一种Ku波段固态发射机的设计

２００６年１２月　火控雷达技术　第３５卷　文章编号：１００８—８６５２（２００６）０４～０６７—００３　一种Ｋｕ波段固态发射机的设计　李跃锋　陈福媛　李　磊　（西安电子工程研究所　西安７１０１００）　【摘要】介绍一种Ｋｕ波段固态发射机的设计，本发射机是脉冲工作，采用了功率合成，输出　脉冲功率４５ｗ，工作比为２Ｏ　９，６。　关键词：发射机；固态；Ｋｕ波段　中图分类号；ＴＮ　８３４　文献标识码：Ａ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｋｕ—Ｂａｎｄ‘Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ　Ｌｉ　Ｙｕｅｆｅｎｇ　Ｃｈｅｎ　Ｆｕｙｕａｎ　Ｉ　ｉ　Ｉ．ｅｉ　（Ｘｉ’“　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｌ　ｉｎｇ　Ｒｅｓｅａ￣　ｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ’　，７１０１００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　Ｋｕ—ｂａｎｄ　ｐｕｌｓｅ—ｏｐｅｒａｔｅｄ　ｓｏｌｉｄ　ｓｔａｔｅ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｏｕｔｐｕｔ　ｐｕｌｓｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｓ　４５Ｗ，ｔｈｅ　ｄｕｔｙ　ｃｙｃｌｅ　ｉｓ　２Ｏ　９，６．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ；ｓｏｌｉｄ　ｓｔａｔｅ；Ｋｕ—ｂａｎｄ　ｌ　引言　本发射机是一种固态发射机，应用方向是小型雷达，功率不太大，但频率高、体积小、重量轻；可靠性高；　不需高压电塬，安全性好；可长￣，－Ｊｌ＇ｄ稳定可靠地工作，操作简单。　２　主要技术指标　工作频段：Ｋｕ波段　工作带宽：７　输入脉冲功率：ｐ　１０ｒｏＷ　输出脉冲功率；≥户。＝４５Ｗ　供电：１ＯＶ／１２Ａ，一ｌＯＶ／Ｏ．５Ａ　效率；）７＞１０％　温度范围：一４Ｏ　Ｃ～＋５０　Ｃ　３设计方案　３．１发射机的组成　本固态发射机由放大链、偏置电路与电源调制两部分组成，偏置电路与电源凋制部分向微波器件提供所　需的栅极电压和脉冲式漏极电压，并进行加电时序保护。还对输入功率、输出功率、反射功率、温度进行检测　形成故障信号，指示出来并上报总站，而且要对“过反射”、“温度过高”两种故障进行保护。以免造成更大的损　收稿日期　２００６一Ｏ２一Ｊ　３　６７　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年１２月　火控雷达技术　第３５卷　坏，保护的方法就是切断电源。放大链的功能是将频率源送来的１０ｍＷ信号放大到脉冲功率大于４５Ｗ输　出。　３．２放大链　为了达到所要求的功率和增益，根据微波功率管的性能参数，设计放大链共有五级放大器，末级采用了　功率合成技术，以便用较小功率的器件得到足够的输出功率。　在输入端，用功分器将１０ｍＷ输入信号分为两路，一路经检波以后用于输入功率检测，另一路用于放　大。第一级放大器采用集成放大器，其增益为２７ｄＢ，功率Ｐ一　；３０ｄＢｍ。将频率源送来的发射信号的功率由　２ｍＷ放大到８９０ｍＷ，经插入损耗为０．３ｄＢ的隔离器后，输出８３０ｒｏＷ；第二级放大器内匹配场效应管来设　计，其增益为６ｄＢ，功率Ｐ一　一５Ｗ，将功率放大到３．３Ｗ；第三级放大器采用内匹配场效应管来设计，其增益　为５ｄＢ，功率Ｐ　＝１５ｗ，将功率放大到１ｏ．１ｗ，经插人损耗为０．３ｄＢ的隔离器后，输出１０Ｗ；然后用一个功　分器将功率等分为两路，再分别用一个内匹配场效应管，分别将两路的功率都放大到１３．５Ｗ；接着再各用一　个功分器将功率等分为两路，再分别用一个内匹配场效应管，将功率放大到１８Ｗ，然后再用两级功分器将四　路合为一路，经隔离器、环行器输出功率４９Ｗ，达到４５Ｗ的要求，其框图如图Ｉ所示。在输出端，有输出功率　检测。　图１　放大链方框图　在隔离器的隔离端（接负载端），用耦合器耦合一部分反射信号，经检波以后用于反射功率检测。如果在　输出端取反射信号，微带耦合器的方向性差，尤其是弱耦合时，这样一来，反射波中包含着输出信号，不易区　分。而在隔离器隔离端进行反射功率采样，隔离器有２５ｄＢ的方向性，不受输出功率的影响。所以在隔离器的　隔离端取反射信号。　最后一级放大器采用了两路放大器进行功率合成，目前所能买到的Ｋｕ波段微波功率ＦＥＴ的最大功率　只有１８Ｗ，为了达到４５Ｗ的输出功率，需四路放大器功率合成。一级功分器的插入损耗为０．５ｄＢ。　３．３电源偏置电路与电源调制　本发射机所用的微波功率放大器件是砷化镓场效应管，场效应管要求开机时先加栅极电源，后加漏极电　源；关机时先关漏极电源，后关栅极电源，否则内部就会被烧毁。电源偏置电路能自动完成上述加电顺序。电　源偏置电路如图２所示，实时对栅压进行采样，只有栅压大于一定值，漏压才打开，否则漏压就处于关断状态。　砷化镓场效应管这种器件是低电压大电流工作方式，只能是甲类工作状态，无论有没有输入信号，工　作电流一样大。而实际需要本功放脉冲工作，大部分时间没有信号。那么功放的效率势必很低，电源消耗很　大，造成浪费；热耗很大，使功放的高温环境适应性很差。因此对电源进行了凋制，发射期间打开漏极电源，　接收期间关断漏极电源，参看图２。电源调制后，管子的平均功耗大大降低，同样环境下管子的结温降低，　输出功率增大。同时，功耗大大减小，产生的热量大大减小，使发射机的高温适应性提高。　这个单元还包含有故障检测电路，对输入功率、输出功率、反射功率、工作电压及模块温度进行检测并指　示。如果反射功率过大或温度过高会损坏发射机，因此对过反射、温度过高故障进行自保控制，切断凋制脉　冲，从而切断漏极电源。　６８　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　李跃锋等　一种Ｋｕ波段固态发射机的设计　去漏极　调制脉冲　极　图２　电源偏置电路　十１０Ｖ电源输出端需并联容量很大的电解电容来储存电能，因为本发射机是脉冲工作，每个输出模块　所用电源的平均电流只有９Ａ左右，而脉冲电流约为４５Ａ。如果电源按脉冲电流设计，会造成浪费，体积重量　大，热耗也大；按平均电流设计，那么在脉冲的前部电源电压较大，后部电源电压要下降很多，造成输出射频　脉冲顶降。　３．４效率的计算　第一级放大器的电源是７Ｖ／０．８Ａ电流，ＴＩＭ１４１４—５Ｉ　的直流工作点是９ｖ／２．０Ａ，ＴＩＭ１４１４—１５Ｉ　的直　流工作点是９Ｖ／４．５Ａ，场效应管ＴＩＭ１４１４—１８Ｉ　的直流工作点是９Ｖ／５．５Ａ；若工作比为ｚｏ％，漏极电源的工　作比为２２　，那么放大链总功耗是　（７×０．８＋９×２．０＋９×４．５×３＋９×５．５×４）×２２　＝６９．５４２（ｗ）　放大链的输出功率是４５Ｗ，那么放大链的总效率为　ｊ７＝４９Ｗ×２Ｏ？／６／６９．５４２Ｗ　１４．１　’　３．５结构　发射机共有五级放大器，末级用四路合成，再考虑到散热，体积约为３３０×２００×５０ｒａｍ。，发射机总重量　不大于３．５ｋｇ。　发射机发热量为１Ｏ×（８．８６６＋０．２）＋９×０．２—４９×２０　９／６＝９１．５６Ｗ，所以结构设计充分考虑了散热。冷　却方式采用强迫风冷，进出风口分别位于发射机底部与顶部。　由于重量限制，整个发射机柜的体积和重量受到严格限制，因此设计初期的合理布局、合理分配各单元　重量的考虑尤为重要。为了减轻重量．在保证强度的前提下，壳体的璧尽量薄，能铣的地方都铣去。　图３　结构图　４　结束语　本发射机频率较高，输出功率较大，体积重量要求高、经过精心设计调试，最终达到了设计要求，已交付　使用。　６９