CN212677129U - 一种新型x波段全固态发射机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型X波段全固态发射机，涉及微波测量技术领域，包括馈电网络以及依次相连的两级GaAs功率放大器、第一放大模块、微带隔离器、第一微带耦合器、第一同轴波导转换器、第二放大模块、波导双定向探针耦合器和波导环形/隔离器，第一级GaAs功率放大器的输入端作为全固态发射机的输入端接入射频信号，波导环形/隔离器的输出端作为全固态发射机的输出端连接天线端口；馈电网络用于给两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块供电，输入至全固态发射机的微小射频信号经过两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块的四级放大输出高功率射频信号，通过两组功率分配/合成器确保高功率器件具有较好的功率合成效率。

Description

一种新型X波段全固态发射机

技术领域

本实用新型涉及微波测量技术领域，尤其是一种新型X波段全固态发射机。

背景技术

微波固态放大器与电真空功率放大器相比具有显著的优点：高可靠性，寿命长，微波固态放大器的单管寿命在百万小时左右，而电真空放大器只有数千小时；低电压工作，微波固态放大器所用的电源电压一般都低于50V，操作很安全，体积小，结构简单。故受到更多雷达发射机研制者和用户的青睐。

我国于上世纪七十年代初就开始了全固态雷达发射机的研制，经过近50 年的努力，至今已有多种全固态雷达发射机投入使用。目前，工作频率在S波段及以下频段，全固态雷达发射机已逐渐占据主导地位，其设计技术已趋于成熟。但在频率高端，大功率发射机仍以真空管发射机为主。过去，国内X波段固态功率放大器采用的功率管主要是GaAs FET功率管，大功率放大器的设计技术主要是GaAs FET放大器设计技术和功率合成设计技术，但受GaAs FET 功率管工作电压的限制，输出功率量级相对较低，同时受工艺水平和成本的影响，国内大功率的固态发射机的研究远落后于国外，固态放大器只是部分应用于有源相控阵雷达和作为电真空发射机的推动级，传统的大功率固态发射机的体积大，效率低，电路结构复杂，输出能力相对较低。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种新型X波段全固态发射机，基于GaN FET功率管、放大器和功率合成设计技术，设计了一种新型X波段 400W微波全固态发射机。

本实用新型的技术方案如下：

一种新型X波段全固态发射机，包括馈电网络以及依次相连的两级GaAs 功率放大器、第一放大模块、微带隔离器、第一微带耦合器、第一同轴波导转换器、第二放大模块、波导双定向探针耦合器和波导环形/隔离器，第一级GaAs 功率放大器的输入端作为全固态发射机的输入端接入射频信号，波导环形/隔离器的输出端作为全固态发射机的输出端连接天线端口；馈电网络用于给两级 GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块供电，第一同轴波导转换器用于将微带转换成波导，输入至全固态发射机的微小射频信号经过两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块的四级放大输出高功率射频信号。

其进一步的技术方案为，第一放大模块包括3dB输入电桥、3dB输出电桥和GaN功率放大器，GaN功率放大器Ⅰ的输入端连接3dB输入电桥的第一输出端，GaN功率放大器Ⅱ的输入端连接3dB输入电桥的第二输出端，3dB输入电桥的输入端连接第二级GaAs功率放大器，GaN功率放大器Ⅰ的输出端连接 3dB输出电桥的第一输入端，GaN功率放大器Ⅱ的输出端连接3dB输出电桥的第二输入端，3dB输出电桥的输出端连接微带隔离器；

第二放大模块包括波导功分器、波导功合器以及两路依次相连的第二同轴波导转换器、输入匹配电路、GaN功率管、输出匹配电路、第二微带耦合器和第三同轴波导转换器，波导功分器的输入端连接第一同轴波导转换器，波导功分器的两个输出端分别连接第二同轴波导转换器，第二同轴波导转换器用于将波导转换成微带，波导功合器的两个输入端分别连接第三同轴波导转换器，第三同轴波导转换器用于将微带转换成波导，波导功合器的输出端连接波导双定向探针耦合器。

其进一步的技术方案为，全固态发射机还包括脉冲调制电路，经馈电网络分配输出给两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块的电压先通过脉冲调制电路实现负电掉电保护后，再给两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块供电；

第一脉冲调制电路包括二极管、三极管、第一与门、第一驱动器和MOS 管，第一与门的第一输入端接入脉冲调制信号，同时还经过第一电阻接地，第一与门的第二输入端作为负电掉电保护的使能端通过第二电阻和第三电阻连接第一二极管的阳极，第二电阻和第三电阻的公共端连接第一电源，第一二极管的阴极连接第二二极管的阴极，第二二极管的阳极连接馈电网络的第一负电源，三极管的基级连接第一二极管和第二二极管的公共端后通过第四电阻接地，三极管的集电极连接第一与门的第二输入端，三极管的发射极接地，第一与门的输出端分别连接第一驱动器的两个输入端，同时还通过第五电阻接地，第一驱动器的第一输出端连接第二MOS管的栅极，第二MOS管的源极连接馈电网络的两级GaAs功率放大器的漏压供电电源，第二MOS管的漏极连接第二级GaAs 功率放大器，第一驱动器的第二输出端连接第一MOS管的栅极，第一MOS管的源极连接第一电源，第一MOS管的漏极连接第一级GaAs功率放大器；若第一负电源掉电时，第一与门输出低电平，则第一驱动器不导通从而第一MOS 管和第二MOS管也不导通，实现负电掉电保护功能。

其进一步的技术方案为，第二脉冲调制电路包括第二驱动器和第三MOS 管，第二驱动器的输入端通过第六电阻接入脉冲调制信号，同时还经过第六电阻和第七电阻接地，第二驱动器的使能端通过第八电阻连接第一负电源，同时还通过第一电容接地，第二驱动器的电源端和第三MOS管的源极分别连接馈电网络的GaN功率放大器的漏压供电电源，第二驱动器的电源端还分别通过第二电容、第三电容接地，第二驱动器的输出端通过第九电阻连接第三MOS管的栅极，第十电阻接在第三MOS管的栅极和源极之间，第三MOS管的漏极连接GaN功率放大器；若第一负电源掉电时，第二驱动器输出高电平，则第三 MOS管不导通，实现负电掉电保护功能；第二驱动器的下拉端口连接第三MOS 管的漏极，实现第三MOS管的漏极快速放电功能；

第三脉冲调制电路包括第三驱动器和第四MOS管，第三驱动器与第二驱动器的输入端、使能端、输出端和下拉端口的连接电路结构相同，第三驱动器的电源端和第四MOS管的源极分别连接馈电网络的GaN功率管的漏压供电电源，第三驱动器的电源端还分别通过第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容和第九电容接地；若第一负电源掉电时，第三驱动器输出高电平，则第四MOS管不导通，实现负电掉电保护功能；第三驱动器的下拉端口连接第四MOS管的漏极，实现第四MOS管的漏极快速放电功能。

其进一步的技术方案为，全固态发射机还包括脉冲调制BIT告警电路，包括第二与门、第三与门和第四与门，第二与门的第一输入端连接温度BIT信号、第二输入端连接发射输出口驻波BIT信号，第二与门的输出端连接第四与门的第一输入端，第三与门的第一输入端连接电流过流BIT信号、第二输入端连接脉冲调制输入信号，第三与门的输出端连接第四与门的第二输入端，第四与门的输出端输出脉冲调制信号；若温度BIT信号、发射输出口驻波BIT信号、电流过流BIT信号和脉冲调制输入信号中有任何一个为低电平，则脉冲调制BIT告警电路输出的脉冲调制信号也为低电平，各个脉冲调制电路不导通，两级 GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块不工作。

其进一步的技术方案为，全固态发射机还包括功率BIT告警电路，包括电感、第三二极管和第一比较器，第三二极管的阳极作为功率BIT告警电路的输入端分别连接第一微带耦合器和第二微带耦合器的输出端，同时还通过电感接地，第三二极管的阴极分别连接第十电容的第一端、第十一电阻的第一端和第一比较器的第一输入端，第十电容的第二端和第十一电阻的第二端均接地，第一比较器的第二输入端分别连接第十二电阻的第一端和第十三电阻的第一端，第十二电阻的第二端和第一比较器的电源端分别连接第一电源，第十三电阻的第二端和第一比较器的地端均接地，第一比较器的输出端输出功率BIT信号；若第一比较器的第一输入端电压小于第二输入端电压，则功率BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警。

其进一步的技术方案为，全固态发射机还包括温度BIT告警电路，用于监测第一放大模块和第二放大模块中的高功率器件，包括温度传感器和第二比较器，温度传感器靠近第一放大模块和第二放大模块中的高功率器件放置；第二比较器的第一输入端连接温度传感器，第二比较器的第二输入端分别连接第十四电阻的第一端和第十五电阻的第一端，温度传感器的电源端、第十四电阻的第二端和第二比较器的电源端分别连接第一电源，第十五电阻的第二端和第二比较器的地端均接地，第二比较器的输出端输出温度BIT信号；若第二比较器的第一输入端电压大于第二输入端电压，则温度BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警。

其进一步的技术方案为，全固态发射机还包括天线口匹配BIT告警电路，包括第四二极管和第三比较器，第三比较器的第二输入端与第一比较器的第一输入端的连接电路结构相同，第四二极管的阳极作为天线口匹配BIT告警电路的输入端连接波导双定向探针耦合器的反向端，第三比较器的第一输入端分别连接第十六电阻的第一端和第十七电阻的第一端，第十六电阻的第二端接地，第十七电阻的第二端连接第一电源，第三比较器的输出端输出发射输出口驻波 BIT信号；若第三比较器的第二输入端电压大于第一输入端电压，则发射输出口驻波BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警。

其进一步的技术方案为，全固态发射机还包括电流BIT告警电路，包括电流检测器、第四比较器和第五比较器，电流检测器的正输入端分别连接第十八电阻的第一端、第十九电阻的第一端和第二十电阻的第一端，第十八电阻、第十九电阻和第二十电阻的第一端组成的公共端连接脉冲调制电路，电流检测器的负输入端分别连接第十八电阻的第二端、第十九电阻的第二端和第二十电阻的第二端，第十八电阻、第十九电阻和第二十电阻的第二端组成的公共端连接脉冲调制电路对应的高功率器件，第十八电阻、第十九电阻和第二十电阻为功率电阻，电流检测器的输出端分别连接第四比较器的第二输入端和第五比较器的第一输入端，第四比较器的第一输入端分别连接第二十一电阻的第一端和第二十二电阻的第一端，第二十一电阻的第二端接地，第二十二电阻的第二端连接第一电源，第四比较器的输出端输出电流过流BIT信号，若第四比较器的第二输入端电压小于第一输入端电压，则电流过流BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警；

第五比较器的第二输入端分别连接第二十三电阻的第一端和第二十四电阻的第一端，第二十三电阻的第二端接地，第二十四电阻的第二端连接第一电源，第五比较器的输出端输出电流欠流BIT信号，若第五比较器的第一输入端电压大于第二输入端电压，则电流欠流BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警。

其进一步的技术方案为，输入匹配电路包括阻抗线、电容、第二十五电阻和第一扇形线，第十一电容的第一端作为输入匹配电路的输入端连接第二同轴波导转换器，第十一电容的第二端作为输入匹配电路的输出端连接GaN功率管的栅极，第一阻抗线连接在第十一电容的两端，第十一电容的第二端依次通过第二阻抗线、第一扇形线、第二十五电阻后分别连接第十三电容的第一端、第十四电容的第一端、第十五电容的第一端和馈电网络的GaN功率管的栅压供电电源，第十三电容、第十四电容和第十五电容的第二端均接地；

输出匹配电路包括阻抗线、电容、第二十六电阻和第二扇形线，第十二电容的第一端作为输出匹配电路的输入端连接GaN功率管的漏极，第十二电容的第二端作为输出匹配电路的输出端连接第二微带耦合器，第三阻抗线连接在第十二电容的两端，第十二电容的第一端依次通过第四阻抗线、第二扇形线后分别连接第二十六电阻的第一端、第十七电容的第一端、第十八电容的第一端和第二脉冲调制电路/第三脉冲调制电路，第二十六电阻的第二端连接第十六电容的第一端，第十六电容、第十七电容和第十八电容的第二端均接地，输入匹配电路和输出匹配电路实现对GaN功率管输入输出的阻抗匹配。

本实用新型的有益技术效果是：

在本申请的全固态发射机中，输入至全固态发射机的微小射频信号依次经过两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块的四级放大输出高功率射频信号；在第一放大模块和第二放大模块中，分别通过3dB输入/输出电桥、波导功分/功合器实现功率分配/合成，均具有损耗低、频带窄、输入输出匹配良好、结构简单的特点；在第二放大模块中，输入匹配电路和输出匹配电路实现对GaN功率管输入输出的阻抗匹配；本申请在两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块中的漏极处还设有脉冲调制电路，当负电掉电后各个脉冲调制电路无输出，实现高功率器件的漏极供电电压的保护和电源调制功能；本申请为了监测全固态发射机的各个状态，还设有多个BIT告警电路，从而实现对全固态发射机的温度监测、发射功率监测、电流监测和天线口匹配检测，并完成各级高功率器件的检测和保护；

根据实测结果表面，采用本申请的全固态发射机将发射激励信号(3dBm) 通过四级功率放大后，在发射脉宽为500us，占空比20％的条件下，在 9.3GHz～9.5GHz的频带范围内，最终全固态发射机的输出功率为56.6dBm(即 457W)，其合成效率与传统的发射机相比提升了30％。

附图说明

图1是本申请提供的全固态发射机的原理图。

图2是本申请提供的H面波导功分/功合器的模型图。

图3是本申请提供的馈电网络的电压分配图。

图4是本申请提供的GaN功率管与输入/输出匹配电路的模型图。

图5是本申请提供的输入匹配电路的电路图。

图6是本申请提供的输出匹配电路的电路图。

图7是本申请提供的第一脉冲调制电路的电路图。

图8是本申请提供的第二脉冲调制电路的电路图。

图9是本申请提供的第三脉冲调制电路的电路图。

图10是本申请提供的脉冲调制BIT告警电路的电路图。

图11是本申请提供的功率BIT告警电路的电路图。

图12是本申请提供的温度BIT告警电路的电路图。

图13是本申请提供的天线口匹配BIT告警电路的电路图。

图14是本申请提供的电流BIT告警电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种新型X波段全固态发射机，其原理图如图1所示，包括馈电网络以及依次相连的两级GaAs功率放大器、第一放大模块、微带隔离器、第一微带耦合器、第一同轴波导转换器、第二放大模块、波导双定向探针耦合器和波导环形/隔离器，第一级GaAs功率放大器的输入端作为全固态发射机的输入端接入射频信号，波导环形/隔离器的输出端作为全固态发射机的输出端连接天线端口。馈电网络用于给两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块供电，第一同轴波导转换器用于将微带转换成波导。输入至全固态发射机的微小射频信号经过两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块的四级放大输出高功率射频信号。其中全固态发射机中的各个器件均采用现有市售模组，在此不详细介绍其各个电路结构。

第一放大模块包括3dB输入电桥、3dB输出电桥和GaN功率放大器，GaN 功率放大器Ⅰ的输入端连接3dB输入电桥的第一输出端，GaN功率放大器Ⅱ的输入端连接3dB输入电桥的第二输出端，3dB输入电桥的输入端连接第二级 GaAs功率放大器，GaN功率放大器Ⅰ的输出端连接3dB输出电桥的第一输入端，GaN功率放大器Ⅱ的输出端连接3dB输出电桥的第二输入端，3dB输出电桥的输出端连接微带隔离器。其中微带隔离器用于保护GaN功率放大器。

第二放大模块包括波导功分器、波导功合器以及两路依次相连的第二同轴波导转换器、输入匹配电路、GaN功率管、输出匹配电路、第二微带耦合器和第三同轴波导转换器，波导功分器的输入端连接第一同轴波导转换器，波导功分器的两个输出端分别连接第二同轴波导转换器，第二同轴波导转换器用于将波导转换成微带，波导功合器的两个输入端分别连接第三同轴波导转换器，第三同轴波导转换器用于将微带转换成波导，波导功合器的输出端连接波导双定向探针耦合器。其中第一微带耦合器和第二微带耦合器用于提高功率。

在第一放大模块和第二放大模块中，分别通过3dB输入/输出电桥、波导功分/功合器实现功率分配/合成，均具有损耗低、频带窄、输入输出匹配良好、结构简单的特点，本申请的波导功分/功合器采用H面波导功分/功合器作为GaN 功率管的功率分配/合成器，其模型如图2所示，使用该波导功分/功合器确保 GaN功率管具有较好的功率合成效率。

本申请的馈电网络包括DCDC稳压电路、LDO稳压电路、电源滤波器，搭建了直流偏置馈电网络，将+40V电源稳压成发射链路上各级高功率器件所需的供电电压，其分配电压图如图3所示，+40V电源通过第一电源滤波器滤波后输出+40V电源作为GaN功率管的漏压供电电源，+40V电源通过第一DCDC 稳压电路转换为+28V电源后，通过第二DCDC稳压电路转换为+8.5V电源，同时通过第二电源滤波器滤波后输出+28V电源作为GaN功率放大器的漏压供电电源，+8.5V电源通过第一LDO稳压电路转换为+8V电源作为两级GaAs功率放大器的漏压供电电源，+8.5V电源通过第三DCDC稳压电路转换为-5.5V 电源后，通过第二LDO稳压电路转换为-5V电源，-5V电源作为馈电网络的第一负电源分别通过三个第三LDO稳压电路转换为-0.6V电源、-1.7V电源和-2V 电源，-0.6V电源作为第二级GaAs功率放大器的栅压供电电源，-1.7V电源作为GaN功率放大器的栅压供电电源，-2V电源作为GaN功率管的栅压供电电源。需要说明的是，本申请的DCDC稳压电路、LDO稳压电路、电源滤波器均为现有电路结构，在此不作详细介绍。

在第二放大模块中，输入匹配电路、GaN功率管和输出匹配电路的模型如图4所示。输入匹配电路包括阻抗线、电容、第二十五电阻R25和第一扇形线，其电路图如图5所示，第十一电容C11的第一端作为输入匹配电路的输入端 RFin连接第二同轴波导转换器，第十一电容C11的第二端作为输入匹配电路的输出端连接GaN功率管的栅极G，第一阻抗线Z1(阻值为50Ω)连接在第十一电容C11的两端，第十一电容C11的第二端依次通过第二阻抗线Z2、第一扇形线S1、第二十五电阻R25后分别连接第十三电容C13的第一端、第十四电容 C14的第一端、第十五电容C15的第一端和馈电网络的GaN功率管的栅压供电电源-2V，第十三电容C13、第十四电容C14和第十五电容C15的第二端均接地。其中第十一电容C11实现了栅压的电源隔直、避免短路，第十三电容C13、第十四电容C14和第十五电容C15实现了栅压的去耦滤波，第二十五电阻R25 用于稳定栅压。

输出匹配电路包括阻抗线、电容、第二十六电阻R26和第二扇形线，其电路图如图6所示，第十二电容C12的第一端作为输出匹配电路的输入端连接 GaN功率管的漏极D，第十二电容C12的第二端作为输出匹配电路的输出端 RFout连接第二微带耦合器，第三阻抗线Z3(阻值为50Ω)连接在第十二电容C12 的两端，第十二电容C12的第一端依次通过第四阻抗线Z4、第二扇形线S2后分别连接第二十六电阻R26的第一端、第十七电容C17的第一端、第十八电容 C18的第一端和第二脉冲调制电路的电源端VDD/第三脉冲调制电路的电源端VDD，第二十六电阻R26的第二端连接第十六电容C16的第一端，第十六电容 C16、第十七电容C17和第十八电容C18的第二端均接地。第十二电容C12实现了漏压的电源隔直、避免短路，第十七电容C17和第十八电容C18实现了漏压的去耦滤波，第二十六电阻R26和第十六电容C16用于稳定漏压。输入匹配电路和输出匹配电路实现对GaN功率管输入输出的阻抗匹配、抑制谐振等功能。其中第二阻抗线和第四阻抗线均为1/4λ高阻抗线，λ为射频信号的波长。

本申请的全固态发射机还包括脉冲调制电路，经馈电网络分配输出给两级 GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块的电压先通过脉冲调制电路实现负电掉电保护后，再给两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块供电。

第一脉冲调制电路包括二极管、三极管Q1、第一与门U1、第一驱动器U2 和MOS管，其电路图如图7所示，第一与门U1的第一输入端接入脉冲调制信号T，同时还经过第一电阻R1接地，第一与门U1的第二输入端作为负电掉电保护的使能端EN通过第二电阻R2和第三电阻R3连接第一二极管D1的阳极，第二电阻R2和第三电阻R3的公共端连接第一电源+5V，第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极连接馈电网络的第一负电源-5V，三极管Q1的基级连接第一二极管D1和第二二极管D2的公共端后通过第四电阻λR4接地，三极管Q1的集电极连接第一与门U1的第二输入端，三极管Q1的发射极接地，第一与门U1的输出端分别连接第一驱动器U2的两个输入端，同时还通过第五电阻R5接地，第一驱动器U2的第一输出端连接第二MOS管M2的栅极G，第二MOS管M2的源极S连接馈电网络的两级GaAs功率放大器的漏压供电电源+8V，第二MOS管M2的漏极D连接第二级GaAs 功率放大器G2，第一驱动器U2的第二输出端连接第一MOS管M1的栅极G，第一MOS管M1的源极S连接第一电源+5V，第一MOS管M1的漏极D连接第一级GaAs功率放大器G1。若第一负电源-5V掉电时，第一与门U1输出低电平，则第一驱动器U2不导通从而第一MOS管M1和第二MOS管M2也不导通，实现负电掉电保护功能。

第二脉冲调制电路包括第二驱动器U3和第三MOS管M3，其电路图如图 8所示，第二驱动器U3的输入端IN通过第六电阻R6接入脉冲调制信号T，同时还经过第六电阻R6和第七电阻R7接地，第二驱动器U3的使能端EN通过第八电阻R8连接第一负电源-5V，同时还通过第一电容C1接地，第二驱动器U3的电源端VDD和第三MOS管M3的源极分别连接馈电网络的GaN功率放大器的漏压供电电源+28V，第二驱动器U3的电源端VDD还分别通过第二电容C2、第三电容C3接地，第二驱动器U3的输出端OUT通过第九电阻R9连接第三MOS管M3的栅极，第十电阻R10接在第三MOS管M3的栅极和源极之间，第三MOS管M3的漏极连接GaN功率放大器G3。若第一负电源-5V掉电时，第二驱动器U3输出高电平，则第三MOS管M3不导通，实现负电掉电保护功能。第二驱动器U3的下拉端口PD连接第三MOS管M3的漏极，实现第三MOS管M3的漏极快速放电功能，减小第三MOS管M3的漏极电平放电时间。

第三脉冲调制电路包括第三驱动器U4和第四MOS管M4，其电路图如图 9所示，第三驱动器U4与第二驱动器U3的输入端IN、使能端EN、输出端OUT 和下拉端口PD的连接电路结构相同，第三驱动器U4的电源端VDD和第四 MOS管M4的源极S分别连接馈电网络的GaN功率管的漏压供电电源+40V，第三驱动器U4的电源端VDD还分别通过第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8和第九电容C9接地，图中G4代表GaN功率管。若第一负电源-5V掉电时，第三驱动器U4输出高电平，则第四MOS管 M4不导通，实现负电掉电保护功能。第三驱动器U4的下拉端口PD连接第四 MOS管M4的漏极D，实现第四MOS管M4的漏极快速放电功能，减小第四 MOS管M4的漏极电平放电时间。可选的，第一MOS管M1、第二MOS管 M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4均为P沟道MOSFET管。本申请的第一驱动器U2、第二驱动器U3和第三驱动器U4均采用现有市售模组，在此不作详细介绍。

可选的，本申请还利用多功能逻辑器件和晶振，通过固件程序实现了发射调制信号过脉宽和过占空比保护，即发射调试信号的脉冲超过500us或者占空比超过20％时，无法完成对各级高功率器件的供电，以此实现对各级高功率器件的保护。

全固态发射机还包括脉冲调制BIT告警电路，其电路图如图10所示，包括第二与门U5、第三与门U6和第四与门U7，第二与门U5的第一输入端连接温度BIT信号W1、第二输入端连接发射输出口驻波BIT信号W2，第二与门 U5的输出端连接第四与门U7的第一输入端，第三与门U6的第一输入端连接电流过流BIT信号W3、第二输入端连接脉冲调制输入信号Tin，第三与门U6 的输出端连接第四与门U7的第二输入端，第四与门U7的输出端输出脉冲调制信号T。若温度BIT信号W1、发射输出口驻波BIT信号W2、电流过流BIT 信号W3和脉冲调制输入信号Tin中有任何一个为低电平(也即不正常)，则脉冲调制BIT告警电路输出的脉冲调制信号T也为低电平，各个脉冲调制电路不导通，两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块不工作。

全固态发射机还包括功率BIT告警电路，其电路图如图11所示，包括电感L、第三二极管D3和第一比较器U8，第三二极管D3的阳极作为功率BIT 告警电路的输入端分别连接第一微带耦合器和第二微带耦合器的输出端OS，输入功放耦合输出功率，同时还通过电感L接地，第三二极管D3的阴极分别连接第十电容C10的第一端、第十一电阻R11的第一端和第一比较器U8的第一输入端A1，第十电容C10的第二端和第十一电阻R11的第二端均接地，第一比较器U8的第二输入端A2分别连接第十二电阻R12的第一端和第十三电阻 R13的第一端，第十二电阻R12的第二端和第一比较器U8的电源端分别连接第一电源+5V，第十三电阻R13的第二端和第一比较器U8的地端均接地，第一比较器U8的输出端Ao输出功率BIT信号W4。若第一比较器U8的第一输入端电压小于第二输入端电压，则功率BIT信号W4不正常并接入外部告警器件提示告警。

全固态发射机还包括温度BIT告警电路，用于监测第一放大模块和第二放大模块中的高功率器件，其电路图如图12所示，包括温度传感器U9和第二比较器U10，温度传感器U9靠近第一放大模块和第二放大模块中的高功率器件 (也即GaN功率放大器和GaN功率管)放置。第二比较器U10的第一输入端A1连接温度传感器U9，第二比较器U10的第二输入端A2分别连接第十四电阻R14的第一端和第十五电阻R15的第一端，温度传感器U9的电源端VCC、第十四电阻R14的第二端和第二比较器U10的电源端V+分别连接第一电源 +5V，第十五电阻R15的第二端和第二比较器U10的地端GND均接地，第二比较器U10的输出端Ao输出温度BIT信号W1。若第二比较器U10的第一输入端电压大于第二输入端电压，则温度BIT信号W1不正常并接入外部告警器件提示告警。

全固态发射机还包括天线口匹配BIT告警电路，其电路图如图13所示，包括第四二极管D4和第三比较器U11，第三比较器U11的第二输入端A2与第一比较器U8的第一输入端A1的连接电路结构相同，第四二极管D4的阳极作为天线口匹配BIT告警电路的输入端连接波导双定向探针耦合器的反向端OF，接入发射输出口反向耦合输出功率，第三比较器U11的第一输入端A1分别连接第十六电阻R16的第一端和第十七电阻R17的第一端，第十六电阻R16的第二端接地，第十七电阻R17的第二端连接第一电源+5V，第三比较器U11的输出端Ao输出发射输出口驻波BIT信号W2。若第三比较器U11的第二输入端电压大于第一输入端电压，则发射输出口驻波BIT信号W2不正常并接入外部告警器件提示告警。

全固态发射机还包括电流BIT告警电路，其电路图如图14所示，包括电流检测器U12、第四比较器U13和第五比较器U14，电流检测器U12的正输入端in+分别连接第十八电阻R18的第一端、第十九电阻R19的第一端和第二十电阻R20的第一端，第十八电阻R18、第十九电阻R19和第二十电阻R20的第一端组成的公共端连接脉冲调制电路d，电流检测器U12的负输入端in-分别连接第十八电阻R18的第二端、第十九电阻R19的第二端和第二十电阻R20的第二端，第十八电阻R18、第十九电阻R19和第二十电阻R20的第二端组成的公共端连接脉冲调制电路d对应的高功率器件G1-G4，第十八电阻R18、第十九电阻R19和第二十电阻R20为功率电阻，用于提供压降并通过电流检测器U12 内部放大后输出，电流检测器U12的输出端分别连接第四比较器U13的第二输入端A2和第五比较器U14的第一输入端A1，第四比较器U13的第一输入端 A1分别连接第二十一电阻R21的第一端和第二十二电阻R22的第一端，第二十一电阻R21的第二端接地，第二十二电阻R22的第二端连接第一电源+5V，第四比较器U13的输出端Ao输出电流过流BIT信号W3，若第四比较器U13 的第二输入端电压小于第一输入端电压，则电流过流BIT信号W3不正常并接入外部告警器件提示告警。

第五比较器U14的第二输入端A2分别连接第二十三电阻R23的第一端和第二十四电阻R24的第一端，第二十三电阻R23的第二端接地，第二十四电阻 R24的第二端连接第一电源+5V，第五比较器U14的输出端Ao输出电流欠流BIT信号W5，若第五比较器U14的第一输入端电压大于第二输入端电压，则电流欠流BIT信号W5不正常并接入外部告警器件提示告警。

可选的，外部告警器件为LED灯、蜂鸣器或其他具有告警提示功能的器件。

需要说明的是，本申请的各个与门、比较器、温度传感器和电流检测器均采用现有市售模组，在此不作详细介绍。

与传统的发射机相比，本申请的全固态发射机采用四级放大并且仅采用两组功率分配/合成器，不仅简化了发射链路，最终实现400W以上的功率输出，利用较窄的工作频带(带宽200MHz)，设计了低损耗的3dB输入/输出电桥和 H面波导功分/功合器，拥有较高的功合效率。图1还公开了全固态发射机中各个器件的增益/损耗系数以及各级功率，其中“+”代表增益、“-”代表损耗，根据实测结果表面，采用本申请的全固态发射机将发射激励信号(3dBm)通过四级功率放大后，在发射脉宽为500us，占空比20％的条件下，在9.3GHz～9.5GHz 的频带范围内，最终全固态发射机的输出功率为56.6dBm(即457W)，其合成效率与传统的发射机相比提升了30％。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型X波段全固态发射机，其特征在于，包括馈电网络以及依次相连的两级GaAs功率放大器、第一放大模块、微带隔离器、第一微带耦合器、第一同轴波导转换器、第二放大模块、波导双定向探针耦合器和波导环形/隔离器，第一级GaAs功率放大器的输入端作为全固态发射机的输入端接入射频信号，所述波导环形/隔离器的输出端作为所述全固态发射机的输出端连接天线端口；所述馈电网络用于给所述两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块供电，所述第一同轴波导转换器用于将微带转换成波导，输入至所述全固态发射机的微小射频信号经过所述两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块的四级放大输出高功率射频信号。

2.根据权利要求1所述的新型X波段全固态发射机，其特征在于，所述第一放大模块包括3dB输入电桥、3dB输出电桥和GaN功率放大器，GaN功率放大器Ⅰ的输入端连接所述3dB输入电桥的第一输出端，GaN功率放大器Ⅱ的输入端连接所述3dB输入电桥的第二输出端，所述3dB输入电桥的输入端连接第二级GaAs功率放大器，所述GaN功率放大器Ⅰ的输出端连接所述3dB输出电桥的第一输入端，所述GaN功率放大器Ⅱ的输出端连接所述3dB输出电桥的第二输入端，所述3dB输出电桥的输出端连接所述微带隔离器；

所述第二放大模块包括波导功分器、波导功合器以及两路依次相连的第二同轴波导转换器、输入匹配电路、GaN功率管、输出匹配电路、第二微带耦合器和第三同轴波导转换器，所述波导功分器的输入端连接所述第一同轴波导转换器，所述波导功分器的两个输出端分别连接所述第二同轴波导转换器，所述第二同轴波导转换器用于将波导转换成微带，所述波导功合器的两个输入端分别连接所述第三同轴波导转换器，所述第三同轴波导转换器用于将微带转换成波导，所述波导功合器的输出端连接所述波导双定向探针耦合器。

3.根据权利要求1所述的新型X波段全固态发射机，其特征在于，所述全固态发射机还包括脉冲调制电路，经所述馈电网络分配输出给所述两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块的电压先通过所述脉冲调制电路实现负电掉电保护后，再给所述两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块供电；

第一脉冲调制电路包括二极管、三极管、第一与门、第一驱动器和MOS管，所述第一与门的第一输入端接入脉冲调制信号，同时还经过第一电阻接地，所述第一与门的第二输入端作为负电掉电保护的使能端通过第二电阻和第三电阻连接第一二极管的阳极，所述第二电阻和第三电阻的公共端连接第一电源，所述第一二极管的阴极连接第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极连接所述馈电网络的第一负电源，所述三极管的基级连接所述第一二极管和第二二极管的公共端后通过第四电阻接地，所述三极管的集电极连接所述第一与门的第二输入端，所述三极管的发射极接地，所述第一与门的输出端分别连接所述第一驱动器的两个输入端，同时还通过第五电阻接地，所述第一驱动器的第一输出端连接第二MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极连接所述馈电网络的两级GaAs功率放大器的漏压供电电源，所述第二MOS管的漏极连接第二级GaAs功率放大器，所述第一驱动器的第二输出端连接第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极连接所述第一电源，所述第一MOS管的漏极连接第一级GaAs功率放大器；若所述第一负电源掉电时，所述第一与门输出低电平，则所述第一驱动器不导通从而所述第一MOS管和第二MOS管也不导通，实现负电掉电保护功能。

4.根据权利要求3所述的新型X波段全固态发射机，其特征在于，第二脉冲调制电路包括第二驱动器和第三MOS管，所述第二驱动器的输入端通过第六电阻接入脉冲调制信号，同时还经过所述第六电阻和第七电阻接地，所述第二驱动器的使能端通过第八电阻连接所述第一负电源，同时还通过第一电容接地，所述第二驱动器的电源端和所述第三MOS管的源极分别连接所述馈电网络的GaN功率放大器的漏压供电电源，所述第二驱动器的电源端还分别通过第二电容、第三电容接地，所述第二驱动器的输出端通过第九电阻连接所述第三MOS管的栅极，第十电阻接在所述第三MOS管的栅极和源极之间，所述第三MOS管的漏极连接所述GaN功率放大器；若所述第一负电源掉电时，所述第二驱动器输出高电平，则所述第三MOS管不导通，实现负电掉电保护功能；所述第二驱动器的下拉端口连接所述第三MOS管的漏极，实现所述第三MOS管的漏极快速放电功能；

第三脉冲调制电路包括第三驱动器和第四MOS管，所述第三驱动器与所述第二驱动器的输入端、使能端、输出端和下拉端口的连接电路结构相同，所述第三驱动器的电源端和所述第四MOS管的源极分别连接所述馈电网络的GaN功率管的漏压供电电源，所述第三驱动器的电源端还分别通过第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容和第九电容接地；若所述第一负电源掉电时，所述第三驱动器输出高电平，则所述第四MOS管不导通，实现负电掉电保护功能；所述第三驱动器的下拉端口连接所述第四MOS管的漏极，实现所述第四MOS管的漏极快速放电功能。

5.根据权利要求3所述的新型X波段全固态发射机，其特征在于，所述全固态发射机还包括脉冲调制BIT告警电路，包括第二与门、第三与门和第四与门，所述第二与门的第一输入端连接温度BIT信号、第二输入端连接发射输出口驻波BIT信号，所述第二与门的输出端连接所述第四与门的第一输入端，所述第三与门的第一输入端连接电流过流BIT信号、第二输入端连接脉冲调制输入信号，所述第三与门的输出端连接所述第四与门的第二输入端，所述第四与门的输出端输出所述脉冲调制信号；若所述温度BIT信号、发射输出口驻波BIT信号、电流过流BIT信号和脉冲调制输入信号中有任何一个为低电平，则所述脉冲调制BIT告警电路输出的所述脉冲调制信号也为低电平，各个所述脉冲调制电路不导通，所述两级GaAs功率放大器、第一放大模块和第二放大模块不工作。

6.根据权利要求2所述的新型X波段全固态发射机，其特征在于，所述全固态发射机还包括功率BIT告警电路，包括电感、第三二极管和第一比较器，所述第三二极管的阳极作为所述功率BIT告警电路的输入端分别连接所述第一微带耦合器和第二微带耦合器的输出端，同时还通过电感接地，所述第三二极管的阴极分别连接第十电容的第一端、第十一电阻的第一端和第一比较器的第一输入端，所述第十电容的第二端和第十一电阻的第二端均接地，所述第一比较器的第二输入端分别连接第十二电阻的第一端和第十三电阻的第一端，所述第十二电阻的第二端和第一比较器的电源端分别连接第一电源，所述第十三电阻的第二端和第一比较器的地端均接地，所述第一比较器的输出端输出功率BIT信号；若所述第一比较器的第一输入端电压小于第二输入端电压，则所述功率BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警。

7.根据权利要求1所述的新型X波段全固态发射机，其特征在于，所述全固态发射机还包括温度BIT告警电路，用于监测所述第一放大模块和第二放大模块中的高功率器件，包括温度传感器和第二比较器，所述温度传感器靠近所述第一放大模块和第二放大模块中的高功率器件放置；所述第二比较器的第一输入端连接所述温度传感器，所述第二比较器的第二输入端分别连接第十四电阻的第一端和第十五电阻的第一端，所述温度传感器的电源端、第十四电阻的第二端和第二比较器的电源端分别连接第一电源，所述第十五电阻的第二端和第二比较器的地端均接地，所述第二比较器的输出端输出温度BIT信号；若所述第二比较器的第一输入端电压大于第二输入端电压，则所述温度BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警。

8.根据权利要求6所述的新型X波段全固态发射机，其特征在于，所述全固态发射机还包括天线口匹配BIT告警电路，包括第四二极管和第三比较器，所述第三比较器的第二输入端与所述第一比较器的第一输入端的连接电路结构相同，所述第四二极管的阳极作为所述天线口匹配BIT告警电路的输入端连接所述波导双定向探针耦合器的反向端，所述第三比较器的第一输入端分别连接第十六电阻的第一端和第十七电阻的第一端，所述第十六电阻的第二端接地，所述第十七电阻的第二端连接所述第一电源，所述第三比较器的输出端输出发射输出口驻波BIT信号；若所述第三比较器的第二输入端电压大于第一输入端电压，则所述发射输出口驻波BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警。

9.根据权利要求3所述的新型X波段全固态发射机，其特征在于，所述全固态发射机还包括电流BIT告警电路，包括电流检测器、第四比较器和第五比较器，所述电流检测器的正输入端分别连接第十八电阻的第一端、第十九电阻的第一端和第二十电阻的第一端，所述第十八电阻、第十九电阻和第二十电阻的第一端组成的公共端连接所述脉冲调制电路，所述电流检测器的负输入端分别连接第十八电阻的第二端、第十九电阻的第二端和第二十电阻的第二端，所述第十八电阻、第十九电阻和第二十电阻的第二端组成的公共端连接所述脉冲调制电路对应的高功率器件，所述第十八电阻、第十九电阻和第二十电阻为功率电阻，所述电流检测器的输出端分别连接所述第四比较器的第二输入端和第五比较器的第一输入端，所述第四比较器的第一输入端分别连接第二十一电阻的第一端和第二十二电阻的第一端，所述第二十一电阻的第二端接地，所述第二十二电阻的第二端连接所述第一电源，所述第四比较器的输出端输出电流过流BIT信号，若所述第四比较器的第二输入端电压小于第一输入端电压，则所述电流过流BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警；

所述第五比较器的第二输入端分别连接第二十三电阻的第一端和第二十四电阻的第一端，所述第二十三电阻的第二端接地，所述第二十四电阻的第二端连接所述第一电源，所述第五比较器的输出端输出电流欠流BIT信号，若所述第五比较器的第一输入端电压大于第二输入端电压，则所述电流欠流BIT信号不正常并接入外部告警器件提示告警。

10.根据权利要求2所述的新型X波段全固态发射机，其特征在于，所述输入匹配电路包括阻抗线、电容、第二十五电阻和第一扇形线，第十一电容的第一端作为所述输入匹配电路的输入端连接所述第二同轴波导转换器，所述第十一电容的第二端作为所述输入匹配电路的输出端连接所述GaN功率管的栅极，第一阻抗线连接在所述第十一电容的两端，所述第十一电容的第二端依次通过第二阻抗线、所述第一扇形线、所述第二十五电阻后分别连接第十三电容的第一端、第十四电容的第一端、第十五电容的第一端和所述馈电网络的GaN功率管的栅压供电电源，所述第十三电容、第十四电容和第十五电容的第二端均接地；

所述输出匹配电路包括阻抗线、电容、第二十六电阻和第二扇形线，第十二电容的第一端作为所述输出匹配电路的输入端连接所述GaN功率管的漏极，所述第十二电容的第二端作为所述输出匹配电路的输出端连接所述第二微带耦合器，第三阻抗线连接在所述第十二电容的两端，所述第十二电容的第一端依次通过第四阻抗线、所述第二扇形线后分别连接所述第二十六电阻的第一端、第十七电容的第一端、第十八电容的第一端和第二脉冲调制电路/第三脉冲调制电路，所述第二十六电阻的第二端连接第十六电容的第一端，所述第十六电容、第十七电容和第十八电容的第二端均接地，所述输入匹配电路和输出匹配电路实现对所述GaN功率管输入输出的阻抗匹配。

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