CN211860079U - 微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统，电路系统配置为在天线与后级接收系统之间，所述电路系统包括：与天线连接的微带耦合器；环形器，其上A端口与微带耦合器连接，B、C端口分别连接有微波开关A、微波开关B；比较控制单元，数控衰减单元；其中，所述比较控制单元通过相配合的驱动电路组与微波开关A、微波开关B、数控衰减单元连接；所述微波开关A一端连接有防烧毁的负载芯片。本实用新型提供一种微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统，其采用微波开关与预定功率的负载芯片相结合的方式，使是系统本身能具有高功率抗烧毁的功能，通过数控衰减单元的衰减调整，实现了高功率无失真传输。

Description

微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统

技术领域

本实用新型涉及一种在数据通信情况下使用的装置。更具体地说，本实用新型涉及一种用在雷达通信和其它无线通信情况下使用的微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统。

背景技术

在雷达通信和其它无线通信时，微波高功率通信的可靠性是经常遇到的问题；在电子战对抗中，要确保自身的接收系统能生存，是夺取制电磁权的关键。

现有技术中，为了保证通信的安全性的有效性，通过是介于天线和后级接收系统之间设置抗烧毁的限幅器,但采用了限幅器并不能同时满足宽带宽和高功率大动态无失真要求，而为了克服这一技术缺陷，只能通过组建服务器的方式对后级接收系统的功率进行限定，以满足数据传输完整性、有效性的要求，但二者的结合的方式缺点在于结构复杂，成本较高，不利于后期的维护。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统，电路系统配置为在天线与后级接收系统之间，所述电路系统包括：

与天线连接的微带耦合器；

环形器，其上A端口与微带耦合器连接，B、C端口分别连接有微波开关A、微波开关B；

比较控制单元，其与微带耦合器的耦合端口连接；

在微波开关B与后级接收系统之间进行连接，以对输出功率进行调节进而保证后级接收系统接收到的数据无失真的数控衰减单元；

其中，所述比较控制单元通过相配合的驱动电路组与微波开关A、微波开关B、数控衰减单元连接；

所述微波开关A一端连接有防烧毁的负载芯片。

优选的是，所述比较控制单元被配置为包括：

对数检波器；

在对数检波器与微带耦合器的耦合端之间，连接有对输入功率进行控制的固定衰减器；

与对数检波电路输出端连接的比较电路；

其中，所述比较电路的输出端与驱动电路组通信连接；

所述对数检波器被配置为采用AD8318，所述比较电路被配置为采用 LMV7219轨到轨输出比较器。

优选的是，所述数控衰减单元被配置为包括至少2个1位数控衰减器，以构成两级数控衰减。

优选的是，所述驱动电路组被配置为包括：

与微波开关A、微波开关B相配合的开关驱动电路；

分别与各数控衰减器相配合的驱动电路；

所述开关驱动电路被配置为包括：

微波开关驱动芯片GM8042的IN1、IN2引脚与比较电路的PB0、PB1连接、 OUT1、OUT2引脚与微波开关A、微波开关B连接。

优选的是，所述微波开关A、微波开关B分别被配置为包括PIN二极管以及与其相配合的控制电路；

其中，在控制电路中，向微波开关A、微波开关B分别输入+5V或-5V电压时，PIN二极管分别能处于对应的导通、断开状态，以对后级接收系统进行保护。

本实用新型至少包括以下有益效果：其一，本实用新型采用微波开关与预定功率的负载芯片相结合的方式，使是系统本身能具有高功率抗烧毁的功能。

其二，本实用新型按输入功率的范围不同，采用不同的增益控制方式，以实现高功率抗烧毁和自动增益控制，扩大系统的接收动态范围，实现了高功率无失真传输，同时能实现大动态输入功率时的自动增益控制，满足后级接收电路的输入要求。

其三，本实用新型本身就是宽带和大功率通信系统，能应用与多频段和宽输入功率范围；本系统扩展性更强，可以扩展到射频通信领域的所有频段，扩大后级接收系统的接收动态范围，同时造价更加便宜，只为现有技术的1/3 不到。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例中微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统的结构组成框图；

图2为本实用新型的一个实施例中对数检波电路图；

图3为本实用新型的一个实施例中微波开关A的控制电路图；

图4为本实用新型的一个实施例中微波开关B控制与数控衰减单元配合的电路图；

图5为本实用新型的一个实施例中开关驱动电路图；

图6为本实用新型的一个实施例中数控衰减单元的驱动电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1示出了根据本实用新型的一种微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统的实现形式，电路系统1配置为在天线2与后级接收系统3之间，所述电路系统包括：

与天线连接的微带耦合器110；

环形器120，其上A端口与微带耦合器连接，B、C端口分别连接有微波开关A 121、微波开关B 122，在这种结构中利用环形器的耦合度进行信号传输；

比较控制单元130，其与微带耦合器的耦合端口连接，其用于通过对天线输出的信号功率进行比较判断后，进而对微波开关B以及数控衰减单元的工作状态进行切换或控制；

在微波开关B与后级接收系统之间进行连接，以对输出功率进行调节进而保证后级接收系统接收到的数据无失真的数控衰减单元140；

其中，所述比较控制单元通过相配合的驱动电路组150与微波开关A、微波开关B、数控衰减单元连接；

所述微波开关A一端连接有防烧毁的负载芯片160，在这种方案中，天线接收的信号经过微带耦合器后，输入三端口环形器的A端口，环形器B端口接微波开关A和后端的50欧姆功率负载芯片；环形器C端口接微波开关B、数控衰减器单元和后级接收系统(电路)，微带耦合器的耦合端口接比较控制单元，以对运放输入的电压进行判断，进而对微波开关A、微波开关B和数控衰减器单元的工作状态进行控制，并通过微波开关A的导通，使得负载芯片处于工作态，进而实现抗烧毁的目的；而比较控制单元通过对天线输入信号的功率进行检测、判断，以对数控衰减单元的衰减状态(增益)进行控制，进而保证其输出到后级接收系统中的信号能始终处于无失真的状态，故而本方案的系统能实现对系统本身和后级接收系统高功率抗烧毁效果，同时对接收系统提供保护，在电子对抗战中生存率高；并且能在信号传输过程中实现自动增益控制，满足后级接收系统的输入要求，且系统的生产成本较低，通用性强。

如图1-2，在另一种实例中，所述比较控制单元被配置为包括：

对数检波器131，主要是通过利用检波器的线性和饱和工作区域，实现功率检测和增益控制；

在对数检波器与微带耦合器的耦合端之间，连接有对输入功率进行控制的固定衰减器132，其在高功率的信号或干扰会被耦合器输出的耦合端口输出至对数检波器时，能经固定衰减器进行衰减后输入至检波器的输入端，而此时的功率不能超过检波器允许的最大输入功率，天线输入的最小信号为无线通信系统的灵敏度，一般在-90dBm以下，检波器的正切灵敏度一般都小于 -60dBm。因此检波器有输出信号时，检波器的输入功率要大于正切灵敏度。检波器可以工作在线性和饱和工作区，由设计抗烧毁功率值和耦合器的耦合度，可以计算出固定衰减器的衰减值，以抗烧毁功率值为100W(50dBm)为例，如耦合器的耦合度为20dB，检波器的最大输入功率为10dBm，根据以下公式：

衰减值＝抗烧毁功率-耦合器的耦合度-检波器的最大输入功率

可得到其固定衰减器的衰减值为20dB。而以上对固定衰减器衰减值的设计，保证了检波器的正切灵敏度至饱和工作区之间的输入功率与检波器的输出电压满足线性关系，而一般线性工作区的最大输入功率为-10dBm；

与对数检波电路输出端连接比较电路133，其输出端与驱动电路组通信连通，在这种结构中，比较电路和驱动电路组采用分立元器件设计，利用比较电路输出轨到轨性能，实现对开关和数控衰减器的控制，进而实现接收动态范围扩大比较电路对采样数据进行分析，根据分析结果对开关和数控衰减器控制，进而实现接收动态范围扩大。

其中，所述比较电路的输出端与驱动电路组通信连接，通过比较电路与驱动电路组的配合，实现对微波开关和数控衰减器进行控制；

所述对数检波器被配置为采用AD8318，所述比较电路被配置为采用 LMV7219轨到轨输出比较器，在这种方案中天线接收的信号经过微带耦合器和固定衰减器后，输入至AD8318。AD8318是宽带对数放大检波器，内含可变增益放大器和负斜率电路，可以满足系统的要求，同时利用高采样率的ADC，实现对输入功率的精确转换，利于对增益的精准控制；扩大系统的接收动态范围，实现了无失真传输。

在另一种实例中，所述数控衰减单元被配置为包括至少2个1位数控衰减器，以构成两级数控衰减，其用于通过至少两个1位数控衰减器对输入信号的功率进行控制调整，进而保证其输出至后级接收系统的功率满足要求。

如图5-6，在另一种实例中，所述驱动电路组被配置为包括：

与微波开关A、微波开关B相配合的开关驱动电路，天线接收的信号经过环形器C端口输入至微波开关B；

分别与各数控衰减器相配合的驱动电路；

所述开关驱动电路被配置为包括：

微波开关驱动芯片GM8042的IN1、IN2引脚与比较电路的PB0、PB1连接、 OUT1、OUT2引脚与微波开关A、微波开关B连接，天线接收的信号经过环形器B端口输入至微波开关A，微波开关A采用PIN二极管设计，包括驱动电路，导通时Switch_A输入+5V，PIN二极管导通；关断时Switch_B输入-5V。 50欧姆电阻采用大功率芯片电阻；微波开关B同样采用PIN二极管设计，包括驱动电路，导通时Switch_B输入+5V，PIN二极管导通；关断时Switch_B 输入-5V，以保护后级电路，后面2级数控衰减器，有A和B的输入电平控制，利用TTL电平到-5/0逻辑电平转换驱动电路，实现对微波开关和数控衰减器的电平控制；

所述比较电路与驱动电路连接，各驱动电路的输出端S1_A、S1_B，S2_A、 S2_B分别与各数控衰减器连接，在这种方案中通过驱动电路的配置，使得比较电路能根据输入信号的功率，有效地对微波开关A、微波开关B数控衰减单元组的工作状态进行切换或控制，进而保证后级接收系统的接收信号稳定性，无失真性，同时扩展接收通道的动态范围。

如图3-4，在另一种实例中，所述微波开关A、微波开关B分别被配置为包括PIN二极管以及与其相配合的控制电路；

其中，在控制电路中，向微波开关A、微波开关B分别输入+5V或-5V电压时，PIN二极管分别能处于对应的导通、断开状态，以对后级接收系统进行保护，在这种结构中通过微波开关与控制电路的配合，能与开关驱动电路相配合，对微波开关的工作状态进行有效切换，实现抗烧毁、无失真输出的目的。

一种防烧毁和无失真电路系统的方法，在工作时，当天线接收的信号经过微带耦合器后，微波开关A导通，微波开关B断开，环形器的B端口通过波开关A与负载芯片连接，以对当前防烧工作时接收到的高功率干扰或信号进行吸收，实现防烧毁；

当天线接收信号的输入功率在第一预定范围时，比较电路控制微波开关 A和/或微波开关B均处于导通状态，以通过微波开关B与2个1位数控衰减器连接，并通过驱动电路控制各数控衰减器的衰减值，进而使其输出功率动态范围满足后级电路系统的需要，实现无失真，在这种方案中，开始工作时，由天线输入信号，微波开关A导通，微波开关B断开，环形器的第二端口通过开关与50欧姆的功率负载芯片连接，此时如果有高功率的干扰或信号进入，会被50欧姆的功率负载芯片吸收，达到抗烧毁的目的；如果天线输入功率大于-20dBm，微波开关A和微波开关B一起处于导通状态。经过微波开关 B接2个1位数控衰减器，1位数控衰减器可以提供25dB的衰减，2个衰减器提供50dB的衰减；如果输入功率为100W(50dBm)，从环形器C口输出的功率约为30dBm，经过衰减器后，本系统最大输出功率为-20dBm；如天线口输入功率在30dBm到50dBm，微波开关A和B导通，2个衰减器处于衰减状态，此时本系统输出功率在-40dBm到-20dBm；如天线口输入功率在 0dBm到30dBm，微波开关A断开，控制2个衰减器处于衰减状态，此时本系统输出功率在-50dBm到-20dBm；如天线口输入功率在-20dBm到0dBm，微波开关A断开，控制1个衰减器处于衰减状态，此时本系统输出功率在 -45dBm到-25dBm；如天线口输入功率小于-20dBm，衰减器均不衰减，此时本系统起无衰减通道作用，如接收机系统灵敏度为-90dBm，则本系统的动态范围达到140dB，且处于无失真输出。

在另一种实例中，天线接收到的高功率或干扰信号经耦合器的耦合端口耦合输出后，经固定衰减器衰减后输入至对数检波器输入端，以使其向对数检波器输出的功率小于对数检波器的最大输入功率。

对数检测器对接收到的输入功率是否在第二预定范围内进行判断，并根据判断结构对其输出电压在0.5V到2.1V之间进行调整，以实现对输入功率的高功率动态检测，在这种方案中，如果天线端输入100W(50dBm)的功率，经过耦合器和固定衰减到达检波器的输入功率约为10dBm。如果正切灵敏度为-60dBm，则天线输入端口的功率需要达到-20dBm。如果线性区的最大输入功率为-10dBm，则天线输入端口的功率约为30dBm。如果检波器输入功率大于-10dBm，检波器输出饱和电压。如果检波器输入功率在-60dBm到-10dBm 之间，检波器工作在线性区；如果检波器输入功率小于-60dBm，检波器输出电压保持最大值。检波器输入功率为10dBm时，检波器输出电压约为0.5V；检波器输入功率为-10dBm时，检波器输出电压约为0.7V；检波器输入功率为-40dBm时，检波器输出电压约为1.4V；检波器输入功率为-60dBm时，检波器输出电压约为2.0V。以上耦合检波电路实现了70dB动态的高功率检测；

检波输出的电压分为在0.5V到2.1V之间，检波器后端接比较电路，如果通信的突发脉冲大于5us，则输出频率为200KHz，由采样定理，选用2MSPS 采样率的AD芯片AD7822。AD7822为单通道可控数模转换器，内置参考电压源1.25V，模拟输入范围为0V到2.5V，检波输入电压在输入范围内。AD7822 为8位ADC，精度为9.8mV，满足对数检波器的测量精度要求。

在另一种实例中，对数检测器的检波电路输出相应的视频信号Vout，经比较器比较后输出至驱动电路；U2的作用是比较天线口的输入功率是否大于 100W，如果Vout小于0.5V，天线口输入功率大于100W，通过Switch_B关断接收通道。U7的作用是比较天线口的输入功率是否大于30dBm，如果Vout小于0.7V，天线口输入功率大于30dBm，Switch_A导通；如果Vout大于等于 0.7V，天线口输入功率小于等于30dBm，Switch_A断开。控制开关B的通断，可以扩展接收通道20dB的动态范围；

检波电路输出的视频信号Vout，经比较器比较后输出。U3作用是比较天线口的输入功率是否大于0dBm,如果Vout小于1.4V，天线口输入功率大于0dBm，通过S1_A和S1_B控制衰减器出衰减状态；如果Vout大于等于1.4V，天线口输入功率小于等于0dBm，通过S1_A和S1_B控制衰减器出无衰减状态。 U4的作用是比较天线口的输入功率是否大于-20dBm，如果Vout小于2.0V，天线口输入功率大于-20dBm，通过S2_A和S2_B控制衰减器出衰减状态；如果Vout大于等于2.0V，天线口输入功率小于等于-20dBm，通过S2_A和S2_B 控制衰减器出无衰减状态。通过衰减器组的控制，可以实现50dB的动态范围, 故可知本系统具有扩展性，可在此基础上开发所有频段的电路系统。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

而根据实际的使用需要，本发明比较控制单元中的ADC采样电路与MCU 的配合，可以通过比较电路进行替换，比较电路的输出端与驱动电路组通信连接，通过比较电路与驱动电路组的配合，实现对微波开关和数控衰减器进行控制，而比较电路和驱动电路组采用分立元器件设计，利用比较电路输出轨到轨性能，实现对开关和数控衰减器的控制，进而实现接收动态范围扩大比较电路对采样数据进行分析，根据分析结果对开关和数控衰减器控制，进而实现接收动态范围扩大；

在采用比较电路的情况下，其开关驱动电路以及数控衰减单元的驱动电路，可以根据实际需要替换，对数检测器的检波电路输出相应的视频信号 Vout，经比较器比较后输出至驱动电路；U2的作用是比较天线口的输入功率是否大于100W，如果Vout小于0.5V，天线口输入功率大于100W，通过 Switch_B关断接收通道。U7的作用是比较天线口的输入功率是否大于30dBm，如果Vout小于0.7V，天线口输入功率大于30dBm，Switch_A导通；如果Vout 大于等于0.7V，天线口输入功率小于等于30dBm，Switch_A断开。控制开关 B的通断，可以扩展接收通道20dB的动态范围；

检波电路输出的视频信号Vout，经比较器比较后输出。U3作用是比较天线口的输入功率是否大于0dBm,如果Vout小于1.4V，天线口输入功率大于 0dBm，通过S1_A和S1_B控制衰减器出衰减状态；如果Vout大于等于1.4V，天线口输入功率小于等于0dBm，通过S1_A和S1_B控制衰减器出无衰减状态。 U4的作用是比较天线口的输入功率是否大于-20dBm，如果Vout小于2.0V，天线口输入功率大于-20dBm，通过S2_A和S2_B控制衰减器出衰减状态；如果Vout大于等于2.0V，天线口输入功率小于等于-20dBm，通过S2_A和S2_B 控制衰减器出无衰减状态。通过衰减器组的控制，可以实现50dB的动态范围, 故可知本系统具有扩展性，可在此基础上开发所有频段的电路系统。

Claims (5)

1.一种微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统，其特征在于，电路系统配置为在天线与后级接收系统之间，所述电路系统包括：

与天线连接的微带耦合器；

环形器，其上A端口与微带耦合器连接，B、C端口分别连接有微波开关A、微波开关B；

比较控制单元，其与微带耦合器的耦合端口连接；

在微波开关B与后级接收系统之间进行连接，以对输出功率进行调节进而保证后级接收系统接收到的数据无失真的数控衰减单元；

其中，所述比较控制单元通过相配合的驱动电路组与微波开关A、微波开关B、数控衰减单元连接；

所述微波开关A一端连接有防烧毁的负载芯片。

2.如权利要求1所述的微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统，其特征在于，所述比较控制单元被配置为包括：

对数检波器；

在对数检波器与微带耦合器的耦合端之间，连接有对输入功率进行控制的固定衰减器；

与对数检波电路输出端连接的比较电路；

其中，所述比较电路的输出端与驱动电路组通信连接；

所述对数检波器被配置为采用AD8318，所述比较电路被配置为采用LMV7219轨到轨输出比较器。

3.如权利要求2所述的微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统，其特征在于，所述数控衰减单元被配置为包括至少2个1位数控衰减器，以构成两级数控衰减。

4.如权利要求3所述的微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统，其特征在于，所述驱动电路组被配置为包括：

与微波开关A、微波开关B相配合的开关驱动电路；

分别与各数控衰减器相配合的驱动电路；

所述开关驱动电路被配置为包括：

微波开关驱动芯片GM8042的IN1、IN2引脚与比较电路的PB0、PB1连接、OUT1、OUT2引脚与微波开关A、微波开关B连接。

5.如权利要求4所述的微波高功率通信中的防烧毁和无失真电路系统，其特征在于，所述微波开关A、微波开关B分别被配置为包括PIN二极管以及与其相配合的控制电路；

其中，在控制电路中，向微波开关A、微波开关B分别输入+5V或-5V电压时，PIN二极管分别能处于对应的导通、断开状态，以对后级接收系统进行保护。

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