CN108761413B - 用于大功率rcs测试的射频开关保护装置及方法 - Google Patents

用于大功率rcs测试的射频开关保护装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于大功率RCS测试的射频开关保护装置及方法,主控机控制信号源关闭信号输出;主控机通过放大器控制电路切断第一功率放大器和第二功率放大器的供电;如果主控机在测试工作频段内不能读取到参考信号,主控机通过开关控制电路控制第一射频开关和第二射频开关完成通道切换;主控机打开信号源,控制信号源输出激励信号,确保对应的第一功率放大器或第二功率放大器的输出功率在1W以内;主控机控制放大器控制电路给对应测试频段的第一功率放大器或第二功率放大器供电;如果主控机在相应的测试频段能从参考接收机读取到的参考信号,表明第一射频开关和第二射频开关切换正确;设置激励信号的功率达到设定值;结束测试。

Description

用于大功率RCS测试的射频开关保护装置及方法
技术领域
本发明涉及用于大功率RCS测试的射频开关保护装置及方法。
背景技术
在目前通用的雷达散射截面(Radar Cross-Section(RCS))测试系统中,为实现宽频带、多收发极化组合、大动态范围的自动测试,一般采用射频机械开关、功率放大器、多极化收发天线等设备组合的实现方式。通过不同频段放大器的组合实现宽频带测试,通过多极化收发天线实现被测目标不同极化散射性能测试,通过射频机械开关实现频段与极化方式的自动切换。在功率放大器处于中低功率输出(一般在1W输出以下)时,因为输出射频信号功率小,射频开关切换时不存在损坏风险。为进一步满足隐身目标RCS测试需要,需要更大输出功率的放大器,以便增大发射功率,提升系统动态范围。在大功率信号加载的情况下,进行开关通道的切换,会产生较高的接触面应力,降低开关使用寿命,甚至可能损坏射频开关。同时,由于开关控制通常为开环方式,只是由主控机发出控制命令,而不进行开关切换正确性的检测,因此还存在开关通道误切换隐患。
为满足隐身目标宽频带、多极化RCS自动测试需要,通常采用射频机械开关、大功率放大器、多种极化天线等设备的组合实现激励信号的发射,典型自动测试系统发射通道组成原理如图1所示。如果在大功率信号加载的情况下,直接进行射频机械开关通道的切换,会产生较高的接触面应力,降低开关使用寿命,甚至可能损坏射频开关。为此,出现了一种通过控制激励信号输出实现射频开关保护的办法,测试流程如图2所示,基本原理是在开关通道切换前首先关闭激励信号功率,大功率放大器无输出,射频开关端口无加载功率,随后依据测试频段、极化要求控制开关通道切换,最后打开激励信号功率输出,执行信号测试流程。
从操作流程看,通过控制激励信号输出实现射频开关保护的办法具有可行性。但是由于激励信号输出控制、射频开关通道切换控制均是通过系统软硬件进行的单向开环控制,无法百分百保证控制信号的准确执行,如果出现激励信号输出的错误控制,在大功率放大器有效输出时进行开关通道切换,存在开关损坏风险。另外,同样存在射频开关通道切换错误或失效的风险,会导致测试结果错误。
发明内容
针对大功率状态下的RCS测试时存在射频机械开关损坏与误操作风险,本发明提供了用于大功率RCS测试的射频开关保护装置及方法,可实现大功率RCS测试时,射频开关的正确安全切换。
作为本发明的第一方面,提供了用于大功率RCS测试的射频开关保护装置;
用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,包括:
第一射频开关,所述第一射频开关分别与第一功率放大器的输入端和第二功率放大器的输入端连接;第一功率放大器的输出端和第二功率放大器的输出端均与第二射频开关连接,第二射频开关还通过信号耦合模块与第三射频开关连接;其中,第一射频开关、第二射频开关和第三射频开关均通过开关控制电路与主控机连接;信号耦合模块与参考接收机连接,参考接收机与主控机连接;第一功率放大器和第二功率放大器均通过放大器控制电路与主控机连接;所述主控机还与信号源连接;
主控机控制信号源处于功率关闭状态,主控机通过放大器控制电路切断第一功率放大器和第二功率放大器的供电;如果主控机在测试工作频段内不能读取到参考信号,主控机通过开关控制电路控制第一射频开关和第二射频开关完成通道切换;主控机打开信号源,控制信号源输出激励信号,确保对应的第一功率放大器或第二功率放大器的输出功率在1W以内;主控机控制放大器控制电路给对应测试频段的第一功率放大器或第二功率放大器供电;如果主控机在相应的测试频段能从参考接收机读取到的参考信号,则表明第一射频开关和第二射频开关切换正确;设置激励信号的功率达到设定值;结束测试。
进一步的,所述第一射频开关,用于连接信号源与第一功率放大器和第二功率放大器,实现射频信号与对应工作频段功率放大器的切换导通,进而实现测试工作频段的覆盖。
因为单个功率放大器很难在超宽频段内实现大功率输出(比如1GHz-40GHz),一般需要几个放大器组合实现,为说明问题,本发明示例采用2个功率放大器实现1GHz-40GHz的频率覆盖,其中第一功率放大器工作于1GHz-18GHz,第二功率放大器工作于18GHz-40GHz。
进一步的,所述第一功率放大器,用于实现第一测试工作频段(1GHz-18GHz)发射射频信号的功率放大。
进一步的,所述第二功率放大器,用于实现第二测试工作频段(18GHz-40GHz)发射射频信号的功率放大。
进一步的,所述第二射频开关,用于发射射频信号与对应工作频段功率放大器的切换导通,进而实现测试工作频段的覆盖。
进一步的,所述信号耦合模块,用于将发射通道的信号耦合到参考接收机;
进一步的,所述第三射频开关,用于发射射频信号与对应工作频段或对应极化方式的发射天线的切换导通,实现测试工作频段覆盖与极化转换的控制。
进一步的,所述放大器控制电路,用于接收主控机命令,实现大功率放大器的供电;
进一步的,所述开关控制电路,用于接收主控机命令,实现各射频开关的通道切换控制。
进一步的,所述参考接收机,用于接收信号耦合模块耦合输出的射频信号,供主控机读取;
进一步的,所述主控机,用于向放大器控制电路发送通知命令,实现供电的自动控制;还用于向开关控制电路发送控制命令,实现射频开关切换的自动控制,同时还用于读取参考接收机测试的数据,还用于控制信号源向第一射频开关发射激励信号。
信号耦合模块是指用于信号分离的微波模块,包括:射频输入端口、射频输出端口和射频耦合输出端口。
所述信号耦合模块,例如:定向耦合器、电桥、不等分功分器等微波模块。
作为本发明的第二方面,提供了用于大功率RCS测试的射频开关保护方法;
用于大功率RCS测试的射频开关保护方法,包括:
步骤(1):主控机关闭信号源激励信号的输出;
步骤(2):主控机通过放大器控制电路切断第一功率放大器和第二功率放大器的供电;
步骤(3):主控机判断在测试工作频段内是否能从参考接收机读取到参考信号,
如果主控机在测试工作频段内不能读取到参考信号,表明整个发射通道处于无功率加载状态,允许第一射频开关和第二射频开关进行切换,进入步骤(4);
如果主控机在测试工作频段内能读取到参考信号,则返回步骤(1);
步骤(4):主控机通过开关控制电路控制第一射频开关和第二射频开关完成通道切换;
主控机打开信号源,控制信号源输出激励信号,确保对应的第一功率放大器或第二功率放大器的输出功率在1W以内;
主控机控制放大器控制电路给对应测试频段的第一功率放大器或第二功率放大器供电;
步骤(5):判断主控机在相应的测试频段是否能从参考接收机读取到参考信号,
若能读取到,则表明第一射频开关和第二射频开关切换正确;进入步骤(6);否则,返回步骤(4);
步骤(6):设置激励信号的功率达到设定值;结束测试。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明采用激励信号功率输出控制、大功率放大器加电控制与射频开关切换控制分时进行的基本操作思想,可实现射频开关的冷切换,保证开关切换安全性;
本发明引入参考信号闭环监测方法,确保了激励信号功率输出控制、大功率放大器加电控制与射频开关切换控制的准确性,进一步提升了大功率RCS测试时射频开关的安全。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为典型大功率RCS自动测试系统发射通道组成原理图;
图2为通过控制激励信号功率进行射频开关保护的操作流程;
图3为本发明大功率RCS自动测试系统发射通道组成原理图;
图4为本发明射频开关保护的操作流程。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
作为本发明的第一个实施例,提供了用于大功率RCS测试的射频开关保护装置;
用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,包括:
第一射频开关,所述第一射频开关分别与第一功率放大器的输入端和第二功率放大器的输入端连接;第一功率放大器的输出端和第二功率放大器的输出端均与第二射频开关连接,第二射频开关还通过信号耦合模块与第三射频开关连接;其中,第一射频开关、第二射频开关和第三射频开关均通过开关控制电路与主控机连接;信号耦合模块与参考接收机连接,参考接收机与主控机连接;第一功率放大器和第二功率放大器均通过放大器控制电路与主控机连接;所述主控机还与信号源连接;
主控机控制信号源处于功率关闭状态;主控机通过放大器控制电路切断第一功率放大器和第二功率放大器的供电;如果主控机在测试工作频段内不能读取到参考信号,主控机通过开关控制电路控制第一射频开关和第二射频开关完成通道切换;主控机打开信号源,控制信号源输出激励信号,确保对应的第一功率放大器或第二功率放大器的输出功率在1W以内;主控机控制放大器控制电路给对应测试频段的第一功率放大器或第二功率放大器供电;如果主控机在相应的测试频段能从参考接收机读取到参考信号,则表明第一射频开关和第二射频开关切换正确;设置激励信号的功率达到设定值;结束测试。
进一步的,所述第一射频开关,用于连接信号源与第一功率放大器和第二功率放大器,实现射频信号与对应工作频段功率放大器的切换导通,进而实现测试工作频段的覆盖。因为单个功率放大器很难在超宽频段内实现大功率输出(比如1GHz-40GHz),一般需要几个放大器组合实现,为说明问题,本发明示例采用2个功率放大器实现1GHz-40GHz的频率覆盖,其中第一功率放大器工作于1GHz-18GHz,第二功率放大器工作于18GHz-40GHz。
所述第一功率放大器,用于实现第一测试工作频段(1GHz-18GHz)发射射频信号的功率放大。所述第二功率放大器,用于实现第二测试工作频段(18GHz-40GHz)发射射频信号的功率放大。所述第二射频开关,用于发射射频信号与对应工作频段功率放大器的切换导通,进而实现测试工作频段的覆盖。所述信号耦合模块,用于将发射通道的信号耦合到参考接收机;所述第三射频开关,用于发射射频信号与对应工作频段或对应极化方式的发射天线的切换导通,实现测试工作频段覆盖与极化转换的控制。
所述放大器控制电路,用于接收主控机命令,实现大功率放大器的供电;所述开关控制电路,用于接收主控机命令,实现各射频开关的通道切换控制。所述参考接收机,用于接收信号耦合模块耦合输出的射频信号,供主控机读取;所述主控机,用于向放大器控制电路发送通知命令,实现供电的自动控制;还用于向开关控制电路发送控制命令,实现射频开关切换的自动控制,同时还用于读取参考接收机测试的数据,还用于控制信号源向第一射频开关发射激励信号。
信号耦合模块是指用于信号分离的微波模块,包括:射频输入端口、射频输出端口和射频耦合输出端口;所述信号耦合模块,例如:定向耦合器、电桥、不等分功分器等微波模块。
作为本发明的第二个实施例,提供了用于大功率RCS测试的射频开关保护方法;
用于大功率RCS测试的射频开关保护方法,包括:
步骤(1):主控机关闭信号源激励信号的输出;
步骤(2):主控机通过放大器控制电路切断第一功率放大器和第二功率放大器的供电;
步骤(3):主控机判断在测试工作频段内是否能从参考接收机读取到参考信号,
如果主控机在测试工作频段内不能读取到参考信号,表明整个发射通道处于无功率加载状态,允许第一射频开关和第二射频开关进行切换,进入步骤(4);
如果主控机在测试工作频段内能读取到参考信号,则返回步骤(1);
步骤(4):主控机通过开关控制电路控制第一射频开关和第二射频开关完成通道切换;
主控机打开信号源,控制信号源输出激励信号,确保对应的第一功率放大器或第二功率放大器的输出功率在1W以内;
主控机控制放大器控制电路给对应测试频段的第一功率放大器或第二功率放大器供电;
步骤(5):判断主控机在相应的测试频段是否能从参考接收机读取到参考信号,
若能读取到,则表明第一射频开关和第二射频开关切换正确;进入步骤(6);否则,返回步骤(4);
步骤(6):设置激励信号的功率达到设定值;结束测试。
与典型大功率RCS自动测试系统发射通道组成相比,本发明在硬件设备组成上的区别仅仅在于增加了放大器控制电路,如图3所示,放大器控制电路的主要作用是用于控制大功率放大器的供电,进而控制大功率放大器是否有大功率信号输出,可以在常规通过控制激励信号功率基础上,再提供一级控制手段,进一步提升大功率放大器输出功率控制的可靠性。
所述大功率放大器是指功率大于1W的射频微波功率放大器;
本发明工作原理为:主控机关闭激励信号功率,切断系统发射通道的功率输入源头,通过图3中放大器控制电路切断大功率放大器的供电,系统软件在整个系统工作频段上测试参考信号,该参考接收机由发射通道上的信号耦合模块耦合到参考接收机接收,如果参考接收机不能测试到信号输出,表明整个发射通道处于无功率加载状态,可以保证射频开关安全切换,主控机依据测试频段与极化方式控制射频开关完成通道切换,随后打开激励信号,同时设定低功率输出(该值需要依据大功率放大器的增益确定),接着通过放大器控制电路给大功率放大器供电,主控机在对应测试频段上测试参考信号,如果有参考信号输出,表明射频开关切换正确,最后设置激励信号功率到要求值,满足大功率放大器的输出功率要求。到此,完成系统发射通道上射频开关的正确切换与大功率输出控制,同时保证了射频开关的安全性。本发明提出的用于大功率RCS测试的射频开关保护方法对应操作流程见图4。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,其特征是,包括:
第一射频开关,所述第一射频开关分别与第一功率放大器的输入端和第二功率放大器的输入端连接;第一功率放大器的输出端和第二功率放大器的输出端均与第二射频开关连接,第二射频开关还通过信号耦合模块与第三射频开关连接;其中,第一射频开关、第二射频开关和第三射频开关均通过开关控制电路与主控机连接;信号耦合模块与参考接收机连接,参考接收机与主控机连接;第一功率放大器和第二功率放大器均通过放大器控制电路与主控机连接;所述主控机还与信号源连接;
主控机控制信号源处于功率关闭状态;主控机通过放大器控制电路切断第一功率放大器和第二功率放大器的供电;如果主控机在测试工作频段内不能读取到参考信号,主控机通过开关控制电路控制第一射频开关和第二射频开关完成通道切换;主控机打开信号源,控制信号源输出激励信号,确保对应的第一功率放大器或第二功率放大器的输出功率在1W以内;主控机控制放大器控制电路给对应测试频段的第一功率放大器或第二功率放大器供电;如果主控机在相应的测试频段能从参考接收机读取到参考信号,则表明第一射频开关和第二射频开关切换正确;设置激励信号的功率达到设定值;结束测试。
2.如权利要求1所述的用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,其特征是,所述第一射频开关,用于连接信号源与第一功率放大器和第二功率放大器,实现射频信号与对应工作频段功率放大器的切换导通,进而实现测试工作频段的覆盖。
3.如权利要求1所述的用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,其特征是,
所述第一功率放大器,用于实现第一测试工作频段发射射频信号的功率放大;
所述第二功率放大器,用于实现第二测试工作频段发射射频信号的功率放大。
4.如权利要求1所述的用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,其特征是,
所述第二射频开关,用于发射射频信号与对应工作频段功率放大器的切换导通,进而实现测试工作频段的覆盖。
5.如权利要求1所述的用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,其特征是,所述信号耦合模块,用于将发射通道的信号耦合到参考接收机。
6.如权利要求1所述的用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,其特征是,
所述第三射频开关,用于发射射频信号与对应工作频段或对应极化方式的发射天线的切换导通,实现测试工作频段覆盖与极化转换的控制。
7.如权利要求1所述的用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,其特征是,
所述放大器控制电路,用于接收主控机命令,实现第一功率放大器或第二功率放大器的供电;
所述开关控制电路,用于接收主控机命令,实现各射频开关的通道切换控制。
8.如权利要求1所述的用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,其特征是,
所述参考接收机,用于接收信号耦合模块耦合输出的射频信号,供主控机读取。
9.如权利要求1所述的用于大功率RCS测试的射频开关保护装置,其特征是,
所述主控机,用于向放大器控制电路发送通知命令,实现供电的自动控制;还用于向开关控制电路发送控制命令,实现射频开关切换的自动控制,同时还用于读取参考接收机测试的数据,还用于控制信号源向第一射频开关发射激励信号。
10.用于大功率RCS测试的射频开关保护方法,其特征是,包括:
步骤(1):主控机关闭信号源激励信号的输出;
步骤(2):主控机通过放大器控制电路切断第一功率放大器和第二功率放大器的供电;
步骤(3):主控机判断在测试工作频段内是否能从参考接收机读取到参考信号,
如果主控机在测试工作频段内不能读取到参考信号,表明整个发射通道处于无功率加载状态,允许第一射频开关和第二射频开关进行切换,进入步骤(4);
如果主控机在测试工作频段内能读取到参考信号,则返回步骤(1);
步骤(4):主控机通过开关控制电路控制第一射频开关和第二射频开关完成通道切换;
主控机打开信号源,控制信号源输出激励信号,确保对应的第一功率放大器或第二功率放大器的输出功率在1W以内;
主控机控制放大器控制电路给对应测试频段的第一功率放大器或第二功率放大器供电;
步骤(5):判断主控机在相应的测试频段是否能从参考接收机读取到参考信号,
若能读取到,则表明第一射频开关和第二射频开关切换正确;进入步骤(6);否则,返回步骤(4);
步骤(6):设置激励信号的功率达到设定值;结束测试。
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