CN101297478B

CN101297478B - 控制脉冲模式放大器双峰值功率电平的方法和装置

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Publication number: CN101297478B
Application number: CN2006800402107A
Authority: CN
Inventors: A·勒唐普勒
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-08-30
Also published as: US20090128234A1; JP4899172B2; WO2007025996A1; CN101297478A; EP1938452B1; FR2890260A1; EP1938452A1; FR2890260B1; JP2009506697A; US7795963B2

Abstract

控制工作于脉冲模式的放大器至少两个峰值功率电平的一种装置，其特征在于至少包括预调制级和功率锁定级。所述预调制级至少包括：第一放大器级，该级包括至少一个放大器(1)和适合用于提供方波信号给所述放大器(1)的一个处理装置(6)；第二放大器级，该级至少包括一个放大器(7)和适合用于提供信号的一个处理装置(9)，该信号具有和所用调制形状粗略相同的形状。所述功率锁定级至少包括耦合器和检测器(11)，用于对放大子系统输出上的至少一部分信号进行采样，并将它发送给视频放大器(22)；峰值检测器(24)和电平鉴别器(25)，适合用于产生给放大器(20)的调制信号；所述放大器的电源模块(2₁、2₂、2₃)。

Description

控制脉冲模式放大器双峰值功率电平的方法和装置

本发明涉及脉冲模式放大器至少两个功率电平的控制方法和装置。

本发明涉及例如一种峰值功率控制装置，用于控制宽带脉冲射频功率发射机，这种发射机能够产生称为标称功率和减小功率的两个峰值功率电平。

对于必须利用离散控制信号产生n分贝减小功率的功率脉冲发射机，已知有如下方法可用：

·在发射机的输出端增加一个功率开关，用于打开或关闭一个n分贝衰减器；

·在两个低功率级之间增加一个开关，用于打开或关闭一个n分贝衰减器或者一个n分贝放大器级；

·改变n个C类双极性级的直流电源。

但是，这些装置存在一些缺点：

·功率开关会带来损耗。于是，功率放大器必须能够产生比工作需要的还要大的功率。所以，必须总是工作在最大功率上。此外，布局必须允许将衰减器安装进去。

·困难在于对于两个功率电平中的每一个，要保证后续级具有相同的增益。对于宽带放大器，这个问题是无法解决的问题。

·功率变化范围限制在每个C类双极性级2分贝以内。

本发明涉及一种装置，用于控制工作于脉冲模式的放大器的至少两个峰值功率电平，其特征在于它至少包括以下单元：

预调制级，该级至少包括：

·第一放大器级，该级包括至少一个放大器和适合用于提供方波信号给所述放大器的处理装置，

·第二放大器级，该级包括至少一个放大器和适合用于提供信号的处理装置，该信号具有和所用调制形状粗略相同的形状；

功率锁定级，该级至少包括：

·耦合器和检测器，用于对放大子系统输出上的至少一部分信号进行采样，并将它发送给视频放大器，

·峰值检测器和电平鉴别器，适合用于产生给放大器的调制信号，

·所述放大器的电源模块。

本发明的装置和方法具有以下优点：

·系统能够确保发射的高斯脉冲的完整性，准确地调节所涉及的整个频带内的峰值功率电平，获得不随温度变化的性能；

·用于船载应用的减小的尺寸、重量和体积；

·系统足够快，能够确保功率以足够快的速度改变，以及最大的改变范围，而不会牺牲准确性。

通过参考附图，阅读本发明的以下详细描述，会非常清楚本发明的其它特征和优点，其中的示例性实施例仅仅是用于进行说明，在这些附图中：

图1说明本发明中可以用于控制两个峰值功率电平的装置的结构；

图2A和2B说明对应于控制信号和调制信号的不同时序图；

图3说明可以用于本发明的方案的脉冲电压控制的放大器的结构。

本发明的装置和方法依赖于放大子系统中n级的增益控制，而不是利用衰减装置，这种衰减与无意义的损耗没有区别。

通过一方面检测发射的信号，另一方面使用可变增益射频放大器，本发明产生高斯形脉冲信号，其幅度受控于数字锁定系统，具有可以用离散信号选择的两个或多个峰值功率电平。

图1原理性地说明本发明中的示例性系统结构。它包括，例如，从属功率级和一个或多个预调制级。下面详细描述这些级。

第一放大级

第一射频放大级使用例如具有脉冲漏极电源，工作在AB类的LDMOS晶体管1。为此，电源2₁连接到处理装置3，处理装置3接受发射同步信号，据此发送控制信号，允许放大器的电源工作在开关模式。

第一级的增益受控于根据例如SEPROM 5中储存的两个数字表产生的可变直流电压4，用于控制数字电位器4，从而能够调整调制信号的幅度，它的形式通过图中以直流电压源为基准的直流产生。减小功率和标称功率模式中的每个频率都对应于直流电压。处理装置6根据要发射的频率Freq和“标称功率/减小功率”控制信号对两个表进行寻址。由此产生的调制信号被发送到放大器1。

在可变增益射频放大器1输出端，这一操作的结果是具有半功率差间隔的两个峰值功率电平。两个功率电平中的每一个都按照频率固定。如果需要，可以进行预加重。

在放大器1的输出端，获得方波RF脉冲，其峰值功率根据减小功率控制离散信号(PNR)的状态，按照频率取两个固定值。将这些脉冲发送给第二功率放大器。

最大功率和减小功率之差受限于这一级的增益倒数。为了保持良好的准确度并保持在控制电压范围内，找到最不可能的差值，其中给定带宽约束。能够达到的最大差限制在例如7～8分贝。

第二放大级

第二射频放大级使用例如具有脉冲漏极电源2₂，工作在AB类的LDMOS晶体管7。这一级的增益受控于可变幅度已调制电压。

如果晶体管输入端的两个功率电平之差超过7～8分贝就使用这一级。

从SEPROM 8中储存的n*2个数字表产生调制信号的最大幅度信息，这个SEPROM 8是按照要发射的频率和Pnormal/Preduced离散信号寻址的，根据发射脉冲中间幅度宽度的测量结果来对n寻址，于是，所产生的信号也是宽度受控的。处理装置9接收发射同步信号、PNR和所需要的要发射的频率Freq。

通过数模转换器DAC(调制源)30从Pnormal/Preduced控制信号选择的n*2个数字表产生调制信号的形状。它由发射控制同步。可以用电位器10来改变调制信号的幅度(调制信号2)。

这个调制信号和电源锁定级使用的调制信号相同或粗略相同。两个后续级上的调制能够保持要发射的脉冲在它们底部区域的完整性。根据功率电平对n*2个不同表的使用与LDMOS放大器级增益曲线的非线性相联系。

在第二放大级输出端(放大器7的输出端)，这一操作的结果是具有所有必要功率差间隔的两个输出峰值功率电平。两个功率电平中的每一个根据频率固定。如果需要，可以进行预加重。

于是，在第二放大级的输出端获得射频脉冲，其形状对应于所用调制(晶体管栅极极化调制)，其峰值功率可以根据减小功率控制离散信号(PNR)的状态按照频率取两个固定值。通过控制调制信号来控制宽度。

功率受控级

功率级具体包括：

可变增益射频放大器20；

耦合器和检测器，将它们标为21，它们不随温度变化。

将检测到的信号

提供给视频放大器22，其增益受控于数字电位器，这个数字电位器具有串行控制总线，用来为射频放大器提供频率和温度补偿。此外，按照减小功率控制(PNR)，视频放大器22具有两个增益设置范围。

峰值检测器24和电平鉴别器25从设置点值“Ref DEC”发送峰值功率信息给处理控制装置26，后者产生同步控制，利用向上/向下接口上调或下调数字电位器27，从而根据调制信号产生射频级的调制信号，这个调制信号是通过DAC转换器28从Pnormal/Preduced离散信号(和前一级使用的一样)选择的两个数字表产生的。

于是，将输出峰值功率一个脉冲一个脉冲地伺服控制到一个值，使得检测出来作为视频放大器输出22的信号等于或粗略等于这个设定点值。射频输出功率具体依赖于视频放大器的增益，它受控于它从频率、温度和按照PNR编制了索引的数字表29得到的增益控制。

其中：

K：随着检测系统的频率和温度敏感性改变，合适的时候还随着伺服控制环外面，插在输出功率采样耦合器(21)和视频放大器射频输出端之间的元件(环行器、HAR滤波器等)的频率和温度敏感性改变。

A：视频放大器的增益受控于系统，产生自频率、温度和按照PNR编制了索引的数字表。它能够补偿K的影响。为了使Ppeak恒定，乘积AK必须恒定。

设置点值：利用电压基准产生。

电平鉴别器从两个MAX和MIN门限值(基准电压的一部分)产生两个指示信号：P太高和P太低。MAX和MIN之间的电压差产生获得锁定收敛所必需的滞后，从而确定锁定准确性。

可以用具有功率-噪声比PNR控制的预调制级来获得信号，用来调制最相邻的伺服控制级，不论是否施加Pnormal或Preduced，因为受控射频级的增益保持几乎恒定。这样就能够获得从标称功率到减小功率以及反过来的最小过渡时间，在脑子里记住后者依赖于要发射的脉冲数量和调制电平控制电位器纠正步骤的值。

图2A和2B是放大子系统各个点处控制信号和调制信号的时序图。

从顶部开始，在时间轴上画出如下内容：

对于PN/PR处理操作

同步信号，

子系统各晶体管的功率控制，

PN/PR控制，

第一级调制信号，

第二级调制信号，

在第一级输出端获得的功率，

在第二级输出端获得的功率；

对于峰值功率处理

同步信号，

调制信号，

第3级的输出功率；

对于宽度处理

同步信号，

调制信号，

第3级的输出功率。

图3画出了具有功率射频放大，工作于脉冲模式的LDMOS晶体管。

晶体管的栅极G接收频率调制信号，并且由栅极电源供电。漏极D通过低损耗开关31连接到直流电源。开关31由已调制信号的发射同步信号sync控制。漏极电流只在给漏极供电的时候才存在。钳位值在LDMOS晶体管漏极峰值电源和漏-源飞弧电压之间的快速双定向电压峰值钳位装置33，针对这种操作固有过压提供有效的保护。电容器23用于射频去耦。

必要的瞬时能量由大容量储能电容器32和串联小电阻提供，电容器32的电容值是根据发射机的充电率计算出来的。选择这一电容器的目的是使损耗最小。

低损耗开关是用例如MOSPOWER晶体管实现的。因此很容易实现，能够承受很高的峰值漏极电流，并且具有低损耗的特点。

栅极电源VG可以是：

·可变增益控制直流电压，例如可变增益放大器；

·用作调制器的级的调制信号。

栅极电压可以是幅度受控的，用来调整空闲漏极电流，调整这一级的射频增益。

Claims

1.一种控制工作于脉冲模式的放大器的至少两个峰值功率电平的装置，其特征在于它至少包括以下单元：

预调制级，该级至少包括：

第一放大器级，该级包括至少一个第一放大器(1)和用于提供方波信号给所述至少一个第一放大器(1)的处理装置(6)；

第二放大器级，该级包括至少一个第二放大器(7)和用于提供信号的处理装置(9)，该信号具有和所用调制形状大致相同的形状；

功率受控级，该级至少包括：

耦合器和检测器(21)，用于对所述至少一个第一放大器(1)、所述至少一个第二放大器(7)和第三放大器(20)构成的放大子系统输出端上的一部分信号进行采样，并将它发送给视频放大器(22)；

峰值检测器(24)和电平鉴别器(25)，适合用于产生给所述第三放大器(20)的调制信号；

所述至少一个第一放大器(1)、所述至少一个第二放大器(7)和所述第三放大器(20)的电源模块(21、22、23)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一放大器级包括用于AB类具有脉冲漏极电源的LDMOS晶体管。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第一放大器级的增益受控于可变直流电压，该直流电压是从按照发射频率寻址的数字表以及标称功率/减小功率比产生的。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二放大器级包括用于AB类具有脉冲漏极电源的LDMOS晶体管。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述第二放大器级的增益受控于可变幅度调制的电压并且所述第一放大器级的增益受控于可变直流电压。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于包括按照发射频率寻址的两个数字表以及Pnormal/Preduced离散信号。

7.一种在工作于脉冲模式的放大子系统中控制或产生至少两个峰值功率电平的方法，其特征在于至少包括以下步骤：

产生方波或大致方波信号，并将该信号应用于第一放大器；

产生调制信号，该信号具有和要放大的信号形状大致相同的形状，并将它应用于第二放大级；

产生峰值功率电平和受控宽度的信号，并将它应用于从所述第二放大级获得的信号。