CN109375176B - 一种发射机功放模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发射机功放模块，包括放大发射电路、动态发射电路、耦合器、功率负载、环形器以及滤波器；放大发射电路和动态发射电路分别对应连接耦合器的直通输入端和耦合输入端；耦合器的耦合输出端连接功率负载，耦合器的直通输出端连接所述环形器的输入端，环形器第一输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接至发射机的输入/输出端口。采用该发射机功分模块，可以使航空管制雷达检测仪或者航空管制多功能测试仪表中的发射机能同时满足测试有线方式下的询问机(或应答机)和无线方式下的外接询问机天线(或者应答机天线)，有利于测试仪表集成度的提高。
Description
技术领域
本发明属于航空管制雷达技术领域，特别涉及一种发射机功放模块。
背景技术
航空管制雷达检测仪或者航空管制多功能测试仪表中常需用于测试有线方式下的询问机(或应答机)，或无线方式下的外接询问机天线(或者应答机天线)。
测试有线方式下的询问机(或应答机)的特点在于发射机端口可以承受千瓦级的脉冲功率输入，并转到接收机保证接收机不烧毁，同时输出大动态、小功率(如从0dBm～-90dBm量级)的射频信号。测试无线方式下的外接询问机天线(或者应答机天线)的特点在于发射机端口需要输出千瓦级脉冲功率的射频信号，并将天线下行的接收信号转到接收机。
现有的航空管制雷达检测仪或者航空管制多功能测试仪表中的发射机模块不能同时满足上述测试有线方式和测试无线方式，导致航空管制雷达检测仪或者航空管制多功能测试仪表的集成度不高，不满足行业发展需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种发射机功放模块，以使发射机同时满足上述测试有线方式和测试无线方式。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种发射机功放模块，包括放大发射电路、动态发射电路、耦合器、功率负载、环形器以及滤波器；
所述放大发射电路和所述动态发射电路分别对应连接所述耦合器的直通输入端和耦合输入端；
所述耦合器的耦合输出端连接所述功率负载，所述耦合器的直通输出端连接所述环形器的输入端，所述环形器第一输出端连接所述滤波器的输入端，所述滤波器的输出端连接至发射机的输入/输出端口；
优选地，所述发射机功放模块配置成，
当功率激励信号输入所述放大发射电路时，该功率激励信号通过所述放大发射电路放大而形成第一功率信号，该第一功率信号通过所述耦合器、环形器和滤波器传输至发射机的输入/输出端口；
当调制激励信号输入所述动态发射电路时，该调制激励信号通过所述动态发射电路衰减而形成第二功率信号，该第二功率信号通过所述耦合器、环形器和滤波器传输至发射机的输入/输出端口。
优选地，还包括限幅器；
所述环形器的第二输出端连接所述限幅器的输入端，所述限幅器的输出端用于连接接收机端口。
优选地，所述放大发射电路包括功分器、多个功率放大器和合成器；
其中，每个所述功率放大器的输入端分别与所述功分器的一输出端相连接，每个所述功率放大器的输出端分别与所述合成器的一输入端相连，所述合成器的输出端与所述耦合器的直通输入端相连接。
优选地，所述功率放大器为GaN固态功率放大器。
优选地，所述功分器为等分功分器。
优选地，所述动态发射电路包括衰减器单元，以及由第一微波开关、第二微波开关和信号放大器构成的动态调节网络；
其中，所述衰减器单元的输出端连接所述第二微波开关的输入端；所述第二微波开关的第一输出端通过所述信号放大器连接所述第一微波开关的第一输入端，所述第二微波开关的第二输出端连接所述第一微波开关的第二输入端；所述第一微波开关的输出端连接所述耦合器的耦合输入端。
优选地，所述动态调节网络配置为，
当所述衰减器单元的输出信号大于-90dBm且小于等于-30dBm时，该输出信号依次通过第二微波开关和第一微波开关进入所述耦合器的耦合输入端；
当所述衰减器单元的输出信号大于-30dBm且小于30dBm时，该输出信号依次通过第二微波开关、信号放大器和第一微波开关进入所述耦合器的耦合输入端。
优选地，所述衰减器单元包括依次连接的第一程控衰减器、第二程控衰减器以及固定衰减器。
优选地，所述耦合器为最大输入功率大于2kw的20dB耦合器。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
采用本发明中的发射机功分模块，可使航空管制雷达检测仪或者航空管制多功能测试仪表中的发射机能同时满足测试有线方式下的询问机(或应答机)和无线方式下的外接询问机天线(或者应答机天线)，有利于测试仪表集成度的提高。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1是本发明中的发射机功放模块的结构原理示意图；
图2是根据本发明一实施例的发射机功放模块的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
为了解决航空管制雷达检测仪或者航空管制多功能测试仪表中的发射机不能同时满足测试有线方式下的询问机(或应答机)和无线方式下的外接询问机天线(或者应答机天线)的问题，本申请提出一种发射机功放模块，其核心思想在于将大功率发射支路和小功率大动态支路通过“大功率耦合器”进行互联，并最终通过大功率环形器和大功率滤波器输出到端口，同时包含大功率限幅器的接收支路，需要说明的是本申请中的“大功率”指微波脉冲功率大于2000W量级。
本发明中的发射机功放模块，如图1所示，包括放大发射电路100、动态发射电路200、耦合器300、功率负载400、环形器500以及滤波器600；
放大发射电路100和动态发射电路200分别对应连接耦合器300的直通输入端和耦合输入端，也即如图1所示，放大发射电路100连接耦合器300的直通输入端，动态发射电路200连接耦合器300的耦合输入端；
耦合器300的耦合输出端连接功率负载400，耦合器300的直通输出端连接环形器500的输入端，环形器500第一输出端连接滤波器600的输入端，滤波器600的输出端连接至发射机的输入/输出端口。
如图1所示，发射机功放模块配置成，当功率激励信号输入放大发射电路100时，该功率激励信号通过放大发射电路放大而形成例如千瓦级的第一功率信号，该第一功率信号通过耦合器300、环形器500和滤波器600传输至发射机的输入/输出端口。可以理解的是，基于耦合器的特性，这里从耦合器的直通输入端的输入的信号，其功率减去该耦合器的插入损耗后，从直通输出端输出。
当调制激励信号输入动态发射电路200时，该调制激励信号通过动态发射电路衰减而形成第二功率信号，该第二功率信号通过耦合器300、环形器500和滤波器600传输至发射机的输入/输出端口。可以理解的是，基于耦合器的特性，这里的衰减指耦合器的耦合输入端的输入的信号，其功率减去该耦合器的耦合度后，再从直通输出端输出。
如图1所示，该发射机功放模块还包括限幅器700；
环形器500的第二输出端连接限幅器700的输入端，限幅器700的输出端用于连接接收机端口，以实现接收大功率信号。
具体的，本发明中的发射机功放模块能承受千瓦级的脉冲功率输入，并转到接收机保证接收机不烧毁，其工作具体流程为：当大功率信号从发射机输入输出端口输入后经滤波器、环形器后转到限幅器，随后至接收机端口并输出。
下面以一具体实施例对本发明做进一步说明。
如图2所示，在该实施例中，放大发射电路100包括功分器110、多个功率放大器(如图2中功率放大器1-4)和合成器120；
每个功率放大器的输入端分别与功分器110的一输出端相连接，每个功率放大器的输出端分别与合成器的一输入端120相连，合成器120的输出端与耦合器300的直通输入端相连接。
需要说明的是，作为一种优选，本实施例中功分器110为四等分功分器，而功率放大器为GaN固态功率放大器。此外，本实施例中耦合器为最大输入功率大于2kw的20dB耦合器。
本实施例中，当大功率激励信号输入放大发射电路100时，该激励信号通过功分器110后形成4路等幅等相的放大信号，这些放大信号再通过合成器120合成为千瓦级的功率信号，最终通过耦合器后经环形器和滤波器输出到发射机输入输出端口，从而实现发射机输出千瓦级脉冲功率。
而放大发射电路中，采用GaN固态功率放大器，该种功率放大器能够承受大于10％占空比，进而可使发射机对于射频脉冲的各种编码格式均可以进行发射，举例而言，可进行TCAS模式询问编码格式、ACAS模式应答编码格式、常规询问/应答模式的编码格式、S模式询问/应答模式的编码格式、ADS_B IN/OUT模式的编码格式的发射。
本实施例中，如图2所示，动态发射电路200包括衰减器单元210，以及由第一微波开关220、第二微波开关230和信号放大器240构成的动态调节网络；
衰减器单元210的输出端连接第二微波开关230的输入端；第二微波开关230的第一输出端通过信号放大器240连接第一微波开关220的第一输入端，第二微波开关230的第二输出端连接第一微波开关220的第二输入端；第一微波开关20的输出端连接耦合器300的耦合输入端。
如图2所示，衰减器单元210包括依次连接的第一程控衰减器、第二程控衰减器以及固定衰减器。
本实施例中，当小信号的调制激励信号输入动态发射电路200时，该激励信号通过两级程控衰减器(第一程控衰减器和第二程控衰减器)以进行可控衰减，举例而言，进行31.5dB+31.5dB共计约63dB的衰减，随后再通过固定衰减器衰减，固定衰减器的取值可以根据不同的指标需求进行选取，比如-10dB、-20dB、-30dB等。而采用多级程控衰减器和固定衰减器的串联衰减结构，有利于实现对激励信号的精确衰减。
之后从固定衰减器输出的信号进入包括第一微波开关220、第二微波开关230和信号放大器240构成的动态调节网络，以完成不同动态范围的调节。
例如量级为大于-90dBm且小于等于-30dBm的超小信号，通过第二微波开关230和第一微波开关220进入耦合器300；量级为大于-30dBm且小于30dBm的稍大信号则依次通过第二微波开关230、信号放大器240和第一微波开关220进入耦合器300。
再之后从第一微波开关220输出的信号进入耦合器300后，信号中的大量功率由功率负载400吸收，而耦合了耦合器相应耦合度(这里为20dB)的信号从耦合器300的直通输出端输出，并通过环形器500、滤波器600输出到发射机输入输出端口，以此使发射机实现对大动态、小功率(如从0dBm～-90dBm量级)的射频信号发射。
采用本发明中的功分模块，可使发射机具有如下优点：
可输出千瓦级脉冲功率的射频信号；也可承受千瓦级的脉冲功率输入，并转到接收机保证接收机不烧毁；可输出大动态、小功率(如从0dBm～-90dBm量级)的射频信号；并可用于发射TCAS模式、常规询问/应答模式、S模式、ADS_B IN/OUT模式的信号格式。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种发射机功放模块，包括放大发射电路、动态发射电路、耦合器、功率负载、环形器、限幅器以及滤波器；
所述放大发射电路和所述动态发射电路分别对应连接所述耦合器的直通输入端和耦合输入端；
所述耦合器的耦合输出端连接所述功率负载，所述耦合器的直通输出端连接所述环形器的输入端，所述环形器第一输出端连接所述滤波器的输入端，所述滤波器的输出端连接至发射机的输入/输出端口；
所述环形器的第二输出端连接所述限幅器的输入端，所述限幅器的输出端用于连接接收机端口；
所述发射机功放模块配置成，
当功率激励信号输入所述放大发射电路时，该功率激励信号通过所述放大发射电路放大而形成第一功率信号，该第一功率信号通过所述耦合器、环形器和滤波器传输至发射机的输入/输出端口；
当调制激励信号输入所述动态发射电路时，该调制激励信号通过所述动态发射电路衰减而形成第二功率信号，该第二功率信号通过所述耦合器、环形器和滤波器传输至发射机的输入/输出端口；
当第三功率信号从发射机的输入/输出端口输入时，该第三功率信号经所述滤波器、所述环形器后，转到限幅器，然后传输至接收机端口并输出，所述第三功率信号为千瓦级的功率信号。
2.根据权利要求1所述的发射机功放模块，其特征在于，所述放大发射电路包括功分器、多个功率放大器和合成器；其中，每个所述功率放大器的输入端分别与所述功分器的一输出端相连接，每个所述功率放大器的输出端分别与所述合成器的一输入端相连，所述合成器的输出端与所述耦合器的直通输入端相连接。
3.根据权利要求2所述的发射机功放模块，其特征在于，所述功率放大器为GaN固态功率放大器。
4.根据权利要求2所述的发射机功放模块，其特征在于，所述功分器为等分功分器。
5.根据权利要求1所述的发射机功放模块，其特征在于，所述动态发射电路包括衰减器单元，以及由第一微波开关、第二微波开关和信号放大器构成的动态调节网络；
其中，所述衰减器单元的输出端连接所述第二微波开关的输入端；所述第二微波开关的第一输出端通过所述信号放大器连接所述第一微波开关的第一输入端，所述第二微波开关的第二输出端连接所述第一微波开关的第二输入端；所述第一微波开关的输出端连接所述耦合器的耦合输入端。
6.根据权利要求5所述的发射机功放模块，其特征在于，所述动态调节网络配置为，
当所述衰减器单元的输出信号大于-90dBm且小于等于-30dBm时，该输出信号依次通过第二微波开关和第一微波开关进入所述耦合器的耦合输入端；
当所述衰减器单元的输出信号大于-30dBm且小于30dBm时，该输出信号依次通过第二微波开关、信号放大器和第一微波开关进入所述耦合器的耦合输入端。
7.根据权利要求5所述的发射机功放模块，其特征在于，所述衰减器单元包括依次连接的第一程控衰减器、第二程控衰减器以及固定衰减器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的发射机功放模块，其特征在于，所述耦合器为最大输入功率大于2kw的20dB耦。
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