CN105656459B - 改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置及其改善方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于单脉冲二次雷达系统领域，特别涉及一种改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置及其改善方法。本发明包括PIN开关单元和功率放大器单元，所述PIN开关单元的信号输入端、控制端分别连接射频输入信号、TTL控制信号，所述PIN开关单元的信号输出端连接功率放大器单元的信号输入端，所述功率放大器单元的信号输出端输出射频输出信号。通过TTL控制信号来控制PIN开关单元的导通和截止，不仅改善了二次雷达脉冲信号的上升和下降沿，使上升沿和下降沿满足50ns～100ns的指标要求，而且本发明具备结构简单、使用方便、成本低廉的特点。

Description

改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置及其改善方法
技术领域
本发明属于单脉冲二次雷达系统领域，特别涉及一种改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置及其改善方法。
背景技术
随着科学技术的进步，航空运输业的飞速发展，航空运输日益繁忙，为保障航空运输安全，空管雷达广泛应用于民用和军事航空领域，各个机场都安装有二次雷达，二次雷达的使用量越来越大。二次雷达发射组件通常使用的功率管是LD MOS功率晶体管，LD MOS功率晶体管是电压控制导通型功率管，具有输出功率大、功率增益高、顶降小、脉冲上升沿和下降沿小、且不随功率晶体管的工作状态变化的技术特点。
但由于LD MOS功率晶体管的输出信号的上升沿和下降沿在8ns左右，而二次雷达的脉冲上升沿指标要求为50ns～100ns，下降沿指标要求为50ns～500ns；因此LD MOS功率晶体管的上升沿和下降沿不能满足二次雷达的使用要求，因此使用时需要对射频信号上升沿和下降沿进行改善处理。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置，本发明不仅改善了二次雷达脉冲信号的上升和下降沿，使上升沿和下降沿满足50ns～100ns的指标要求，而且具备结构简单、使用方便、成本低廉的特点。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：
一种改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置，包括PIN开关单元和功率放大器单元，所述PIN开关单元的信号输入端、控制端分别连接射频输入信号、TTL控制信号，所述PIN开关单元的信号输出端连接功率放大器单元的信号输入端，所述功率放大器单元的信号输出端输出射频输出信号。
优选的，所述PIN开关单元包括PIN二极管，所述PIN二极管的正极端连接第十四电容、第一电感的一端，所述第十四电容的另一端连接射频输入信号，第一电感的另一端连接第十五电容、第十六电容的一端、以及TTL控制信号，所述第十五电容、第十六电容的另一端均接地，所述PIN二极管的负极端连接第二电感的一端、功率放大器单元的信号输入端，所述第二电感的另一端接地。
优选的，所述功率放大器单元包括功率晶体管，所述功率晶体管的栅极连接第一电容、第一电阻、第四电容、第五电容的一端，所述第一电容的另一端连接PIN二极管的负极端以及第二电感的一端，所述第一电阻的另一端、以及第二电容、第三电容的一端均连接所述功率晶体管的栅极输入电压，所述第二电容、第三电容、第四电容、第五电容的另一端均接地，所述功率晶体管的漏极连接第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容的一端、以及漏极供电电源，所述第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容的另一端均接地，所述第六电容的另一端输出射频输出信号。
进一步的，所述PIN二极管的型号为美国M/A-COM公司生产的MADP-042405-13060。
进一步的，所述功率晶体管为500W的LDMOS RF功率晶体管。
本发明还同时提供了上述一种改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置的改善方法，所述改善方法具体步骤包括：
S1、所述PIN开关单元的信号输入端接收射频输入信号，PIN开关单元的控制端输入TTL控制信号，所述射频输入信号的前沿的输入时间提前于所述TTL控制信号的前沿的输入时间，且射频输入信号的后沿的输入时间滞后于TTL控制信号的后沿的输入时间；
S2、当所述TTL控制信号为低电平时，PIN开关单元内部的PIN二极管处于状态，所述射频输入信号停止通过PIN开关单元；
S3、所述TTL控制信号的前沿到来时，PIN二极管的导通能力逐渐增加，通过PIN开关单元的射频输入信号的电流逐渐增加，直至射频输入信号的电流达到最大值，所述射频输入信号从电流最大值的10％至电流最大值的90％所需要的时间即为改善后的射频输入信号的上升沿；
S4、所述TTL控制信号为高电平时，PIN开关单元内部的PIN二极管处于导通状态，所述射频输入信号通过PIN开关单元；
S5、所述TTL控制信号的后沿到来时，PIN二极管的导通能力逐渐减弱，通过PIN开关单元的射频输入信号的电流逐渐从最大值变为最小值，所述射频输入信号从电流最大值的90％至电流最大值的10％所需要的时间即为改善后的射频输入信号的下降沿；
S6、设置功率放大器单元中的功率晶体管工作在线性区；所述PIN开关单元的信号输出端输出改善后的射频输入信号至功率放大器单元的信号输入端，所述功率放大器单元的信号输出端输出功率放大后的射频输出信号。
优选的，所述射频输入信号的前沿的输入时间提前于所述TTL控制信号的前沿的输入时间为0.3μs，射频输入信号的后沿的输入时间滞后于TTL控制信号的后沿的输入时间为0.3μs。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明包括PIN开关单元和功率放大器单元，所述PIN开关单元的信号输入端、控制端分别连接射频输入信号、TTL控制信号，所述PIN开关单元的信号输出端连接功率放大器单元的信号输入端，所述功率放大器单元的信号输出端输出射频输出信号。通过TTL控制信号来控制PIN开关单元的导通和截止，不仅改善了二次雷达脉冲信号的上升和下降沿，使上升沿和下降沿满足50ns～100ns的指标要求，而且本发明具备结构简单、使用方便、成本低廉的特点。
2)、所述PIN二极管的型号为美国M/A-COM公司生产的MADP-042405-13060，所述功率晶体管为500W的LDMOS RF功率晶体管。本发明通过以上元器件互相配合使用，实现了本发明的最优设计，使得最终输出的射频输出信号的各个指标达到最优值。
3)、设置功率放大器单元中的功率晶体管工作在线性区，在不同的输入功率下，功率放大器单元的输出功率增益都相同，使得上升沿和下降沿改善后的射频输入信号经过功率放大器单元后，上升沿和下降沿保持不变。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的TTL控制信号与射频输入信号和射频输出信号的相对位置图；
图3为本发明的PIN开关单元的原理图；
图4为本发明的功率放大器单元的原理图。
图中标记符号的含义如下：
10—PIN开关单元 20—功率放大器单元
30—IRIG-B码接收模块 C1～C16—第一电容～第十六电容
L1～L2—第一电感～第二电感 V1—功率晶体管
V2—PIN二极管
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置，包括PIN开关单元10和功率放大器单元20，所述PIN开关单元10的信号输入端、控制端分别连接射频输入信号、TTL控制信号，所述PIN开关单元10的信号输出端连接功率放大器单元20的信号输入端，所述功率放大器单元20的信号输出端输出射频输出信号。
如图3所示，所述PIN开关单元10包括PIN二极管V2，所述PIN二极管V2的正极端连接第十四电容C14、第一电感L1的一端，所述第十四电容C14的另一端连接射频输入信号，第一电感L1的另一端连接第十五电容C15、第十六电容C16的一端、以及TTL控制信号，所述第十五电容C15、第十六电容C16的另一端均接地，所述PIN二极管V2的负极端连接第二电感L2的一端、功率放大器单元20的信号输入端，所述第二电感L2的另一端接地。
如图4所示，所述功率放大器单元20包括功率晶体管V1，所述功率晶体管V1的栅极连接第一电容C1、第一电阻R1、第四电容C4、第五电容C5的一端，所述第一电容C1的另一端连接PIN二极管V2的负极端以及第二电感L2的一端，所述第一电阻R1的另一端、以及第二电容C2、第三电容C3的一端均连接所述功率晶体管V1的栅极输入电压，所述第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5的另一端均接地，所述功率晶体管V1的漏极连接第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13的一端、以及漏极供电电源，所述第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13的另一端均接地，所述第六电容C6的另一端输出射频输出信号。
所述PIN二极管V2的型号为美国M/A-COM公司生产的MADP-042405-13060。
所述PIN二极管V2的工作原理：PIN二极管V2的中间层是接近本征的I层，两边是重掺杂的P+和N+层。在零偏或反向偏压下，I层中几乎没有载流子，I层近似为一个固定的小电容，阻抗很高，近似开路，当PIN二极管V2上加射频输入信号时，通过PIN二极管V2的射频输入信号的电流非常小；当PIN二极管V2上加正向偏压时，PIN二极管V2的载流子向I层注入，随着载流子向I层中注入，I层中载流子数量慢慢增加，导通阻抗慢慢变小，导通能力在逐渐增加，通过PIN二极管的射频信号电流会慢慢增加；当I层中载流子达到一定值时，PIN二极管近似短路，通过PIN二极管的射频信号电流达到最大值。
所述功率晶体管V1为500W的LDMOS RF功率晶体管。
所述功率晶体管V1工作在线性区时，功率放大器单元20在不同输入功率时的输出功率增益相同，所述功率放大器单元20的输出功率与输入功率呈线性关系，改善后的射频输入信号经过功率放大器单元20放大后，上升沿和下降沿保持不变。当功率晶体管V1工作在饱和区时，所述功率放大器单元20的输出功率增益变小，且随着饱和深度的增加，功率晶体管V1的功率增益急速降低；由于射频输入信号在上升和下降沿处的功率比射频信号脉冲中间部位功率低，若功率放大器单元20处于深度饱和工作状态，则在射频输入信号的上升沿和下降沿处，功率晶体管V1处于线性区工作状态，功率增益比较高，在射频输入信号脉冲中间部位处，功率晶体管V1处于深度饱和状态，功率增益比较低，上升沿和下降沿改善后的射频输入信号经过功率放大器单元20放大后，上升和下降沿会变小，因此在使用时，应当使功率晶体管V1工作在线性区。
如图1、2所示，一种改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置的改善方法，具体步骤包括：
S1、所述PIN开关单元10的信号输入端接收射频输入信号，PIN开关单元10的控制端输入TTL控制信号，所述射频输入信号的前沿的输入时间提前于所述TTL控制信号的前沿的输入时间，且射频输入信号的后沿的输入时间滞后于TTL控制信号的后沿的输入时间；
S2、当所述TTL控制信号为低电平时，PIN开关单元10内部的PIN二极管V2处于高阻状态，所述射频输入信号停止通过PIN开关单元10；
S3、所述TTL控制信号的前沿到来时，PIN二极管V2的导通能力逐渐增加，通过PIN开关单元10的射频输入信号的电流逐渐增加，直至射频输入信号的电流达到最大值，所述射频输入信号从电流最大值的10％至电流最大值的90％所需要的时间即为改善后的射频输入信号的上升沿；
S4、所述TTL控制信号为高电平时，PIN开关单元10内部的PIN二极管V2处于导通状态，所述射频输入信号通过PIN开关单元10；
S5、所述TTL控制信号的后沿到来时，PIN二极管V2的导通能力逐渐减弱，通过PIN开关单元10的射频输入信号的电流逐渐从最大值变为最小值，所述射频输入信号从电流最大值的90％至电流最大值的10％所需要的时间即为改善后的射频输入信号的下降沿；
S6、设置功率放大器单元20中的功率晶体管V1工作在线性区；所述PIN开关单元10的信号输出端输出改善后的射频输入信号至功率放大器单元20的信号输入端，所述功率放大器单元20的信号输出端输出功率放大后的射频输出信号。
本发明利用TTL控制信号来控制PIN开关单元的导通和截止，改善了二次雷达脉冲信号的上升和下降沿，使上升沿和下降沿满足50ns～100ns的指标要求，广泛的应用于单脉冲二次雷达系统领域。

Claims (3)

1.改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置，其特征在于：包括PIN开关单元(10)和功率放大器单元(20)，所述PIN开关单元(10)的信号输入端、控制端分别连接射频输入信号、TTL控制信号，所述PIN开关单元(10)的信号输出端连接功率放大器单元(20)的信号输入端，所述功率放大器单元(20)的信号输出端输出射频输出信号；
所述PIN开关单元(10)包括PIN二极管(V2)，所述PIN二极管(V2)的正极端连接第十四电容(C14)、第一电感(L1)的一端，所述第十四电容(C14)的另一端连接射频输入信号，第一电感(L1)的另一端连接第十五电容(C15)、第十六电容(C16)的一端、以及TTL控制信号，所述第十五电容(C15)、第十六电容(C16)的另一端均接地，所述PIN二极管(V2)的负极端连接第二电感(L2)的一端、功率放大器单元(20)的信号输入端，所述第二电感(L2)的另一端接地；
所述功率放大器单元(20)包括功率晶体管(V1)，所述功率晶体管(V1)的栅极连接第一电容(C1)、第一电阻(R1)、第四电容(C4)、第五电容(C5)的一端，所述第一电容(C1)的另一端连接PIN二极管(V2)的负极端以及第二电感(L2)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端、以及第二电容(C2)、第三电容(C3)的一端均连接所述功率晶体管(V1)的栅极输入电压，所述第二电容(C2)、第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)的另一端均接地，所述功率晶体管(V1)的漏极连接第六电容(C6)、第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十电容(C10)、第十一电容(C11)、第十二电容(C12)、第十三电容(C13)的一端、以及漏极供电电源，所述第七电容(C7)、第八电容(C8)、第九电容(C9)、第十电容(C10)、第十一电容(C11)、第十二电容(C12)、第十三电容(C13)的另一端均接地，所述第六电容(C6)的另一端输出射频输出信号；
所述PIN二极管(V2)的型号为美国M/A-COM公司生产的MADP-042405-13060；
所述功率晶体管(V1)为500W的LDMOS RF功率晶体管。
2.一种如权利要求1所述的改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置的改善方法，其特征在于所述改善方法具体步骤包括：
S1、所述PIN开关单元(10)的信号输入端接收射频输入信号，PIN开关单元(10)的控制端输入TTL控制信号，所述射频输入信号的前沿的输入时间提前于所述TTL控制信号的前沿的输入时间，且射频输入信号的后沿的输入时间滞后于TTL控制信号的后沿的输入时间；
S2、当所述TTL控制信号为低电平时，PIN开关单元(10)内部的PIN二极管(V2)处于截止状态，所述射频输入信号停止通过PIN开关单元(10)；
S3、所述TTL控制信号的前沿到来时，PIN二极管(V2)的导通能力逐渐增加，通过PIN开关单元(10)的射频输入信号的电流逐渐增加，直至射频输入信号的电流达到最大值，所述射频输入信号从电流最大值的10％至电流最大值的90％所需要的时间即为改善后的射频输入信号的上升沿；
S4、所述TTL控制信号为高电平时，PIN开关单元(10)内部的PIN二极管(V2)处于导通状态，所述射频输入信号通过PIN开关单元(10)；
S5、所述TTL控制信号的后沿到来时，PIN二极管(V2)的导通能力逐渐减弱，通过PIN开关单元(10)的射频输入信号的电流逐渐从最大值变为最小值，所述射频输入信号从电流最大值的90％至电流最大值的10％所需要的时间即为改善后的射频输入信号的下降沿；
S6、设置功率放大器单元(20)中的功率晶体管(V1)工作在线性区；所述PIN开关单元(10)的信号输出端输出改善后的射频输入信号至功率放大器单元(20)的信号输入端，所述功率放大器单元(20)的信号输出端输出功率放大后的射频输出信号。
3.如权利要求2所述的改善二次雷达脉冲信号上升和下降沿的装置的改善方法，其特征在于：所述射频输入信号的前沿的输入时间提前于所述TTL控制信号的前沿的输入时间为0.3μs，射频输入信号的后沿的输入时间滞后于TTL控制信号的后沿的输入时间为0.3μs。
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