新聞中心

EEPW首頁 > 設計應用 > UHF波段5KW脈沖功率放大器設計

  衛?明,王姜鉑(中國電子科技集團公司第三十六研究所,浙江?嘉興?314033)

本文引用地址:http://sharethedeen.com/article/201912/408675.htm

  摘?要:介紹了一款UHF波段的設計方法,重點介紹了該功放的主要技術指標、組成框圖、設計及的設計。使用ADS軟件對兩路功率合成分配器以及四路功率合成分配器進行仿真,之后對功放單機進行測試,測試內容包括輸出功率、效率、前后沿、頂降。測試結果表明:在380MHz~450 MHz的頻率范圍內輸出功率大于5 kW,增益大于64 dB。

  關鍵詞:

  0 引言

  固態發射機具有高可靠性、長壽命、易維護性等優點,越來越受到雷達總體和眾多用戶的青睞。我國自20世紀70年代開始全固態雷達發射機的研制 [1] 含羞草myhanxiucao,目前固態發射機已經趨于成熟。

  本文研制了一種工作于UHF波段的大功率固態,文中描述功放的組成、分配合成器設計及設計,最后給出測試數據。

  功放的主要技術指標和組成主要技術指標:

含羞草myhanxiucao  工作頻段:380 MHz ~ 450 MHz;

  輸出功率:≥5 000 W;

含羞草myhanxiucao  最大工作比:10%;

  脈沖前后沿:≤0.1 μs;

  頂降:不大于0.5 dB;

含羞草myhanxiucao  脈沖寬度:0.1μs~1ms;

  效率:≥30%。

  1 固態功放設計

  1.1 功放組成

  功放的組成框圖如圖1,由一臺前級功放和兩臺3 500 W末級功放組成。輸入RF信號經脈沖保護器、30W前級模塊、300 W推動級模塊及帶通濾波器后分為兩路,分別送到兩個相同的3 500 W末級功放,兩路末級信號由兩路合成器進行合成,經定向耦合器、環形器輸出至天線。控制電路用于監測脈寬和占空比,以防止脈寬過大或占空比太高導致功率晶體管損壞。當功放出現各種故障時(如過熱、功率管損壞、占空比過大等),脈沖保護器斷開,避免后續放大器件的損壞,同時在面板上指示故障狀態,并將故障信號上報。

  前級功放由脈沖保護器、30 W前級、300 W推動級、帶通濾波器、二路分配器/合成器、定向耦合器、環形器、衰減器、控制保護電路、DC/DC電源模塊等組成。DC/DC電源模塊采用的是輸出電壓可調的模塊,負責給30 W前級、300 W推動級供電,根據調試情況,調整DC/DC電源模塊的輸出電壓來調整前級功放的輸出功率,使輸出功率既能滿足全溫度范圍內的兩個末級功放的需求,又不會對末級功放的功率管產生過沖。

  3500 W末級功放由8個700 W功放模塊、二路分配/合成器和四路分配/合成器組成的八路分配/合成器、儲能電路和保護電路等組成。700 W功放模塊是比較成熟的模塊,在此文中就不再詳述。

  1.2 設計

1578275380372600.jpg

1578275380944852.jpg



  功放里主要使用的分配合成電路有兩種,分別是同相二路分配/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] 組成的原理如圖2。如果作為分配器使用,端口1為輸入端,端口2、3、4、5為輸出端,如果作為合成器使用,端口2、3、4、5為輸入端,端口1為輸出端。實測插損小于0.4 dB,隔離度大于20 dB。

1578275437542550.jpg

含羞草myhanxiucao  二路分配/合成器組成如圖26。如果作為分配器使用,端口1為輸入端,端口2、3為輸出端,如果作為合成器使用,端口2、3為輸入端,端口1為輸出端。實測插損小于0.4 dB,隔離度大于15dB。

  1.3 控制檢測保護電路設計

含羞草myhanxiucao  為了控制發熱量,避免管子燒壞,必須對信號的脈寬和占空比進行檢測。因此在30W前級功放模塊前連接了一個可控的低功率射頻開關,開關的閉合與打開受控于以下幾個信號。

1578275464952176.jpg

  ①過脈寬/過占空比報警信號;

  ②駐波報警信號;

含羞草myhanxiucao  ③TTL調制信號。

含羞草myhanxiucao  其控制原理如圖4所示。各控制信號分別有專門對應的電路產生,通過一個與門輸出TTL控制信號控制射頻開關。當各路與 門輸入都是高電平,TTL控制信號高電平,SPDT開關閉合到射頻放大器鏈路上;只要各路控制信號中有一路出現低電平,TTL控制信號為低電平,射頻開關閉合到50歐姆吸收電阻上,斷開射頻放大器鏈路。

1578275494412788.jpg

  功率檢測和保護電路分為前向功率檢測和反向功率檢測,實現了駐波報警功能和輸出功率顯示功能。其原理如圖5所示,功放使用的耦合器為單定向耦合器,只耦合出一部分前向功率。耦合器的輸出功率通過環形器,環形器的隔離端輸出的是負載反射功率,通過一個衰減器再進行檢波。正反向功率檢波后分別進行功率檢測,輸出對應的峰值電壓。經過ADC模數轉換,然后交由單片機進行數字處理,處理的結果一路作為輸出到顯示屏,可以顯示峰值功率,駐波等信息。一路產生TTL駐波報警信號送到功放的輸入端SPDT射頻開關,當報警信號為低電平,表示駐波過大,則斷開輸入端的射頻開關,起到駐波保護的目的。

1578275516985908.jpg

含羞草myhanxiucao  前向功率檢測和反向功率檢測的方法完全一樣,都是利用采樣保持電路的原理。其原理如0所示,采樣保持器在TTL控制信號的作用下,當輸入有脈沖包絡的時候,輸出跟蹤輸入的變化。當輸入脈沖包絡消失的時候,輸出依然能夠保持脈沖包絡的電壓幅度。由于這里的檢波器是采用功率檢波,即檢波器輸出的脈沖包絡電壓值正比于輸入的射頻脈沖功率值,所以采樣保持器的輸出電壓幅度即代表正向或反向的脈沖峰值功率。采樣保持器的TTL控制信號直接由檢波包絡通過整形電路來產生。

含羞草myhanxiucao  這里采用集成電路采樣保持器。AD781/AD783,可以滿足采樣穩定時間小于最短的脈沖寬度0.1 μs的要求,同時它們的電壓降落速率大約是0.01 μV/μs,可以長時間對電壓進行保持。

1578275530552418.jpg

  2 5 kW功放單機的測試結果

  把前級功放和兩個末級功放級聯,經過精心調試,最終測試取得了滿意的結果。過占空比、過脈寬,大駐波保護功能均正常。在脈寬1 ms,周期10 ms,功放輸入電平3 dBm的情況下,測試數據如圖,輸出功率大于5 kW,效率大于32%。前后沿、頂降測試數據如表1,均滿足要求。

微信截圖_20200106094710.jpg

  3 結論

  UHF波段5 kW脈沖功率放大器的研制包括脈沖保護器、多級功率放大模塊合成、儲能及保護控制電路的設計,技術難度高,通過科學的指標分解和精密的計算與仿真,在0.1μs~1 ms的較寬脈寬內,實現了前后沿不大于0.1 μs,頂降不大于0.5 dB,功率輸出大于5 kW,效率大于32%。各項性能指標達到預期的指標,該功放已經應用于某雷達模擬方艙中。

  參考文獻

含羞草myhanxiucao  [1] 袁孝康,王仕璠,朱俊達.微帶功率晶體管放大器.北京:人民郵電出版社,1982.

  [2] 張紀綱.射頻鐵氧體寬帶器件.北京:科學出版社,1986.

含羞草myhanxiucao  本文來源于科技期刊《電子產品世界》2020年第01期第52頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。



關鍵詞: 202001 脈沖功率放大器 分配合成電路 控制檢測保護電路
分享給小伙伴們:

評論


相關推薦

技術專區

關閉