CN215340294U - 基于多通道复用的雷达功放组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多通道复用的雷达功放组件，包括控制单元、制冷系统、电源单元、多工器和天线；控制单元的输入端与电源单元连接，控制单元的输出端与制冷系统连接；制冷系统分别与电源单元和多工器连接；多工器的输出端与天线连接；制冷系统包括多个相同的功放模块，每个功放模块均包括依次顺序连接的移相器电路、功率管A1、功率管A2、功率管A3、功率管A4和滤波器。本实用新型的设计能使每路功放模块既可以单独工作，又可以相互独立的同时工作，单独工作是就可以作为两个单独通道，一起工作时，作为一个通道，覆盖的频带带宽为两个通道的带宽，可以根据实际需要随意选择，提高了雷达功放组件的复用效率。

Description

基于多通道复用的雷达功放组件

技术领域

本实用新型涉及雷达多通道复用技术领域，尤其涉及基于多通道复用的雷达功放组件。

背景技术

功放组件作为雷达前端的重要组成部分，主要完成射频功率的发射。一套雷达系统只有一个发射通道。随着行业的发展，雷达覆盖的频带越来越宽。不同的频带就需要不同的功放组件。在现有的工程设计中，还是按照一套系统一个发射通道的设计。为了满足多通道同时工作的目的。在传统的设计方案是设计多个雷达来实现多通道工作，以覆盖多个频带。这种方案实施起来比较麻烦，成本比较昂贵，体积比较大。

如申请号为CN205608174U的专利申请公开了一种基于复用方式的多频多通道数字化高频雷达接收机，包括发射信号合成部分、接收部分、时钟部分和PC机；发射信号合成部分包括依次相连的数控振荡模块、数模转换模块和滤波器模块；接收部分包括依次相连的滤波器、模数转换模块、数字下变频模块、USB数据传输模块；时钟部分分别与发射信号合成部分的数控振荡模块、数模转换模块、接收部分的模数转换模块、数字下变频模块、USB数据传输模块相连。USB数据传输模块与PC机相连。该方案的数字下变频模块虽然采用时分复用方式，可以减小内部噪声，但是整体体积比较大，且不能实现超宽带功率放大器单通道或多通道同时工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，为解决现阶段雷达通道单一、覆盖的频带范围不够宽的问题，提供一种基于多通道复用的雷达功放组件，在一套雷达系统中设计一套功放组件，它可以集成多套功放组件，通过不同的级联方式，利用双工器来合成通过宽带天线输出，使功放组件相互独立的在不同频带内工作，可以根据需要实现单通道或多通道同时工作。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于多通道复用的雷达功放组件，包括控制单元、制冷系统、电源单元、双工器和天线；控制单元的输入端与电源单元连接，控制单元的输出端与制冷系统连接；制冷系统分别与电源单元和双工器连接；双工器的输出端与天线连接。

具体的，所述制冷系统包括多个相同的功放模块，每个功放模块均包括移相器电路、功率管A1、功率管A2、功率管A3、功率管A4和滤波器；移相器电路、功率管A1、功率管A2、功率管A3、功率管A4和滤波器依次顺序连接。

具体的，所述控制单元包括FPGA芯片、MCU芯片和GPIB接口模块；FPGA芯片与MCU芯片连接；MCU芯片与GPIB接口模块连接。

具体的，所述双工器为波导双工器，传输损耗小，承受功率大。

具体的，所述电源单元包括屏蔽盒和设置在屏蔽盒内部的穿心电容、电压检测电路和供电电源，供电电源的输出端与穿心电容连接；穿心电容分别与控制单元和电压检测电路连接；电压检测电路与移相器电路连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型每路功放模块既可以单独工作，又可以相互独立的同时工作，单独工作是就可以作为两个单独通道，一起工作时，作为一个通道，覆盖的频带带宽为两个通道的带宽。可以根据实际需要随意选择。

附图说明

图1是本实用新型的设备原理框图。

图2是本实用新型实施例的功放组件框图。

图3是本实用新型实施例的功放模块链路图。

图4是本实用新型实施例的功放模块组成框图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

本实施例中，如图1所示，一种基于多通道复用的雷达功放组件，包括控制单元、制冷系统、电源单元、双工器和天线；控制单元的输入端与电源单元连接，控制单元的输出端与制冷系统连接；制冷系统分别与电源单元和双工器连接；双工器的输出端与天线连接。

具体的，所述制冷系统包括多个相同的功放模块，每个功放模块均包括移相器电路、功率管A1、功率管A2、功率管A3、功率管A4和滤波器；移相器电路、功率管A1、功率管A2、功率管A3、功率管A4和滤波器依次顺序连接。

具体的，所述控制单元包括FPGA芯片、MCU芯片和GPIB接口模块；FPGA芯片与MCU芯片连接；MCU芯片与GPIB接口模块连接。

具体的，所述双工器为波导双工器，传输损耗小，承受功率大。

具体的，所述电源单元包括屏蔽盒和设置在屏蔽盒内部的穿心电容、电压检测电路和供电电源，供电电源的输出端与穿心电容连接；穿心电容分别与控制单元和电压检测电路连接；电压检测电路与移相器电路连接。

本实用新型的实施例中，以设计一个工作频带为L1和L2 ，输出功率为100W的2通道的功放组件为例。功放组件采用模块化设计，内部有功放模块、双工器、制冷系统、电源管理、控制单元几大部分组成。其结构紧凑，易于调试，维修，功耗小。模块自身带有控制保护功能，包含开短路，过流，过热，反射过大保护以及故障诊断输出。同时该模块具备部件设置及状态监测，能与上级监控进行数据交互。多通道功放发射阵列与发射天线阵列配合使用，采用与天线直接电缆连接的形式，功放放置于机箱内，采用液冷散热。组成原理图如图2所示，两路功放模块受控于控制单元，每路功放阵列间需保证幅度和相位一致性。经过双工器合成输出。

两路功放模块在设计时，设计的思路，原理是与多通道复用的雷达功放组件相同的。设计思路为：功放模块采用4级功率放大，输入端加入π型匹配网络，网络的衰减值为3dB,可以改善输入驻波，减小放大器端口反射对信号源的影响，第一级增益14dB，第二级增益20dB，第三级增益10dB，第四级增益10dB，总增益之和为51dB。功放链路如图3所示。

输出功率采用高效率设计原则，末级放大采用180W功率管。将功率设计到120W（功放降额33%使用），效率优于63%，增益优于15dB。推动功率管，采用8W功率管，在实际使用时，按照最大效率设计，同时，输出功率优于4W，效率优于55%。内部电源模块，采用DC/DC线性模块，转换效率高，体积小。功放模块最终设计组成如图4所示，在末级输出端增加一个滤波器，滤波器采用高矩形系数，设计出来的滤波器带外抑制比较高，这样能有效的抑制谐波，杂散信号。滤波器能进一步提高功放输出效率，也能排除无用信号的干扰。两路功放模块的信号输入端口增加移相器电路，可以调节相位，使相位一致性得到保障。

控制模块以FPGA+MCU为核心控制芯片，FPGA采用ALTERA公司的EP4CE10，该FPGA有10K的门电路，EP4CE10需要外挂ROM存储，ROM选用EPCS16I8N,存储容量为64KBYTE。MCU选用STM32F103，内部含有时钟倍频电路，最大可倍频至72MHz。FPGA完成设备内部控制，MCU完成对外通信。FPGA与多片ADC芯片、运放等组合完成控制模块的各种保护功能。MCU与GPIB接口模块组合完成设备与外部设备之间的通信。GPIB接口模块完成GPIB接口与RS232之间的接口转换。控制模块控制电源模块每组电源的输出实现对其他模块的电源控制。电源模块开机时，只有控制模块的电源为常供电源，功放模块和面板上的电源皆受控制模块控制。控制模块通过对取样信号进行检波、A/D变换，实现对功放模块输出功率的监测。控制模块对功放模块正向电压的分析，并比对预置的功率表-电压表，查表实现对设备输出功率的监测、指示。控制模块内部集成FLASH，容量为2MByte，接口为SPI，接口速率为10Mbit/s。储存历次试验数据，当FLASH储存满时，需刷新存储数据，重新存储数据。用户可通过通信端口读取数据。

双工器采用波导双工器，传输损耗小，承受功率大。电源管理部分作为设备供电控制部分，其内部采用集成电路，方便缩小体积，同时可以进行多路电压输出，直接供给功放使用，而且通过内部的电流，电压检测电路能够实时检测放大器工作状态，并且及时进行状态上报。保证设备工作的温度性。并且防止射频功率对电源控制产生干扰，电源管理部分采用屏蔽盒处理，穿心电容作为电源状态输出，保证电磁兼容性。

滤波器在功放的设计中也是比较重要的一个环节。此处的滤波器能改善本频带的射频信号，也能起到一个选址的作用。在多个频带同时工作时，邻频带的信号会对本频道的信号进行干扰，设计高矩形系数的滤波器，非本频带的信号就会被滤除掉。

本实用新型设计的雷达功放模块所能达到的技术指标包括：1、工作频段为1.1～1.3GHz ；2、输出增益为50dBm；3、噪声系数为小于3dB；4、三阶互调优于30dBc ；5、端口隔离度优于30dB；6、谐波优于50dB；7、输入电压为28V ；8、功耗小于100W；工作温度范围为-40°C〜+60°C 。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.基于多通道复用的雷达功放组件，其特征在于，包括控制单元、制冷系统、电源单元、双工器和天线；控制单元的输入端与电源单元连接，控制单元的输出端与制冷系统连接；制冷系统分别与电源单元和双工器连接；双工器的输出端与天线连接。

2.根据权利要求1所述的基于多通道复用的雷达功放组件，其特征在于，所述制冷系统包括多个相同的功放模块，每个功放模块均包括移相器电路、功率管A1、功率管A2、功率管A3、功率管A4和滤波器；移相器电路、功率管A1、功率管A2、功率管A3、功率管A4和滤波器依次顺序连接。

3.根据权利要求1所述的基于多通道复用的雷达功放组件，其特征在于，所述控制单元包括FPGA芯片、MCU芯片和GPIB接口模块；FPGA芯片与MCU芯片连接；MCU芯片与GPIB接口模块连接。

4.根据权利要求1所述的基于多通道复用的雷达功放组件，其特征在于，所述双工器为波导双工器。

5.根据权利要求1所述的基于多通道复用的雷达功放组件，其特征在于，所述电源单元包括屏蔽盒和设置在屏蔽盒内部的穿心电容、电压检测电路和供电电源，供电电源的输出端与穿心电容连接；穿心电容分别与控制单元和电压检测电路连接；电压检测电路与移相器电路连接。

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