CN204721336U - 一种分时双输出发射系统 - Google Patents

Abstract

一种分时双输出发射系统，包括依序连接的驱动级放大单元、功率分配器、末级放大单元、功率合成器、第一天线、第二天线，驱动级放大单元与功率分配器之间设置有高速开关网络，高速开关网络包括以GaAs为核心的信号开关，且高速开关网络为三端口的开关网络，包括输入端口1、2、3，通过控制信号电平的高低进行高速开关网络的输入端口1和输出端口2或者输出端口3的连通，高速开关网络的输出端口2与输入端口1相连通时，发射信号到第二天线，当高速开关网络的输出端口3与输入端口1相连通时，发射信号到第一天线。本实用新型的优点在于：开关速度快，并可以有效地控制开关的切换时间，对比高功率切换开关设计插入损耗更小，提高整机的效率。

Description

一种分时双输出发射系统

技术领域

本实用新型涉及雷达、通讯、电子对抗系统中发射技术领域，具体涉及一种双输出分时工作时，可以高速高效率的进行切换的发射系统。

背景技术

发射机是将一定工作频率和带宽的微弱射频小信号进行放大的一种装置，其放大的大功率射频信号通过天线装置发射出去，以实现对目标物的探测、测距、对抗、干扰等。发射机装置主要包括驱动级放大单元，功率分配器，末级放大单元，功率合成器，环行器(或隔离器)等器件，其原理为送进来的微弱射频小信号经过驱动级放大单元放大到一定的功率，经过功率分配器分成N等份，送入N个末级放大器进行功率放大，然后经功率合成器将N个末级放大器输出的功率进行合成后经过隔离器或环行器通过天线装置发射出去。

在某些场合的应用下，一套发射机需要通过两套天线系统分时发射出去以实现特定的功能。为解决一套发射机能分时向两套天线系统传送发射信号，传统的做法为在发射机与双天线之间加入一个三端口的高功率微波开关，通过控制微波开关的端口导通实现发射机与某一套天线的信号连接。

在这种情况下，发射机功率合成后，大功率信号经过高功率微波开关切换，达到双天线分时工作的目的。系统的有效输出功率需计入功率合成网络、高功率开关的损耗，其计算公式为：

Eff＝(P_{放大单元输出功率}-P_{网络损耗功率}-P_{功率开关损耗功率})/P_总功耗

当系统的输出功率越大，工作频率越高，高功率微波开关的损耗越大，当输出功率达千瓦量级时，高功率微波开关切换时间常为毫秒量级，在某些应用场合下满足不了双天线分时工作的时间间隔要求。

高功率开关切换设计损耗大、切换时间长、功率容量受开关参数限制，制约了双输出发射机实现发射信号在特定时间向特定天线输出工作方式更广泛的应用，因此，需要设计一种高效率高速切换的双输出发射系统。

实用新型内容

本实用新型的所要解决的技术问题在于提供一种开关速度快、切换时间可以有效控制、损耗更小的高效率高速切换的分时双输出发射系统。

本实用新型采用以下技术方案解决上述技术问题的：一种分时双输出发射系统包括依序连接的驱动级放大单元、功率分配器、末级放大单元、功率合成器、第一天线、第二天线，改进点在于，所述驱动级放大单元与功率分配器之间设置有高速开关网络，所述高速开关网络包括以GaAs为核心的信号开关，且高速开关网络为三端口的开关网络，包括输入端口1、输出端口2、输出端口3.

通过控制信号电平的高低进行高速开关网络的输入端口1和输出端口2或者输出端口3的连通，高速开关网络的输出端口2与输入端口1相连通时，发射信号到第二天线，当高速开关网络的输出端口3与输入端口1相连通时，发射信号到第一天线。

作为进一步优化的技术方案，所述功率分配器为固定相差分配器，所述功率合成器为固定相差合成器。

作为进一步优化的技术方案，所述末级放大单元包括两路，两路末级放大单元与固定相差分配器和固定相差合成器的相连链路在一定误差范围内具有相同的相位插损。

具体的，所述的驱动级放大单元输出端与高速开关网络的输入端口1相连，高速开关网络的输出端口2与固定相差分配器的输入端口1相连，高速开关网络的输出端口3与固定相差分配器的输入端口2相连，所述的固定相差分配器的输出端口3与第一路末级放大单元相连，固定相差分配器的输出端口4与第二路末级放大单元相连，第一路末级放大单元和第二路末级放大单元分别与固定相差合成器的输入端口5和输入端口6相连，所述的固定相差合成器的输出端口7与第一天线相连，固定相差合成器的输出端口8与第二天线相连。

本实用新型的优点在于：

1.使用中小信号化合物半导体开关的速度可以达到ns量级，开关速度快，并可以有效地控制开关的切换时间。

2.基于中小信号化合物半导体开关加具有固定相差的分配器和合成器的作用，实现发射机指定端口的输出，对比高功率切换开关设计插入损耗更小，提高整机的效率。

3.使用中小信号化合物半导体开关，电路简单，实现成本低，可靠性高，寿命长，易于维护和修复。

附图说明

图1为本实用新型分时双输出发射系统的原理框图；

图2为高速开关网络原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。

如图1，2所示，本实用新型一种分时双输出发射系统包括：驱动级放大单元PA1、高速开关网络k1、固定相差分配器F1、末级放大单元PA2、PA3、固定相差合成器F2、天线T1、T2。

驱动级放大单元PA1输出端与高速开关网络K1的输入端口1相连，固定相差分配器K1的输出端口2与固定相差分配器F1的输入端口1相连，固定相差分配器K1的输出端口3与固定相差分配器F1的2输入端口相连。

固定相差分配器F1将送进来的信号进行功率分配，其输出端口3与末级放大单元PA2相连，F1的输出端4与末级放大单元PA3相连。

末级放大单元PA2、PA3放大固定相差分配器F1分配的微波信号，末级放大单元PA2、PA3输出端分别与固定相差合成器F2的输入端口5和输入端口6相连。

固定相差合成器F2将末级放大单元PA2、PA3的输出功率进行合成，固定相差合成器F2输出端口7与发射天线T1相连，固定相差合成器F2的输出端口8与发射天线T2相连。

固定相差分配器F1和固定相差合成器F2，其特征是，固定相差分配器F1和固定相差合成器F2具有固定的相位差，且二者的相位差相同。固定相差分配器和固定相差合成器的相位差之和满足180゜±15゜。固定相差分配器F1等幅度分配输入端口的信号。

高速开关网络K1包括以GaAs(砷化镓)为核心的信号开关，通过控制信号电平的高低进行输入端口1和输出端口2或者输出端口3的连通，即该高速开关网络K1为基于中小信号化合物半导体的开关网络。

高速开关网络K1的实现：当高速开关网络的输入端口1与输出端口2导通时，K1的输出端口3呈现出与系统匹配的负载特性(与系统匹配的负载特性是指，在50Ω射频系统中，端口负载特性为50Ω，以下类同)，当K1的输入端口1与输出端口3导通时，K1的输出端口2呈现出与系统匹配的负载特性。

本实用新型分时双输出发射系统的工作过程如下：

发射机的输入激励信号FR通过驱动级放大单元PA1放大，送入高速开关网络K1，该高速开关网络K1的切换时间是纳秒级别。当输入激励信号FR进入本设计的发射系统后经过高速开关网络K1，根据系统需要实现不同的输入端送入激励。

高速开关网络K1通过TTL高低电平控制输入端口1与输出端口2和3的连接关系，当输入端口1与输出端口2导通时，输出端口3将与匹配负载相连，当输入端口1与输出端口3导通时，输出端口2将与匹配负载相连。

固定相差分配器F1的两输出端口3、4具有固定的相位差，当固定相差分配器F1的输入端口1输入射频信号时，归一化的单位振幅等于1的波，因为固定相差分配器F1是二等分的，因此可以得到固定相差分配器F1的其他各端口的出射波的振幅为：

P₂＝0

P₃＝1/2(T_e+T_o)

P₄＝1/2(T_e–T_o)

其中，为偶模的传输系数；

为奇模的传输系数；

固定相差分配器F1两输出端口3、4的出射波通过末级放大模块PA2、PA3的放大传输到固定相差合成器F2的输入端口5、6，末级放大模块PA2、PA3的放大倍数为A，则输入端口5、6的振幅P₅、P₆为：

P₅＝A/2(T_e+T_o)

P₆＝A/2(T_e–T_o)

当输入端口5单独入射射频信号时，则在固定相差合成器F2的其他各端口6、7、8的出射波的振幅P₆、P₇’、P₈’为：

P₆＝0

P₇’＝P₅×(1/2(Te+To))＝A/2(Te+To)×(1/2(Te+To))

P₈’＝P₅×(1/2(Te-To))＝A/2(T_e+T_o)×(1/2(Te-To))

当输入端口6单独入射射频信号时，则在固定相差合成器F2的其他各端口5、7、8的出射波的振幅P₅、P₇”、P₈”为：

P₅＝0

P₇”＝T₆×(1/2(Te-To))＝A/2(Te-To)×(1/2(Te-To))

P₈”＝T₆×(1/2(Te+To))＝A/2(T_e－T_o)×(1/2(Te+To))

因此，输入端口5、6同时入射射频信号时，则固定相差合成器F2的输出端口7、输入端口8的出射波的振幅P₇、P₈为：

P₇＝P₇’+P₇”＝0

P₈＝P₈’+P₈”＝A

高速开关网络K1的输出端口2与输入端口1相连通时，将在固定相差合成器F2的输出端口8发射信号到天线T2。

同理可以推出当高速开关网络K1的输出端口3与输入端口1相连通时，将在固定相差合成器F2的输出端口7发射信号到天线T1。

以上所述仅为本实用新型创造的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种分时双输出发射系统，包括依序连接的驱动级放大单元、功率分配器、末级放大单元、功率合成器、第一天线、第二天线，其特征在于：所述驱动级放大单元与功率分配器之间设置有高速开关网络，所述高速开关网络包括以GaAs为核心的信号开关，且高速开关网络为三端口的开关网络，包括输入端口1、输出端口2、输出端口3。

2.根据权利要求1所述的分时双输出发射系统，其特征在于：所述功率分配器为固定相差分配器，所述功率合成器为固定相差合成器。

3.根据权利要求2所述的分时双输出发射系统，其特征在于：所述末级放大单元包括两路。

4.根据权利要求3所述的分时双输出发射系统，其特征在于：所述的驱动级放大单元输出端与高速开关网络的输入端口1相连，高速开关网络的输出端口2与固定相差分配器的输入端口1相连，高速开关网络的输出端口3与固定相差分配器的输入端口2相连，所述的固定相差分配器的输出端口3与第一路末级放大单元相连，固定相差分配器的输出端口4与第二路末级放大单元相连，第一路末级放大单元和第二路末级放大单元分别与固定相差合成器的输入端口5和输入端口6相连，所述的固定相差合成器的输出端口7与第一天线相连，固定相差合成器的输出端口8与第二天线相连。