信号高电平,SPDT开关闭合到射频放大器链路上;只要各路控制信号中有一路出现低电平,TTL控制信号为低电平,射频开关闭合到50欧姆吸收电阻上,断开射频放大器链路。

  功率检测和保护电路分为前向功率检测和反向功率检测,实现了驻波报警功能和输出功率显示功能。其原理如图5所示,功放使用的耦合器为单定向耦合器,只耦合出一部分前向功率。耦合器的输出功率通过环形器,环形器的隔离端输出的是负载反射功率,通过一个衰减器再进行检波。正反向功率检波后分别进行功率检测,输出对应的峰值电压。经过ADC模数转换,然后交由单片机进行数字处理,处理的结果一路作为输出到显示屏,可以显示峰值功率,驻波等信息。一路产生TTL驻波报警信号送到功放的输入端SPDT射频开关,当报警信号为低电平,表示驻波过大,则断开输入端的射频开关,起到驻波保护的目的。

  前向功率检测和反向功率检测的方法完全一样,都是利用采样保持电路的原理。其原理如0所示,采样保持器在TTL控制信号的作用下,当输入有脉冲包络的时候,输出跟踪输入的变化。当输入脉冲包络消失的时候,输出依然能够保持脉冲包络的电压幅度。由于这里的检波器是采用功率检波,即检波器输出的脉冲包络电压值正比于输入的射频脉冲功率值,所以采样保持器的输出电压幅度即代表正向或反向的脉冲峰值功率。采样保持器的TTL控制信号直接由检波包络通过整形电路来产生。

  这里采用集成电路采样保持器。AD781/AD783,可以满足采样稳定时间小于最短的脉冲宽度0.1 μs的要求,同时它们的电压降落速率大约是0.01 μV/μs,可以长时间对电压进行保持。

  把前级功放和两个末级功放级联,经过精心调试,最终测试取得了满意的结果。过占空比、过脉宽,大驻波保护功能均正常。在脉宽1 ms,周期10 ms,功放输入电平3 dBm的情况下,测试数据如图,输出功率大于5 kW,效率大于32%。前后沿、顶降测试数据如表1,均满足要求。

  UHF波段5 kW脉冲功率放大器的研制包括脉冲保护器、多级功率放大模块合成、储能及保护控制电路的设计,技术难度高,通过科学的指标分解和精密的计算与仿线 ms的较宽脉宽内,实现了前后沿不大于0.1 μs,顶降不大于0.5 dB,功率输出大于5 kW,效率大于32%。各项性能指标达到预期的指标,该功放已经应用于某雷达模拟方舱中。

  [1] 袁孝康,王仕璠,朱俊达.微带功率晶体管放大器.北京:人民邮电出版社,1982.

  本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第01期第52页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。