CN102891665B - 全固态发射机脉冲调制波形的频谱控制方法 - Google Patents

Abstract

一种全固态发射机脉冲调制波形的频谱控制方法，其特征是：首先，在发射机输入端增加PIN开关调制器，对发射机的激励输入信号进行预整形，将原本陡峭的激励脉冲信号上升沿和下降沿变大，其次，使PIN开关调制器的调制脉宽与发射输出脉冲的宽度相等，但必须使激励信号的脉冲宽度稍大于PIN开关的调制脉宽，同时使PIN开关调制器的调制脉冲与激励信号之间需保持设定的时间关系；第三，在发射机射频放大链第一级采用漏级调制技术，并进行严格的脉冲时序控制。本发明大大减小了发射信号的带外频谱分布，使得发射波形的频谱满足指标要求。

Description

全固态发射机脉冲调制波形的频谱控制方法

技术领域

本发明涉及一种二次雷达发射技术，尤其是一种适用于对波形为脉冲调制方式的全固态发射机的输出频谱进行控制的方法，具体地说是一种全固态发射机脉冲调制波形的频谱控制方法。

背景技术

无线电频谱是一种十分宝贵而又有限的自然资源，它既具有一般资源的共同特性，也具有一般资源所没有的个性。首先是它的有限性，尽管它可以根据其空间、时间和频率的三维要素进行频率复用，三者是互相关联的，但是就某一频段和频率来讲，它在一定区域、一定时间和一定条件下利用又是有限的；二是它的非耗竭性，这不同于土地、水、矿产等一类再生或非再生资源，对于它不利用是一种浪费，使用不当也是一种浪费，甚至造成严重危害；三是它的传播固有性，它的传播不受行政区域限制，传播既无省界也无国界；四是它的易受污染性，对它如果使用不当，就会受到干扰，使之无法准确、有效地传送信息。由于频谱不受行政区域、国家边界的限制，所以开发和利用这些资源在国际上均有严格管理规定，任何部门、地区和个人，包括任何国家都不得随意使用无线电频谱，以避免造成相互干扰。

    随着信息时代的到来，对频谱的需要越来越多，世界各国都面临有限频谱与无限需求的矛盾。在我国这一矛盾近年来日益突出，改革开放以来，我国无线电通信事业以每年20％一30％的增长速度增加，无线电业务的迅速发展对国民经济和国防建设做出了重要贡献，但同时也使我国的频谱资源同趋紧张。因此，无线电频谱资源的研究与开发成为一个极为重要的问题。

     二次雷达的信号链路由发射机、接收机、收发天线和空间的传播路径组成。相对其它无线电通信系统而言，二次雷达在频率使用和／或背景噪声等方面都可能是一个潜在的干扰源。作为航管设备的重要组成部分，二次雷达需24小时连续工作，在设备运行中必然对机场其它设备、机场电磁环境产生影响，因此必须对二次雷达发射频谱进行控制，以满足航管设备电磁兼容性的要求。

国际民航组织（ICAO）发布的《国际民用航空公约》附件十《航空电信》、中国民用航空总局发布的《空中交通管制二次监视雷达设备技术规范》（MH 4010-2006）中都对二次雷达发射波形的频谱特性作出了严格限制，从而保证航管设备之间电磁兼容性的要求。

二次雷达工作在L波段，发射频率为1030MHz±0.01MHz，接收频率为1090MHz±3MHz。二次雷达为抑制旁瓣应答，设有2个发射通道，分别是询问通道（Σ）和控制通道（Ω）。询问通道发射2个脉冲——P1和P3，P1、P3之间的不同时间关系对应于二次雷达的不同询问模式。控制通道发射1个脉冲——P2，P2脉冲固定比P3脉冲延迟2μS。接收设备接收到询问通道（Σ）和控制通道（Ω）的发射信号后，通过比较P2、P3脉冲的幅度来判别当前接收到的询问信号P1和P3是主瓣信号还是旁瓣信号。P1、P2、P3脉冲波形需满足下表的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有的二次雷达易受其它设备、机场电磁等无线信号干扰的问题，，发明一种既能保证二次雷达的发射机能产生满足航管要求的脉冲调制波形和发射功率输出，又要使二次雷达发射波形的频谱特性能满足国际民航组织（ICAO）发布的《国际民用航空公约》附件十《航空电信》、中国民用航空总局发布的《空中交通管制二次监视雷达设备技术规范》（MH 4010-2006）中对二次雷达发射波形的频谱特性的要求的全固态发射机脉冲调制波形的频谱控制方法。

本发明的技术方案是：

一种全固态发射机脉冲调制波形的频谱控制方法，其特征是:

首先，在发射机输入端安装一个PIN开关调制器，以便对发射机的激励输入信号进行预整形，将原本陡峭的射频脉冲前后沿整形，使上升沿和下降沿变大，同时可以使远离工作频率的频谱分量大大减少，从而使发射频谱特性有较大改善；

其次，使PIN开关调制器的调制脉宽与发射输出脉冲的宽度相等，但必须使激励信号的脉冲宽度稍大于PIN开关的调制脉宽，同时使PIN开关调制器的调制脉冲与激励信号之间需保持设定的时间关系；

第三，在发射机射频放大链第一级采用漏级调制技术，并进行严格的脉冲时序控制，通过调整功放模块中储能电容的充电时间，达到调整发射脉冲前沿的目的；通过调整功放模块中储能电容放电时间来改变放大器的后沿，达到进一步改善发射机频谱的目的。

在所述发射机的馈电支路采用电阻电感滤波的方法，达到对发射机频谱进行控制的目的。

本发明的有益效果：

本发明在保证发射功率、占空比、发射波形满足指标要求的前提下，采取对发射脉冲前后沿进行整形和控制的方法，辅助其他调制手段，大大减小发射信号的带外频谱分布，使得发射波形的频谱满足指标要求。

本发明的二次雷达全固态发射机波形频谱控制方法。经测试，频谱控制后的二次雷达发射机波形频谱完全满足国际民航组织（ICAO）和中国民用航空总局相关规范的要求。

附图说明

    图1是本发明二次雷达工作于3/A、C模式时的发射询问信号时序图。

图2是本发明二次雷达发射波形的频谱必须满足的特性图。

图3是本发明中全固态发射机原理框图。

图4是本发明输入高频脉冲与调制信号的时序关系图。

图5是本发明中未采用频谱调制的发射波形频谱。

图6是本发明中已采用频谱调制的发射波形频谱。

具体实施方式

下面结构附图实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-6所示。

一种二次雷达全固态发射机脉冲调制波形的频谱控制方法，常规二次雷达的工作方式有2种：3/A模式、C模式。3/A模式询问飞机的A代码，C模式询问飞机的气压高度码。二次雷达工作在3/A模式时，二次雷达询问脉冲P1、P3之间的间隔为8μS，机载应答机接收到该询问信号后，发送相应的3/A模式应答码；二次雷达工作在C模式时，二次雷达询问脉冲P1、P3之间的间隔为21μS，机载应答机接收到二次雷达的询问信号后，发出相应的C模式应答码。二次雷达在每个询问周期发送一种询问，可单模式询问，也可3/A模式、C模式询问交替进行。同时要求发射机输出脉冲功率不小于1.5kW。发射波形时序关系如图1 所示。

   具体的频谱控制方法包括以下几个方面：

 首先，在发射机输入端增加PIN开关调制器，对发射机的激励输入信号进行预整形，将原本陡峭的激励脉冲信号上升沿和下降沿变大，同时可以使远离工作频率的频谱分量大大减少，从而改善发射机的激励信号频谱；

其次，利用前级放大器的漏极调制特性，采用合适的时序控制，有效调整前级放大器输出波形前后沿大小，明显改善发射机的频谱特性；

第三，发射机的馈电支路采用电阻电感滤波的方法，达到对发射机频谱进行控制的目的。

详述如下：

下面以二次雷达全固态发射机作进一步说明，二次雷达全固态发射机原理框图如图1所示，发射机由四级放大器组成。本发明对二次雷达全固态发射机波形频谱控制的方法可进一步概括为以下几个方面：

首先，在发射机输入端装有PIN开关调制器，其作用是对发射机的激励输入信号进行预整形。调制脉冲为TTL1，输入射频信号（RF IN）为脉冲信号，通过PIN开关调制器后，RF IN的前后沿均变大，频谱特性也有较大改善。PIN开关调制器在打开和关断瞬间有一定的延迟特性，将原本陡峭的激励脉冲信号上升沿和下降沿变大，同时可以使远离工作频率的频谱分量大大减少，从而改善发射机的激励信号频谱。必须使RF IN 的宽度稍大于TTL1的宽度，一般RF IN信号较TTL1信号宽0.4uS且提前0.2uS即可，因为PIN开关调制器对RF IN 信号的前后沿改变不会超过0.2uS。TTL1时间内射频是持续有效的，因此，PIN开关调制器最后的输出脉冲包络由TTL1决定。

其次，第一级放大器是一个输出功率为6W的功放模块，此模块供电电源采用漏级调制技术，TTL2为其调制脉冲，设计中利用了6W放大器的漏极调制特性，采用合适的时序控制，有效调整前级放大器输出波形前后沿大小，明显改善发射机的频谱特性。对6W放大器的后沿进行调整的原理如下：6W放大器的输入射频信号包络近似与TTL1相同，t1为6W模块中电源调制器提前于其输入射频脉冲打开的时间,t2为TTL2提前TTL1结束的时间，也就是6W放大器的漏极电源在t2时间内已经停止工作，此时放大器的后沿实际由功放模块中储能电容放电时间决定。另一方面对于储能电容来说，高频通路是其负载电路，高频信号的持续时间也会影响电容的放电时间。因此通过调整t2就可以改变储能电容的放电时间，也就达到了调整6W功放模块后沿的目的。同理，通过调整t1可以调整储能电容的充电时间，以达到调整6W模块的前沿的目的。

第三，发射机的馈电支路采用电阻电感滤波及其它优化设计的方法，达到对发射机频谱进行控制的目的。设计放大器馈电网络的滤波电路时，除了采取常用的大电容小电容组合滤波的措施之外，在各级放大器馈电端，还采用了电阻电感组合滤波的方法。应用此方法的关键是电感及电阻的量值一定要选择合适，否则会对输出射频包络前后沿及功率管增益产生负面影响。发射机是由多级放大器级联并联组成，级间输出端口驻波特性和放大器的饱和状态都可能会对输出频谱产生一定的影响。因此，在设计放大器匹配电路时，一方面通过软件仿真、调试等手段设计好放大器输出匹配电路，同时尽量选择性能稳定、一致性较好的电容作为输出端耦合电容，这些都有利于提高功放模块输出端的驻波特性。由于二次雷达发射机的工作频带不宽，控制好每一级放大器的激励相对容易，可以通过在级间加衰减网络等方法实现。此外，在模块设计时，对高频接地要求很高的点，采用孔金属化接地技术，以保证接地良好。试验证明，上述措施的使用对改善发射机频谱都有一定的效果。

本发明的有益效果：在保证发射功率、占空比、发射波形满足指标要求的前提下，采取对发射脉冲前后沿进行整形和控制的方法，辅助其他调制手段，大大减小发射信号的带外频谱分布，使得发射波形的频谱满足指标要求。

对比了频谱控制技术使用前后发射机输出频谱特性和射频脉冲波形的试验结果，发现发射机频谱特性有了很大的改善，输出射频波形也更加理想。图4为发射机未采用频谱控制技术的频谱测试结果，在△f=-60MHz处，频谱大约为-41dB。图5为发射机采用频谱控制技术后的频谱测试结果，在△f=-60MHz处，频谱大约为-54dB，具有明显改善，并优于指标要求的-50dB。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种全固态发射机脉冲调制波形的频谱控制方法，其特征是:

首先，在发射机输入端装有PIN开关调制器，其作用是对发射机的激励输入信号进行预整形；调制脉冲为TTL1，输入射频信号（RF IN）为脉冲信号，通过PIN开关调制器后，输入射频信号（RF IN）的前后沿均变大，频谱特性也有较大改善；PIN开关调制器在打开和关断瞬间有一定的延迟特性，将原本陡峭的激励脉冲信号上升沿和下降沿变大，同时可以使远离工作频率的频谱分量大大减少，从而改善发射机的激励信号频谱；必须使输入射频信号（RF IN）的宽度大于TTL1的宽度，输入射频信号（RF IN）较TTL1信号宽0.4uS且提前0.2uS即可，因为PIN开关调制器对输入射频信号（RF IN）的前后沿改变不会超过0.2uS；TTL1时间内射频是持续有效的，因此，PIN开关调制器最后的输出脉冲包络由TTL1决定；

其次，第一级放大器是一个输出功率为6W的功放模块，此模块供电电源采用漏级调制技术，TTL2为其调制脉冲，利用6W放大器的漏极调制特性，采用时序控制，有效调整前级放大器输出波形前后沿大小，明显改善发射机的频谱特性；对6W放大器的后沿进行调整；

第三，发射机的馈电支路采用电阻电感滤波优化，达到对发射机频谱进行控制的目的；设计放大器馈电网络的滤波电路时，除了采取常用的大电容小电容组合滤波的措施之外，在各级放大器馈电端，还采用电阻电感组合滤波的方法；发射机是由多级放大器级联并联组成，级间输出端口驻波特性和放大器的饱和状态都可能会对输出频谱产生一定的影响，因此，在设计放大器匹配电路时，一方面通过软件仿真、调试手段设计好放大器输出匹配电路，同时选择性能稳定、一致性较好的电容作为输出端耦合电容，这些都有利于提高功放模块输出端的驻波特性；由于二次雷达发射机的工作频带不宽，控制好每一级放大器的激励相对容易，牟通过在级间加衰减网络方法实现；6W的功放模块采用孔金属化接地技术，以保证接地良好。

2. 根据权利要求1所述的全固态发射机脉冲调制波形的频谱控制方法，其特征是在所述发射机的馈电支路采用电阻电感滤波的方法，达到对发射机频谱进行控制的目的。