CN205195668U - 一种s波段测波雷达功率放大器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种S波段测波雷达功率放大器装置，包括依次相连的一个Π型电阻匹配网络、一个前置放大器、一个小信号开关、一个限幅器、一个功率放大器、一个定向耦合器和一个功率检测器，小信号开关和功率放大器受发射脉冲TP的控制，当TP为高电平时，小信号开关导通，且功率放大器处于放大状态，能正常工作，当TP为低电平时，小信号开关截止，激励信号不能送到功率放大器，且功率放大器处于截至状态，不能放大，雷达处于接收状态；定向耦合器分二路输出，耦合器的输出端直接输出给发射天线，耦合器的耦合端与功率检测器相连，功率检测器的输出端给外部AD转换电路，供实时检测发射功率用。解决了线性功率放大、大功率高速开关的问题。

Description

一种S波段测波雷达功率放大器装置

技术领域

本实用新型涉及微波多普勒雷达技术领域，尤其涉及一种S波段测波雷达功率放大器装置。

背景技术

微波多普勒测波雷达是一种基于多普勒原理，通过连续测量各方向水质点的轨道速度和回波强度，利用线性海浪理论获取海浪谱及海浪参数的新型雷达。雷达的测量精度高、天线体积小、环境干扰少，易于实现海浪的全天候实时测量。同时，微波多普勒测波雷达具有较高的分辨率，能准确反映海面的细节信息，对海洋环境观测、海洋调查及海洋科学研究有着重要价值，具有广泛的应用前景。

因此，许多国家都在积极发展着微波多普勒雷达海浪测量技术，并将其作为海洋观测体系中的重要组成部分。然而，用于海洋环境监测S波段测波雷达的功率放大器，是该类型雷达硬件设计过程中的重要技术环节。一般情况下，根据输入信号和输出信号的不同来分类，功率放大器可分为A类、B类、AB类、C类、D类以及E类等等。给功放管加以不同的偏置条件，可使功率放大器工作于不同的状态，再通过改变输出、输入匹配网络的设计，便可以使放大器的功率、效率等指标满足系统的需要。其中，A类放大器是最基本的一类线性放大器，其线性度较好，瞬态失真和交替失真较小，且电路简单，调试方便，一般应用于宽带功放，其缺点主要是效率较低，晶体管功耗大；B类放大器一般采用双管互补推挽来工作，工作效率相比于A类放大器而言有了明显的提高，一般应用于宽带功放，然而缺点主要是交越失真比较大；对于A类和B类功率放大器而言，当功放管临近截止工作状态的时候都会进入非线性工作区，而此时B类功放就会出现交越失真，严重影响电路性能，因此为了减少B类功放的交越失真程度，一般会适当调整静态工作点，增加静态工作电流，此时功放便过渡到了AB类的状态，该类放大器的优点是它同时具备了A类功放和B类功放的优点，且克服了A类工作模式下的低效率和B类工作模式下的大失真度的缺点，但其仍然存在效率不高的问题，有着无法突破的瓶颈；C类功放在一个周期内的导通时间更短，其漏极电流为周期性脉冲，属于非线性功率放大器范畴，对于该类功放而言，导通角依次减小，理想最高效率却依次提高，为了得到高效率要以减少导通角为代价，带来的直接结果就是射频功放增益的降低，因此如何处理这类问题是需要研究的难点；D类功放属于开关类功率放大器，采用双管推挽的形式，效率高，体积小，失真度很低，且便于调试，但存在的问题主要是在较高的频段，寄生参数的影响比较大，使得电压和电流的波形产生失真，从而产生了管耗，降低了效率；E类功放也是属于开关类，但采取的是单管工作方式，避免开关延迟产生电压电流重叠产生功耗，其设计重点在于该功放的特定的负载网络的设计，这个特定的负载网络需要使功率晶体管漏极电压和漏极电流交错开来，尽可能的降低损耗，该类功放虽然具有很高的理论效率，但是仍然受到电路寄生参数以及晶体管本身的漏极输出电容的非理想因素影响。因此，如何提高功放的效率指标成为雷达工程应用中的一个非常重要的课题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种S波段测波雷达功率放大器装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种S波段测波雷达功率放大器装置，包括一个Π型电阻匹配网络、一个前置放大器、一个小信号开关、一个限幅器、一个功率放大器、一个定向耦合器和一个功率检测器；

所述Π型电阻匹配网络、前置放大器、小信号开关、限幅器、功率放大器和定向耦合器依次相连；所述定向耦合器分二路输出，其中所述耦合器的输出端直接输出给测波雷达的发射天线，所述耦合器的耦合端与功率检测器的输入端相连，所述功率检测器的输出端与外部AD转换电路连接，供实时检测发射功率用。

其中，所述小信号开关和功率放大器受发射脉冲TP的控制，当发射脉冲TP为高电平时，所述小信号开关导通，且所述功率放大器处于放大状态，能正常工作；当发射脉冲TP为低电平时，所述小信号开关截止，激励信号不能送到所述功率放大器，且所述功率放大器处于截至状态，不能放大，测波雷达处于接收状态。

其中，所述前置放大器采用GALI-74+，增益≥24dB，噪声系数≤3，输出3阶截点≥35dB。

其中，所述小信号开关采用HMC849LP4CE，插损≤1dB，隔离度≥55dB，开关时间≤80ns，输入三阶截点≥52dBm，开关控制电平为TTL。

其中，所述限幅器采用RLM-33+，其工作频率范围30-3000MHz，插损≤1dB，线性范围的最大输入功率≤5dBm，限幅范围2-30dBm，此时输出功率≤12dBm，恢复时间≤10ns。

其中，所述功率放大器采用L0204-37，其工作频率为2000-4000MHz，饱和输出功率为37dBm，1dB压缩点为35.5dBm，增益为35dB，工作电压15V，开关控制脉冲电平为TTL，开关时间≤50ns。

其中，所述定向耦合器采用OH-T-2000-8000-30，其工作频率为2000-8000MHz，插损≤0.5dB，承受功率≤50W，耦合度为30dB，耦合精度≤±1dB，方向性≥20dB。

其中，所述功率检测器采用ZX47-40+，其工作频率为10-8000MHz，最大输入功率≤27dBm，在频率1000-8000MHz内，输入动态范围为-40～15dBm，对应的输出电压为-0.5～2.1V。

其中，所述功率放大器装置的输入信号为S波段测波雷达频率合成器所产生的射频信号RF，射频信号RF为线性调频中断连续波信号FMICW，频率为2.75-2.95GHz，功率为0dBm；

当发射脉冲TP为高电平时，所述功率放大器装置将对该输入信号放大、滤波，调整所述Π型电阻匹配网络使所述功率放大器装置输出功率为37dBm线性调频中断连续波信号给发射天线，此时所述功率检测器的输出端输出该时刻输出功率对应的电压值；

当发射脉冲TP为低电平时，所述功率放大器装置将通过所述小信号开关关断、功率放大器截止使得给发射天线的信号功率极小，从而减小测波雷达接收回波信号的影响，实现收发共站，此时所述功率检测器的输出端将输出噪声所对应的电压值。

其中，所述测波雷达的接收机采用的是+5V和+28V供电。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

1、本实用新型适用于2750MHz到2950MHz频率范围内的射频信号功率放大；

2、本实用新型通过Π型电阻匹配网络调整总增益，对功率放大器装置中的元器件的不一致性要求不高，容易调试；

3、本实用新型采用TP脉冲控制小信号开关和功率放大器，相当于2级收发开关，抑制效果好；

4、本实用新型在功率放大器前增加一个限幅器，防止功率放大器输入过大而引起功率放大器损坏，从而保护功率放大器，可靠性高；

5、本实用新型通过定向耦合器和功率检测器，能够实时监测发射信号的功率，随时掌握系统工作状态；

6、本实用新型接收机采用的是+5V和+28V供电，电源种类少。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种S波段测波雷达功率放大器装置的结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步说明。

如附图1所示，本实用新型所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，包括一个Π型电阻匹配网络、一个前置放大器、一个小信号开关、一个限幅器、一个功率放大器、一个定向耦合器和一个功率检测器。

本实例中的所述Π型电阻匹配网络、前置放大器、小信号开关、限幅器、功率放大器和定向耦合器依次相连。所述定向耦合器分二路输出，其中所述耦合器的输出端直接输出给测波雷达的发射天线，所述耦合器的耦合端与功率检测器的输入端相连，所述功率检测器的输出端与外部AD转换电路连接，供实时检测发射功率用。

如图1所示，本实例中的所述小信号开关和功率放大器受发射脉冲TP的控制。当发射脉冲TP为高电平时，所述小信号开关导通，且所述功率放大器处于放大状态，能正常工作；当发射脉冲TP为低电平时，所述小信号开关截止，激励信号不能送到所述功率放大器，且所述功率放大器处于截至状态，不能放大，此时测波雷达处于接收状态。

在本实例中，作为一种优选的实施方案，所述前置放大器采用GALI-74+，增益≥24dB，噪声系数≤3，输出3阶截点≥35dB。

所述小信号开关采用HMC849LP4CE，插损≤1dB，隔离度≥55dB，开关时间≤80ns，输入三阶截点≥52dBm，开关控制电平为TTL。

所述限幅器采用RLM-33+，其工作频率范围30-3000MHz，插损≤1dB，线性范围的最大输入功率≤5dBm，限幅范围2-30dBm，此时输出功率≤12dBm，恢复时间≤10ns。

所述功率放大器采用L0204-37，其工作频率为2000-4000MHz，饱和输出功率为37dBm，1dB压缩点为35.5dBm，增益为35dB，工作电压15V，开关控制脉冲电平为TTL，开关时间≤50ns。

所述定向耦合器采用OH-T-2000-8000-30，其工作频率为2000-8000MHz，插损≤0.5dB，承受功率≤50W，耦合度为30dB，耦合精度≤±1dB，方向性≥20dB。

所述功率检测器采用ZX47-40+，其工作频率为10-8000MHz，最大输入功率≤27dBm，在频率1000-8000MHz内，输入动态范围为-40～15dBm，对应的输出电压为-0.5～2.1V。

在本实例中，所述功率放大器装置的输入信号为S波段测波雷达频率合成器所产生的射频信号RF，射频信号RF为线性调频中断连续波信号FMICW，频率为2.75-2.95GHz，功率为0dBm。当发射脉冲TP为高电平时，所述功率放大器装置将对该输入信号放大、滤波，调整Π型电阻匹配网络使得所述功率放大器装置输出功率为37dBm线性调频中断连续波信号给发射天线，此时功率检测器的输出端输出该时刻输出功率对应的电压值。当发射脉冲TP为低电平时，所述功率放大器装置将通过小信号开关关断、功率放大器截止使得给发射天线的信号功率极小，从而减小测波雷达接收回波信号的影响，实现收发共站，此时功率检测器的输出端将输出噪声所对应的电压值。

在本方案中，所述测波雷达的接收机采用的是+5V和+28V供电。

综上所述，本实用新型适用于2750MHz到2950MHz频率范围内的射频信号功率放大；本实用新型通过Π型电阻匹配网络调整总增益，对功率放大器装置中的元器件的不一致性要求不高，容易调试；本实用新型采用TP脉冲控制小信号开关和功率放大器，相当于2级收发开关，抑制效果好；本实用新型在功率放大器前增加一个限幅器，防止功率放大器输入过大而引起功率放大器损坏，从而保护功率放大器，可靠性高；本实用新型通过定向耦合器和功率检测器，能够实时监测发射信号的功率，随时掌握系统工作状态；本实用新型接收机采用的是+5V和+28V供电，电源种类少。

本文中所描述的具体实施例仅是对本实用新型作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：包括一个Π型电阻匹配网络、一个前置放大器、一个小信号开关、一个限幅器、一个功率放大器、一个定向耦合器和一个功率检测器；

所述Π型电阻匹配网络、前置放大器、小信号开关、限幅器、功率放大器和定向耦合器依次相连；所述定向耦合器分二路输出，其中所述耦合器的输出端直接输出给测波雷达的发射天线，所述耦合器的耦合端与功率检测器的输入端相连，所述功率检测器的输出端与外部AD转换电路连接，供实时检测发射功率用。

2.根据权利要求1所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：所述小信号开关和功率放大器受发射脉冲TP的控制，当发射脉冲TP为高电平时，所述小信号开关导通，且所述功率放大器处于放大状态，能正常工作；当发射脉冲TP为低电平时，所述小信号开关截止，激励信号不能送到所述功率放大器，且所述功率放大器处于截至状态，不能放大，测波雷达处于接收状态。

3.根据权利要求1或2所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：所述前置放大器采用GALI-74+，增益≥24dB，噪声系数≤3，输出3阶截点≥35dB。

4.根据权利要求1或2所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：所述小信号开关采用HMC849LP4CE，插损≤1dB，隔离度≥55dB，开关时间≤80ns，输入三阶截点≥52dBm，开关控制电平为TTL。

5.根据权利要求1或2所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：所述限幅器采用RLM-33+，其工作频率范围30-3000MHz，插损≤1dB，线性范围的最大输入功率≤5dBm，限幅范围2-30dBm，此时输出功率≤12dBm，恢复时间≤10ns。

6.根据权利要求1或2所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：所述功率放大器采用L0204-37，其工作频率为2000-4000MHz，饱和输出功率为37dBm，1dB压缩点为35.5dBm，增益为35dB，工作电压15V，开关控制脉冲电平为TTL，开关时间≤50ns。

7.根据权利要求1或2所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：所述定向耦合器采用OH-T-2000-8000-30，其工作频率为2000-8000MHz，插损≤0.5dB，承受功率≤50W，耦合度为30dB，耦合精度≤±1dB，方向性≥20dB。

8.根据权利要求1或2所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：所述功率检测器采用ZX47-40+，其工作频率为10-8000MHz，最大输入功率≤27dBm，在频率1000-8000MHz内，输入动态范围为-40～15dBm，对应的输出电压为-0.5～2.1V。

9.根据权利要求1或2所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：所述功率放大器装置的输入信号为S波段测波雷达频率合成器所产生的射频信号RF，射频信号RF为线性调频中断连续波信号FMICW，频率为2.75-2.95GHz，功率为0dBm；

当发射脉冲TP为高电平时，所述功率放大器装置将对该输入信号放大、滤波，调整所述Π型电阻匹配网络使所述功率放大器装置输出功率为37dBm线性调频中断连续波信号给发射天线，此时所述功率检测器的输出端输出该时刻输出功率对应的电压值；

当发射脉冲TP为低电平时，所述功率放大器装置将通过所述小信号开关关断、功率放大器截止使得给发射天线的信号功率极小，从而减小测波雷达接收回波信号的影响，实现收发共站，此时所述功率检测器的输出端将输出噪声所对应的电压值。

10.根据权利要求1或2所述的一种S波段测波雷达功率放大器装置，其特征在于：所述测波雷达的接收机采用的是+5V和+28V供电。