CN118018045A - 一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法及系统，属于发射机技术领域。方法包括：存储多个预制脉冲数据，每个预制脉冲数据对应发射机不同的温度和工作频率；进行发射波形修正时数字处理板根据发射机当前工作频率和温度，读取对应的预制脉冲数据；根据预制脉冲数据生成第一框架调制信号和第二框架调制信号，并输出到DC/DC开关电源和漏极调制电路；DC/DC开关电源生成渐变电压，然后将渐变电压输出到漏极调制电路；漏极调制电路生成漏极渐变调制电压，并输出到发射机；根据漏极渐变调制电压，发射机设置发射起始时和发射截止时的工作电压用于补偿发射机的功能指标。解决发射机在5.8ms工作模式下的功能指标恶化问题，有效减少调试量。
Description
技术领域
本发明涉及发射机技术领域，尤其涉及一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法及系统。
背景技术
目前机载综合航电设备技术领域的发射机属于多模式发射机，其功能和信号格式一般包括航空管制、ADS-B、DME、TACAN，数据链等，其中数据链模式的射频信号脉冲包络是具有脉冲瞬时占空比高（50%），持续时间长（5.8ms）的特点。当前的多模式发射机一般采用DC/DC开关电源的输出（一般为50V）给末级功放管的漏极进行时域调制技术实现。采用GaN功放管实现功率放大功能，一般端口功率指标在1000W~2000W量级。当前技术层面实现千瓦量级、50%瞬时占空比，5.8ms持续时间的射频脉冲一般通过恒定漏极电压、大容量储能电容（一般为1000uF/1000W脉冲功率器件）实现。这样做的缺点是5.8ms持续时间的射频脉冲在越靠后的射频脉冲的功率和脉冲波形相比靠前的射频脉冲有几个指标会恶化，比如：顶部功率：一般下降1.5dB、顶降：一般下降1.5dB、序列不平度：一般下降2dB等，主要原因是恒定漏压情况下的局部散热不良、导致功率管效率降低。在该技术架构下很难提高顶部功率、顶降、序列不平度等指标，原因是无法彻底解决瞬时热量聚集带来的效率恶化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法及系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明第一方面提供：一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，包括以下步骤：在存储器中存储多个预制脉冲数据，每个预制脉冲数据对应发射机不同的温度和工作频率；进行发射波形修正时包括以下步骤：
S1：数字处理板根据发射机当前工作频率和温度，读取存储器中对应的预制脉冲数据；
S2：数字处理板根据预制脉冲数据生成第一框架调制信号和第二框架调制信号，并将第一框架调制信号输出到DC/DC开关电源，第二框架调制信号输出到漏极调制电路；
S3：DC/DC开关电源根据第一框架调制信号进行升压调制后生成渐变电压，然后将渐变电压输出到漏极调制电路；
S4：漏极调制电路根据渐变电压和第二框架调制信号生成漏极渐变调制电压，并将漏极渐变调制电压输出到发射机；
S5：根据漏极渐变调制电压，发射机将发射起始时的工作电压设置为第一预设电压，发射截止时的工作电压设置为第二预设电压，所述第二预设电压的值大于第一预设电压的值用于补偿发射机的功能指标。
优选的，所述第一框架调制信号的升斜率为第一预设值，所述第二框架调制信号的幅度为第二预设值。
优选的，所述的DC/DC开关电源包括PWM控制器，所述PWM控制器根据升压调制后的斜率生成渐变电压。
优选的，所述的发射机包括末级功率放大器，所述的漏极调制电路将漏极渐变调制电压输出到末级功率放大器，根据漏极渐变调制电压，发射机将发射起始时末级功率放大器的工作电压设置为第一预设电压，发射截止时末级功率放大器的工作电压设置为第二预设电压。
优选的，所述的功能指标包括发射功率、脉冲顶降和序列不平度。
优选的，所述的存储器为FLASH存储器。
本发明第二方面提供：一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正系统，用于实现上述任一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，包括：
数字处理板、DC/DC开关电源、漏极调制电路和射频放大链路；所述数字处理板连接DC/DC开关电源和漏极调制电路，并将第一框架调制信号输出到DC/DC开关电源，第二框架调制信号输出到漏极调制电路；所述DC/DC开关电源连接漏极调制电路，用于输出渐变电压到漏极调制电路；所述漏极调制电路连接射频放大链路，用于输出漏极渐变调制电压到射频放大链路；所述射频放大链路根据漏极渐变调制电压，设置发射起始时和发射截止时的工作电压补偿发射机的功能指标。
优选的，所述的数字处理板包括FLASH存储器、嵌入式处理器、第一隔离驱动和第二隔离驱动；所述FLASH存储器连接嵌入式处理器，所述嵌入式处理器连接第一隔离驱动和第二隔离驱动；所述第一隔离驱动连接DC/DC开关电源；所述第二隔离驱动连接漏极调制电路。
优选的，所述的DC/DC开关电源包括PWM控制器；所述漏极调制电路包括MOSFET场效应晶体管。
优选的，所述的射频放大链路包括驱动放大器、功分器、第一末级功率放大器、第二末级功率放大器、功合器、环形器和滤波器；所述驱动放大器连接功分器；所述功分器连接第一末级功率放大器和第二末级功率放大器；所述第一末级功率放大器连接漏极调制电路、第二末级功率放大器和功合器；所述第二末级功率放大电路连接功合器；所述功合器连接环形器；所述环形器连接滤波器。
本发明的有益效果是：
1）通过很小的成本解决千瓦级脉冲功率合成的航空电子频段发射机在5.8ms工作模式下的顶部功率、顶降、序列不平度指标恶化问题，有效减少调试量，大大节约人力成本，基本实现“写数调试”。
附图说明
图1为基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法流程图；
图2为基于预制脉冲反馈的发射波形修正系统框图；
图3为信号时序图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。
参阅图1-图3，本发明第一方面提供：一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，包括以下步骤：在存储器中存储多个预制脉冲数据，每个预制脉冲数据对应发射机不同的温度和工作频率；进行发射波形修正时包括以下步骤：
S1：数字处理板根据发射机当前工作频率和温度，读取存储器中对应的预制脉冲数据；
S2：数字处理板根据预制脉冲数据生成第一框架调制信号和第二框架调制信号，并将第一框架调制信号输出到DC/DC开关电源，第二框架调制信号输出到漏极调制电路；
S3：DC/DC开关电源根据第一框架调制信号进行升压调制后生成渐变电压，然后将渐变电压输出到漏极调制电路；
S4：漏极调制电路根据渐变电压和第二框架调制信号生成漏极渐变调制电压，并将漏极渐变调制电压输出到发射机；
S5：根据漏极渐变调制电压，发射机将发射起始时的工作电压设置为第一预设电压，发射截止时的工作电压设置为第二预设电压，所述第二预设电压的值大于第一预设电压的值用于补偿发射机的功能指标。
在一些实施例中，所述第一框架调制信号的升斜率为第一预设值，所述第二框架调制信号的幅度为第二预设值。
在一些实施例中，所述的DC/DC开关电源包括PWM控制器，所述PWM控制器根据升压调制后的斜率生成渐变电压。
在一些实施例中，所述的发射机包括末级功率放大器，所述的漏极调制电路将漏极渐变调制电压输出到末级功率放大器，根据漏极渐变调制电压，发射机将发射起始时末级功率放大器的工作电压设置为第一预设电压，发射截止时末级功率放大器的工作电压设置为第二预设电压。
在一些实施例中，所述的功能指标包括发射功率、脉冲顶降和序列不平度。
在一些实施例中，所述的存储器为FLASH存储器。
本实施例中，通过数字处理板输出同步（可预制提前量）“第一框架调制信号”和“第二框架调制信号”，其中“第一框架调制信号”将DC/DC开关电源的PWM控制器进行升压调制，在5.8ms时间内将电压从46V逐渐升到55V，随后通过漏极调制电路供给末级功率放大器，使得在5.8ms的功率放大器工作时间内，其漏极的电压从46V逐渐升到55V，从而将瞬时热量无法完全散出带来的效率降低导致的顶部功率、顶降、序列不平度指标恶化，通过提高漏极电压的方法得以提升。下面给出一个具体实施例：当发射机工作频率在1030MHz，数字处理板根据当前工作频率及温度读取FLASH的内容为“Ox05”，经算法计算，脉冲信号为升斜率为0.15V/ms的脉冲信号；此时“第一框架调制信号”为升斜率为0.15V/ms的脉冲信号，起始电压为4.6V，截止时为5.5V，持续时间为6ms；此时DC/DC开关电源将输出电压为升斜率的电压，起始电压为46V，截止时为55V，持续时间为6ms；“第二框架调制信号”相对于 “第一框架调制信号”的延迟时间为0.2ms，输出的漏级调制电压起始为46.3V，截止时为55V；漏极调制电压给末级功率放大器供电，此时输出射频信号的顶部功率、顶降、序列不平度等指标如下：顶部功率：仅下降0.5dB、顶降：仅下降0.5dB、序列不平度：仅下降0.8dB。
相比在5.8ms内恒定46V电压来说，比较T0=5.8ms时刻，常规电路方案的功放管漏极电压为46V，且此时已经有5.8ms的持续工作带来的效率降低，导致顶部功率、顶降、序列不平度指标恶化。本发明在T0=5.8ms时刻，即使此时依然已经有5.8ms的持续工作带来的效率降低，但是功放管漏极电压已经逐渐提升为55V，可以将顶部功率、顶降、序列不平度指标持续提升到满足功能指标的范围。其结果就是通过5.8ms时间内将电压从46V逐渐升到55V的方法，使得在放大链路的输出端的顶部功率、顶降、序列不平度指标持续提升到满足功能指标的范围。通过数字接口板的简单数字预制功能，然后通过DC/DC开关电源的PWM控制器控制升压，解决功放在长时间（5.8ms内）的效率降低带来的指标恶化，从而保证顶部功率、顶降、序列不平度指标持续提升到满足功能指标的范围；在不同温度段内，DC/DC开关电源的PWM控制器升压的时间不一致导致的温度漂移，可以通过在不同温度段内预先写数据实现补偿。
本发明第二方面提供：一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正系统，用于实现上述任一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，包括：
数字处理板、DC/DC开关电源、漏极调制电路和射频放大链路；所述数字处理板连接DC/DC开关电源和漏极调制电路，并将第一框架调制信号输出到DC/DC开关电源，第二框架调制信号输出到漏极调制电路；所述DC/DC开关电源连接漏极调制电路，用于输出渐变电压到漏极调制电路；所述漏极调制电路连接射频放大链路，用于输出漏极渐变调制电压到射频放大链路；所述射频放大链路根据漏极渐变调制电压，设置发射起始时和发射截止时的工作电压补偿发射机的功能指标。
在一些实施例中，所述的数字处理板包括FLASH存储器、嵌入式处理器、第一隔离驱动和第二隔离驱动；所述FLASH存储器连接嵌入式处理器，所述嵌入式处理器连接第一隔离驱动和第二隔离驱动；所述第一隔离驱动连接DC/DC开关电源；所述第二隔离驱动连接漏极调制电路。
在一些实施例中，所述的DC/DC开关电源包括PWM控制器；所述漏极调制电路包括MOSFET场效应晶体管。
在一些实施例中，所述的射频放大链路包括驱动放大器、功分器、第一末级功率放大器、第二末级功率放大器、功合器、环形器和滤波器；所述驱动放大器连接功分器；所述功分器连接第一末级功率放大器和第二末级功率放大器；所述第一末级功率放大器连接漏极调制电路、第二末级功率放大器和功合器；所述第二末级功率放大电路连接功合器；所述功合器连接环形器；所述环形器连接滤波器。
在本实施例中，系统包括四个部分：第一部分为DC/DC开关电源；第二部分为漏极调制电路；第三部分为数字处理板，第四部分为射频放大链路。主要功能简述如下：DC/DC开关电源：静态工作时，DC/DC开关电源维持恒定电压46V输出。发射状态下，数字处理板发送“第一框架调制信号”，同时将预设电压值通过运放送至开关电源调压端口TRIM脚，开关电源根据TRIM脚电压值进行脉冲宽度调制（PWM），将输出电压从46V在框架调制信号的时间内渐变到55V。
漏极调制电路：采用MOSFET管作为开关50V电压的调制器，通过外部“第二框架调制信号”进行时域调制。
数字处理板：包含嵌入式处理器，一般为FPGA，以及FLASH、隔离驱动等硬件；能够产生时间同步的框架调制信号，且送给框架调制信号的时间提前量根据不同应用可以调整提前量；同时FLASH内还可以存储在不同温度条件下的框架调制信号的相关关系，比如提前量等。
射频放大链路：首先小信号、激励信号通过驱动放大器放大到50瓦量级，随后通过功分器分为两路，两路均由末级功率放大器放大（同时被漏极调制电路控制时序），最后由功率合成器合成一路，然后通过环形器和滤波器，最后输出到天线；接收时天线下行的信号通过滤波器和环形器，转到输出接收电路支路。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，其特征在于：包括以下步骤：在存储器中存储多个预制脉冲数据，每个预制脉冲数据对应发射机不同的温度和工作频率；进行发射波形修正时包括以下步骤：
S1：数字处理板根据发射机当前工作频率和温度，读取存储器中对应的预制脉冲数据；
S2：数字处理板根据预制脉冲数据生成第一框架调制信号和第二框架调制信号，并将第一框架调制信号输出到DC/DC开关电源，第二框架调制信号输出到漏极调制电路；
S3：DC/DC开关电源根据第一框架调制信号进行升压调制后生成渐变电压，然后将渐变电压输出到漏极调制电路；
S4：漏极调制电路根据渐变电压和第二框架调制信号生成漏极渐变调制电压，并将漏极渐变调制电压输出到发射机；
S5：根据漏极渐变调制电压，发射机将发射起始时的工作电压设置为第一预设电压，发射截止时的工作电压设置为第二预设电压，所述第二预设电压的值大于第一预设电压的值用于补偿发射机的功能指标。
2.根据权利要求1所述的基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，其特征在于：所述第一框架调制信号的升斜率为第一预设值，所述第二框架调制信号的幅度为第二预设值。
3.根据权利要求2所述的基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，其特征在于：所述的DC/DC开关电源包括PWM控制器，所述PWM控制器根据升压调制后的斜率生成渐变电压。
4.根据权利要求1所述的基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，其特征在于：所述的发射机包括末级功率放大器，所述的漏极调制电路将漏极渐变调制电压输出到末级功率放大器，根据漏极渐变调制电压，发射机将发射起始时末级功率放大器的工作电压设置为第一预设电压，发射截止时末级功率放大器的工作电压设置为第二预设电压。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，其特征在于：所述的功能指标包括发射功率、脉冲顶降和序列不平度。
6.根据权利要求1-4任一项所述的基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，其特征在于：所述的存储器为FLASH存储器。
7.一种基于预制脉冲反馈的发射波形修正系统，其特征在于：用于实现如权利要求1-6任一项所述的基于预制脉冲反馈的发射波形修正方法，包括：
数字处理板、DC/DC开关电源、漏极调制电路和射频放大链路；所述数字处理板连接DC/DC开关电源和漏极调制电路，并将第一框架调制信号输出到DC/DC开关电源，第二框架调制信号输出到漏极调制电路；所述DC/DC开关电源连接漏极调制电路，用于输出渐变电压到漏极调制电路；所述漏极调制电路连接射频放大链路，用于输出漏极渐变调制电压到射频放大链路；所述射频放大链路根据漏极渐变调制电压，设置发射起始时和发射截止时的工作电压补偿发射机的功能指标。
8.根据权利要求7所述的基于预制脉冲反馈的发射波形修正系统，其特征在于：所述的数字处理板包括FLASH存储器、嵌入式处理器、第一隔离驱动和第二隔离驱动；所述FLASH存储器连接嵌入式处理器，所述嵌入式处理器连接第一隔离驱动和第二隔离驱动；所述第一隔离驱动连接DC/DC开关电源；所述第二隔离驱动连接漏极调制电路。
9.根据权利要求7所述的基于预制脉冲反馈的发射波形修正系统，其特征在于：所述的DC/DC开关电源包括PWM控制器；所述漏极调制电路包括MOSFET场效应晶体管。
10.根据权利要求7所述的基于预制脉冲反馈的发射波形修正系统，其特征在于：所述的射频放大链路包括驱动放大器、功分器、第一末级功率放大器、第二末级功率放大器、功合器、环形器和滤波器；所述驱动放大器连接功分器；所述功分器连接第一末级功率放大器和第二末级功率放大器；所述第一末级功率放大器连接漏极调制电路、第二末级功率放大器和功合器；所述第二末级功率放大电路连接功合器；所述功合器连接环形器；所述环形器连接滤波器。
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|---|---|
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