CN112462340A

CN112462340A - 一种新型s频段固态发射阵面

Info

Publication number: CN112462340A
Application number: CN202011276807.XA
Authority: CN
Inventors: 魏建功; 吴皓; 杨现志
Original assignee: Nanjing Changfeng Space Electronics Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Changfeng Space Electronics Technology Co Ltd
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2021-03-09

Abstract

本发明公开了一种新型S频段固态发射阵面，包括高频箱，所述高频箱内置有功放系统、控保系统、天线阵面、散热系统；频率源送来的高频脉冲小信号通过功放系统输出送入天线阵面，辐射至空间进行功率合成以形成发射波束；所述控保系统对发射阵面的工作状态实时监测，当发射阵面出现故障时，所述控保系统及时定位故障位置并上报故障状态，同时关闭故障模块的供电系统；所述散热系统用于导出所述功放系统发出的热量。频率源送来的高频脉冲小信号通过功放系统输出送入天线阵面，整体辐射功率可达数百千瓦，并配有保护功能齐全、可靠性高的控保系统，具有功耗低、体积小、重量轻、安装便捷、维护成本低等特点，可在电子对抗领域发挥较大作用。

Description

一种新型S频段固态发射阵面

技术领域

本发明涉及一种固态发射阵面，尤其涉及一种新型S频段固态发射阵面。

背景技术

固态雷达由于控制简便、可靠性高、寿命长、具有故障软处理功能、可使用安全电压、易维护等一系列优点，其应用范围越来越广。随着雷达技术以及相关工艺技术的进步，固态雷达也向着高功率、高效率、高可靠性、小型化发展，具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型S频段固态发射阵面，为了适应雷达模拟器对小型化、高输出功率、高可靠性的要求。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

本发明提供了一种新型S频段固态发射阵面，包括高频箱，所述高频箱内置有功放系统、控保系统、天线阵面、散热系统；

频率源送来的高频脉冲小信号通过功放系统输出送入天线阵面，辐射至空间进行功率合成以形成发射波束；

所述控保系统对发射阵面的工作状态实时监测，当发射阵面出现故障时，所述控保系统及时定位故障位置并上报故障状态，同时关闭故障模块的供电系统；

所述散热系统用于导出所述功放系统发出的热量。

进一步地，所述功放系统包括信号相连的前级功放组件、功率分配网络、末级功放组件，所述前级功放组件通过所述功率分配网络将S频段射频信号输送至所述末级功放组件，所述末级功放组件将S频段射频信号输送至所述天线阵面。

进一步地，所述前级功放组件包括依次信号相连的衰减器、功率放大器P1、隔离器。

进一步地，所述末级功放组件包括依次信号相连的四路功率分配器、衰减器、推动级放大器P1、隔离器、末级放大器P2。

进一步地，所述散热系统包括风机电源、风机与散热器，所述风机安装在所述高频箱上，所述风机电源用于所述风机供电，所述散热器与功放组件相连，用于导出所述功放组件的热量。

进一步地，所述控保系统包括信号相连的显控终端、监测汇总、功放组件、控保系统电源，所述功放组件中内置有功放组件控保电路板，所述控保系统电源中内置有电源模块控保电路板。

进一步地，所述控保系统电源包括功放电源模块和风机电源模块。

进一步地，所述功放组件控保电路板包括DC/DC转换电路、电压监测和保护电路、电流监测和保护电路、时序保护电路、过温度监测和保护电路，功率检测电路、监测通信电路、复位电路。

进一步地，所述功放组件、控保系统电源分别与所述监测汇总通过CAN总线信号连接。

进一步地，所述天线阵面由天线阵子按照方位×俯仰为6×4的分布排列。

本发明的有益效果如下：

频率源送来的高频脉冲小信号通过功放系统输出送入天线阵面，整体辐射功率可达数百千瓦，并配有保护功能齐全、可靠性高的控保系统，具有功耗低、体积小、重量轻、安装便捷、维护成本低等特点，可在电子对抗领域发挥较大作用。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的新型S频段固态发射阵面的整机示意图；

图2为根据本发明实施例提供的新型S频段固态发射阵面的系统框图；

图3为根据本发明实施例提供的前级功放组件原理及增益分配图；

图4为根据本发明实施例提供的末级功放组件原理及增益分配图；

图5为根据本发明实施例提供的控保系统拓扑图。

具体实施方式

本雷达发射阵面工作在S频段，可以将频率源送来的高频脉冲小信号通过前级功放组件放大到数十瓦，再经过若干功率分配网络，送入末级功放，每个末级功放组件的功率输出送入天线单元，辐射至空间进行功率合成，形成发射波束，等效辐射功率达数百千瓦。在此过程中，控制保护系统对发射阵面的工作状态实时监测，当发射阵面出现故障时，控制保护系统会及时定位故障位置并上报故障状态，同时关闭故障模块的供电系统。故障状态信息及控制信息通过监测汇总与实时处理计算机进行信息交互。

1)结构及布局设计

发射机可靠性比较高，在模块化方面非常理想。模块化设计易于电路优化和规模化生产，同样功能模块具有可互换性，便于调试、维修。S频段固态雷达发射阵面，主要包括功放系统、控保系统、天线阵面、散热系统等整机结构示意如图1所示。

图1标识中：

1、功放系统，由前级功放组件、功率分配网络、末级功放组件等，其系统框图如图2所示；

2、控保系统，由功放电源、控保板与监测汇总共同构成，其中控保板内置于功放组件；

3、天线阵面，由天线阵子按照6×4(方位×俯仰)分布形式排列，空间辐射后形成一定的波束要求；

4、散热系统，由风机电源、风机与散热器共同构成，散热系统用于及时导出功放系统发热，并保证通风良好，确保设备在-40℃～+50℃条件下持续稳定工作。

2)功放系统设计

功放系统设计是发射阵面的关键技术，在功放组件性能指标和体积、重量、散热等之间取得合理的平衡。最大程度的减小发射阵面体积，提高发射机的功率密度。

a.前级功放组件

前级功放组件是系统的最前端，主要作用是能够提供足够的功率驱动能力和足够的增益，并希望有良好的输入输出驻波比，确保稳定性。考虑功放阵列对动态和线性度的要求，选择线性度高的砷化镓功率管，并且设计时输出功率尽量留有余量。

微波电路主要由衰减器、功率放大器P1、隔离器组成。根据实际测试，前级功放组件的总增益大于+22dB，输入信号+15dBm，输出功率大于+36dBm，为保证通用性，输出功率采用衰减器调节。微波电路功率分配如图3所示。

b.末级功放组件

微波电路主要由衰减器、推动级放大器P1、隔离器、末级放大器P2、散热模块组成。功率分配如图4所示。

微波电路由四路功率分配器、衰减器、隔离器、推动级放P1大器、末级放大器P2、馈电板、散热模块构成。从输入端口输入+24.5dBm信号电平，经过四路功率分配器后，输出功率+18dBm，经过衰减器，到推动级放大器P1的功率为+16dBm，推动级放大器P1输出功率大于41dBm，经过隔离器，到功率放大器P2的输入功率为40.5dBm，功率放大器P2的输出功率为大于+52.5dBm。

3)控保系统设计

如图5所示，控保系统拓扑三个层次，第一层次为显控终端，第二层次为监测汇总，第三层次为电源模块、功放组件控保电路板。将电源模块控保板和功放组件控保板分别内置于电源和功放组件中，通过CAN总线进行通信，使得阵面的布线大幅度减少，可靠性显著提升。仅需要串行连接2根信号线：CANH、CANL。

控保系统电源的架构采用交流直接供电的形式，具有传输损耗低、无单点故障、可靠性高，尺寸和重量小、系统扩容简单的优点。控保系统电源包含功放电源模块和风机电源模块。

功放组件控保电路板主要由DC/DC转换电路、电压监测和保护电路、电流监测和保护电路、时序保护电路、过温度监测和保护电路，功率检测电路、监测通信电路(故障判断、汇总和关断)、复位电路组成。

监测汇总在控保系统中非常的重要，起到承上启下的作用，承担功放系统电源模块、功放组件的控制信号的传递和状态回传任务。监测汇总采用CAN口总线通讯，CAN总线为串行通讯协议，能有效的支持具有很高安全性的分布适时控制。CAN总线的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力、实时性强、布线简单、传输速度快、互操性好的优点。所有功放组件和电源模块的控制和保护都采用CAN总线串行方式连接。

4)天线阵面设计

发射阵面的性能在很大程度上取决于辐射单元。常见的天线单元有振子类、波导口辐射器、波导裂缝、微带贴片等，天线单元增益较低，但是当按一定的规则将天线单元排列在一起，形成大的阵面后，可获得较高的天线增益。天线阵的辐射特性决定于单元的数目、分布形式、单元间距、激励幅度和相位，控制这些因素可以改变辐射场特征。

天线组件排布如图1中标识3所示，基本辐射体采用微带偶极子天线，天线阵面采用24个基本辐射体构成一个合成天线，采取6×4(方位×俯仰)分布形式排列。如表1所示，天线可在空间形成10°×20°(方位×俯仰)的半功率波束覆盖。

表1 S频段固态雷达发射阵面波束宽度

频率	方位半功率波束宽度	俯仰半功率波束宽度
			f<sub>L</sub>	10.5°	22°
f<sub>I</sub>	10.2°	21.5°
			f<sub>H</sub>	10°	20°

5)散热系统设计

根据功放组件中放大器的热参数和散热功耗，功放组件热量较大，热流密度比较高，综合考虑，采用强迫风冷散热方式。

在整机强迫风冷散热时，可以分为有风管和无风管两种形式，风机可装在设备的后面和左右两侧，风机的大小可根据每个分机的发热量来确定。为防止灰尘吸入，可在进风口处装滤尘装置，防尘装置的风阻需考虑。为便于气流流通，高频箱各中层隔板需开孔、开槽。为防止气流短路，进出风口尽量不开在同一侧面上，且距离尽量远。

散热系统由风机电源41、风机42与散热器共同构成，风机42安装在高频箱的侧壁上，此处采用抽风方式，风机电源41用于给风机42供电，散热器与功放组件装配在一起，并在接触面涂抹厚度均匀的导热硅脂，用于及时导出功放组件热量。

6)上述设计的优点

在结构布局方面，采用模块化设计，各模块可独立安装与拆卸，具有体积小、便携性、重量轻和集成度高的优点，且方便拆卸维修及可靠性高等优势；

在电路设计方面，采用GaAs功放与GaN功放结合使用的方式，具有良好的线性度与工作效率；

在控制保护方面，配有功能齐全的控馈保护电路，并采用实时性较强的CAN总线的通讯方式，避免功率放大器出现工作异常而遭受损坏，适应恶劣工作环境，使用寿命长；

在天线阵面方面，按照一定的天线布阵，可实现高辐射功率(200KW)，较宽波束宽度(方位×俯仰：10°×20°)的功率覆盖。

以上对本发明的较佳实施进行了具体说明，当然，本发明还可以采用与上述实施方式不同的形式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下所作的等同的变换或相应的改动，都应该属于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，包括高频箱，所述高频箱内置有功放系统、控保系统、天线阵面、散热系统；

所述散热系统用于导出所述功放系统发出的热量。

2.根据权利要求1所述的一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，所述功放系统包括信号相连的前级功放组件、功率分配网络、末级功放组件，所述前级功放组件通过所述功率分配网络将S频段射频信号输送至所述末级功放组件，所述末级功放组件将S频段射频信号输送至所述天线阵面。

3.根据权利要求2所述的一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，所述前级功放组件包括依次信号相连的衰减器、功率放大器P1、隔离器。

4.根据权利要求2所述的一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，所述末级功放组件包括依次信号相连的四路功率分配器、衰减器、推动级放大器P1、隔离器、末级放大器P2。

5.根据权利要求2所述的一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，所述散热系统包括风机电源、风机与散热器，所述风机安装在所述高频箱上，所述风机电源用于所述风机供电，所述散热器与前级功放组件、末级功放组件相连，用于导出所述功放组件的热量。

6.根据权利要求1所述的一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，所述控保系统包括信号相连的显控终端、监测汇总、功放组件、控保系统电源，所述功放组件中内置有功放组件控保电路板，所述控保系统电源中内置有电源模块控保电路板。

7.根据权利要求6所述的一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，所述控保系统电源包括功放电源模块和风机电源模块。

8.根据权利要求6所述的一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，所述功放组件控保电路板包括DC/DC转换电路、电压监测和保护电路、电流监测和保护电路、时序保护电路、过温度监测和保护电路，功率检测电路、监测通信电路、复位电路。

9.根据权利要求6所述的一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，所述功放组件、控保系统电源分别与所述监测汇总通过CAN总线信号连接。

10.根据权利要求1所述的一种新型S频段固态发射阵面，其特征在于，所述天线阵面由天线阵子按照方位×俯仰为6×4的分布排列。