CN216599611U - 一种大功率空用短波电台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大功率空用短波电台，包括接收激励器、功放控制单元、天线调谐器、后选器、功率放大器、谐波滤波器、低通滤波器和短波天线，接收激励器与音频设备连接，输出端分别与功放控制单元、天线调谐器连接，功放控制单元分别与后选器、功率放大器和谐波滤波器连接，接收激励器的发射信道射频激励输出端与后选器射频输入端连接，后选器射频输出端与功率放大器射频输入端连接，功率放大器射频输出端与谐波滤波器射频输入端连接，谐波滤波器射频输出端与低通滤波器射频输入端连接，低通滤波器射频输出端与天线调谐器射频输入端连接，天线调谐器射频输出端与短波天线连接。本实用新型可极大降低短波电台发射时产生的噪声、杂散等信号。
Description
技术领域
本实用新型属于短波通信领域，具体涉及一种大功率空用短波电台。
背景技术
在军用特种系列飞机平台上装备的短波电台作为重要的中、远距离通信手段，其额定发射功率在400W左右(最高可达500W)，由于短波电台发射功率非常大，其产生的射频辐射干扰会影响机上其他电子装备的正常工作，以往的航电系统架构是在短波电台收发信机后端配装一个高阻带衰减特性的大功率低通滤波器，在108MHz～400MHz及960MHz～1300MHz频段内发射宽带噪声只能达到-145dBm/Hz左右，且需要占用较大的空间和重量，已不适用于新型特种飞机的装机要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种大功率空用短波电台，解决一直以来存在的大功率短波电台发射影响飞机上其他电子装备正常工作的问题，可极大降低短波电台发射时产生的噪声、杂散等信号，且可大幅节省体积和重量，提高整个航电系统的工作效能。
实现本实用新型目的的技术方案为：一种大功率空用短波电台，包括接收激励器、功放控制单元、天线调谐器、后选器、功率放大器、谐波滤波器、低通滤波器和短波天线，所述接收激励器通过音频接口与音频设备连接，输出端分别与功放控制单元、天线调谐器连接，功放控制单元分别与后选器、功率放大器和谐波滤波器连接，接收激励器的发射信道射频激励输出端与后选器射频输入端连接，后选器射频输出端与功率放大器射频输入端连接，功率放大器射频输出端与谐波滤波器射频输入端连接，谐波滤波器射频输出端与低通滤波器射频输入端连接，低通滤波器射频输出端与天线调谐器射频输入端连接，天线调谐器射频输出端与短波天线连接。
进一步的，所述接收激励器包括A/D变换模块、FPGA处理器和D/A变换模块，所述A/D变换将模拟音频信号转换为数字信号发送至FPGA处理器，FPGA处理器将数字信号转换成基带IQ信号并进行上变频发送至D/A变换模块，D/A变换模块进行变换后输出调制的射频信号。
进一步的，所述后选器包括控制电路和射频处理电路，所述控制电路包括MCU单元、Flash存储器和译码器，射频处理电路包括第一射频放大器、第二射频放大器、调谐窄带滤波器、带通滤波器、第一射频开关、第二射频开关和检测器；所述MCU单元输入端与功放控制单元连接，输出端与Flash存储器输入端连接；Flash存储器输出端分别与调谐窄带滤波器输入端和译码器输入端连接，译码器输出端分别与第一射频开关、第二射频开关输入端连接；第一射频放大器射频输入端与接收激励器和检测器连接，射频输出端与第一射频开关射频输入端连接；第一射频开关射频输出端与调谐窄带滤波器射频输入端连接，调谐窄带滤波器射频输出端与第二射频开关射频输入端连接，第二射频开关射频输出端与第二射频放大器射频输入端连接，第二射频放大器射频输出端与带通滤波器射频输入端连接，带通滤波器射频输出端分别与检测器和功率放大器连接。
进一步的，所述MCU单元输入端通过异步串口与功放控制单元连接。
进一步的，所述第一射频放大器和第二射频放大器的总增益为23dB，所述调谐窄带滤波器包括4个不同波段和1个旁路全波段，所述第一射频开关和第二射频开关为五选一射频开关，所述译码器输出5个信号，其中1个为高电平信号、4个为低电平信号。
进一步的，所述功率放大器包括阻抗匹配器、输入放大级、驱动放大级和末级放大级，其中输入放大级和后选器集成为一体。输入放大级射频输入端与接收激励器连接，射频输出端与阻抗匹配器射频输入端连接；阻抗匹配器射频输出端与驱动放大级射频输入端连接，驱动放大级射频输出端与末级放大级射频输入端连接，末级放大级射频输出端与谐波滤波器射频输入端连接。
进一步的，所述驱动放大级增益为20dB，末级放大级增益为22dB，所述驱动放大级前端连接的阻抗匹配器为一个衰减量3dB的π型固定衰减器。
进一步的，所述低通滤波器为两阶LC型30MHz低通滤波器。
进一步的，所述接收激励器通过RS485总线接口与功放控制单元、天线调谐器连接，所述功放控制单元通过离散控制接口与功率放大器连接，通过并行控制接口与谐波滤波器连接器。
本实用新型与现有技术相比，其显著效果为：本实用新型采用高射频激励、低功放增益的设计，实现短波电台发射时在100MHz以上频率的宽带噪声值不大于-165dBm/Hz；本实用新型将放大器分为三个放大级，增强稳定性；本实用新型在功率放大器前端内置后选器，可极大降低短波电台发射时产生的噪声、杂散等信号，解决一直以来存在的大功率短波电台发射影响飞机上其他电子装备正常工作的问题；本实用新型的接收激励器基于零中频发射技术，与超外差式的激励器相比，发射信道在实现上只需DAC和FPGA两种关键器件，不需混频电路，且后级只需一级放大即可实现射频激励信号输出，极大简化电路设计且可大幅节省体积和重量；本实用新型可实现机上短波电台和其他电子装备的协同工作，且集成化程度高，有效提高整个航电系统的作战使用效能。
附图说明
图1为实施例中大功率空用短波电台组成示意图。
图2为实施例中功率放大器组成示意图。
图3为实施例中后选器组成示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型设计了一种新型的大功率空用短波电台发射通路架构，通过采用高射频激励、低功放增益的设计方案，实现短波电台发射时在100MHz以上频率的宽带噪声值不大于-165dBm/Hz。大功率空用短波电台组成示意图如图1所示，包括接收激励器、功放控制单元、天线调谐器、后选器、功率放大器、谐波滤波器、LC低通滤波器与短波天线，接收激励器通过音频接口与音频设备连接，通过RS485总线接口与功放控制单元连接，通过RS485总线接口与天线调谐器连接；功放控制单元通过异步串口与后选器连接，通过离散控制接口与功率放大器连接，通过并行控制接口与谐波滤波器连接器；接收激励器的发射信道射频激励输出端与后选器射频输入端连接，后选器射频输出端与功率放大器射频输入端连接，功率放大器射频输出端与谐波滤波器射频输入端连接，谐波滤波器射频输出端与LC低通滤波器射频输入端连接，LC低通滤波器射频输出端与天线调谐器射频输入端连接，天线调谐器射频输出端与短波天线连接。
接收激励器基于零中频发射技术，与采用超外差式的激励器相比，发射信道在实现上只需DAC和FPGA两种关键器件，不需混频电路，且后级只需一级放大即可实现射频激励信号输出，极大简化电路设计，射频激励信号相位噪声及杂散性能得到很大提高。接收激励器在发射时，根据工作种类对音频设备送来的模拟话音信号进行A/D变换，然后由FPGA数据内插、基带调制转换成基带IQ信号，基带IQ信号再由FPGA进行上变频，最后经D/A变换后变成已调制的射频信号。已调射频信号经带通滤波、宽带线性放大作为射频激励信号送往功率放大器处理，同时对该激励信号电平进行检测，用于自检时判断发射信道状态。
接收激励器输出的射频激励信号幅度在5dBm±2dB范围内，100MHz以上频率的宽带噪声值不超过-150dBm/Hz。而要实现空用短波电台输出400W±1dB(56dBm±1dB)额定功率，功率放大器的总增益至少应在54dBm以上。考虑到功率放大器频响以及谐波滤波器损耗、环境等因素的影响，功率放大器增益必须有一定的设计余量，综合考虑功率放大器增益需设定为57dB，频响小于2dB，才可保证短波电台在各种使用条件下输出400W左右的额定功率。
由于功率放大器的稳定性不仅和各放大级的输入信号大小有关，还和各放大级的增益有关。输入信号越大，增益越高，就越不稳定。兼顾考虑增益、互调和稳定性，较合理的增益分配是将功率放大器分为三个放大级，即输入放大级、驱动放大器和末级放大级。为提高功率放大器射频输入端和接收激励器射频激励输出端的匹配性能，在输入放大级前端设计一个阻抗为50Ω的π型固定衰减器(衰减量3dB)。由于谐波滤波器内部低通滤波器的阻带衰减特性，对100MHz以上部分频段的衰减量不超过30dB。即收发信机输出的射频信号宽带噪声为-150dBm/Hz+60dBm/Hz-30dBm/Hz＝-120dBm/Hz。
为此在空用短波电台收发信机的功率放大器前端内置一种后选器，用于滤除接收激励器输出的高次谐波、杂散和宽带噪声信号，同时将功率放大器的输入放大级和后选器一体化集成设计，如图2所示。输入放大级射频输入端与接收激励器连接，射频输出端与阻抗匹配器射频输入端连接；阻抗匹配器射频输出端与驱动放大级射频输入端连接，驱动放大级射频输出端与末级放大级射频输入端连接，末级放大级射频输出端与谐波滤波器射频输入端连接。为大幅降低高次谐波、杂散和宽带噪声信号，按照输入放大级增益在后选器内部将放大电路分配为两级放大，且每级放大器输出均由滤波器进一步滤波处理。
后选器由控制电路和射频处理电路组成，控制电路包含MCU单元、Flash存储器和译码器等，射频处理电路主要由第一射频放大器1、第二射频放大器2、调谐窄带滤波器、带通滤波器、五选一射频开关和检测器等组成，如图3所示。MCU输入端与功放控制单元连接，输出端与Flash存储器输入端连接；Flash存储器输出端与调谐窄带滤波器输入端和译码器输入端连接，译码器输出端与射频开关1输入端和射频开关2输入端连接；第一射频放大器1射频输入端与接收激励器和检测器连接，射频输出端与第一射频开关1射频输入端连接；第一射频开关1射频输出端与调谐窄带滤波器射频输入端连接，调谐窄带滤波器射频输出端与第二射频开关2射频输入端连接，第二射频开关2射频输出端与第二射频放大器2射频输入端连接，第二射频放大器2射频输出端与带通滤波器射频输入端连接，带通滤波器射频输出端与检测器和功率放大器连接。
后选器通过异步串口接收功放控制单元送来的频率控制信息，该异步串口具有数据效验机制，可保证数据可靠传输。后选器采用带休眠功能的MCU单元完成接口控制，MCU单元通过异步串口获得分辨率为1kHz的HF频段(2.0～30.000MHz)频率信息，首先根据频率信息判断得到调谐窄带滤波器4个波段的某一波段信息或旁路信息，然后送出3比特的控制信号至译码器，由译码器输出5个信号用于控制4个波段和1个作为旁路的全波段。5个信号中有1个为高电平、4个为低电平，其中高电平信号使某一波段的N沟道MOSFET导通并驱动PIN管导通，这时该波段的调谐窄带滤波器接入，而其它波段的PIN管截止，在射频通道上断开。
后选器利用MCU单元控制Flash存储器将通过PC机自动调试过程中“学习”获得的各频率点对应的调谐数据存储，然后根据当前工作频率“映射”获得11位调谐数据，这11位调谐数据驱动调谐窄带滤波器的高压型PIN开关来完成快速调谐，使窄带滤波器的中心频率接近工作频率。
后选器的激励输入和激励输出信号送往信号检测器,由信号检测器根据一定的转换系数将射频信号转化为直流电平信号，经功放控制单元送往接收激励器，用于自检时判断后选器状态。
考虑到后选器调谐窄带滤波器和带通滤波器的插入损耗，将两级放大器的总增益设计为23dB，可保证后选器增益不小于17dB，且带内互调小于-45dB。来自接收激励器的射频激励信号经第一射频放大器1放大到15dBm±3dB，首先送入调谐窄带滤波器进行滤波，调谐窄带滤波器输出射频信号幅度为10dBm±3dB。该射频信号再经第二射频放大器2放大、带通滤波后输出22dBm±3dB的高射频激励信号。调谐窄带滤波器对工作频点±10％以外有40dB以上衰减，后级的2MHz～30MHz带通滤波器对100MHz以上频率也有40dB以上衰减，两组滤波器的阻带抑制达60dB以上，可保证后选器输出的激励信号在100MHz以上频率的宽带噪声值接近-174dBm/Hz(热噪声功率谱密度)。
基于以上设计将功率放大器增益设计为42dB，频响小于2dB，同时在其驱动放大级前端放置一个π型固定衰减器(衰减量3dB)来实现射频输入端阻抗匹配。考虑到放大器等有源器件带来的内部噪声，在谐波滤波器后端再设计一个两阶微型LC型30MHz低通滤波器，对杂散和宽带噪声抑制大于20dB即可。最终收发信机输出的射频功率信号宽带噪声为-174dBm/Hz+45dBm/Hz-30dBm/Hz-20dBm/Hz+(内部噪声)＜-165dBm/Hz。
天线调谐器对收发信机输出的射频功率信号的传输损耗很小，不会恶化短波电台的发射宽带噪声值。
Claims (10)
1.一种大功率空用短波电台，其特征在于，包括接收激励器、功放控制单元、天线调谐器、后选器、功率放大器、谐波滤波器、低通滤波器和短波天线，所述接收激励器通过音频接口与音频设备连接，输出端分别与功放控制单元、天线调谐器连接，功放控制单元分别与后选器、功率放大器和谐波滤波器连接，接收激励器的发射信道射频激励输出端与后选器射频输入端连接，后选器射频输出端与功率放大器射频输入端连接，功率放大器射频输出端与谐波滤波器射频输入端连接，谐波滤波器射频输出端与低通滤波器射频输入端连接，低通滤波器射频输出端与天线调谐器射频输入端连接，天线调谐器射频输出端与短波天线连接。
2.根据权利要求1所述的大功率空用短波电台，其特征在于，所述接收激励器基于零中频发射，包括A/D变换模块、FPGA处理器和D/A变换模块，所述A/D变换模块将模拟音频信号转换为数字信号发送至FPGA处理器，FPGA处理器将数字信号转换成基带IQ信号并进行上变频发送至D/A变换模块，D/A变换模块进行变换后输出调制的射频信号。
3.根据权利要求1所述的大功率空用短波电台，其特征在于，所述后选器包括控制电路和射频处理电路，所述控制电路包括MCU单元、Flash存储器和译码器，射频处理电路包括第一射频放大器、第二射频放大器、调谐窄带滤波器、带通滤波器、第一射频开关、第二射频开关和检测器；所述MCU单元输入端与功放控制单元连接，输出端与Flash存储器输入端连接；Flash存储器输出端分别与调谐窄带滤波器输入端和译码器输入端连接，译码器输出端分别与第一射频开关、第二射频开关输入端连接；第一射频放大器射频输入端与接收激励器和检测器连接，射频输出端与第一射频开关射频输入端连接；第一射频开关射频输出端与调谐窄带滤波器射频输入端连接，调谐窄带滤波器射频输出端与第二射频开关射频输入端连接，第二射频开关射频输出端与第二射频放大器射频输入端连接，第二射频放大器射频输出端与带通滤波器射频输入端连接，带通滤波器射频输出端分别与检测器和功率放大器连接。
4.根据权利要求3所述的大功率空用短波电台，其特征在于，所述MCU单元输入端通过异步串口与功放控制单元连接。
5.根据权利要求3所述的大功率空用短波电台，其特征在于，所述第一射频放大器和第二射频放大器的总增益为23dB，所述调谐窄带滤波器包括4个不同波段和1个旁路全波段，所述第一射频开关和第二射频开关为五选一射频开关，所述译码器输出5个信号，其中1个为高电平信号、4个为低电平信号。
6.根据权利要求1所述的大功率空用短波电台，其特征在于，所述功率放大器包括阻抗匹配器、输入放大级、驱动放大级和末级放大级，其中输入放大级和后选器集成为一体，输入放大级射频输入端与接收激励器连接，射频输出端与阻抗匹配器射频输入端连接；阻抗匹配器射频输出端与驱动放大级射频输入端连接，驱动放大级射频输出端与末级放大级射频输入端连接，末级放大级射频输出端与谐波滤波器射频输入端连接。
7.根据权利要求6所述的大功率空用短波电台，其特征在于，所述驱动放大级增益为20dB，末级放大级增益为22dB。
8.根据权利要求6所述的大功率空用短波电台，其特征在于，所述阻抗匹配器为一个衰减量3dB的π型固定衰减器。
9.根据权利要求1所述的大功率空用短波电台，其特征在于，所述低通滤波器为两阶LC型30MHz低通滤波器。
10.根据权利要求1～9任一所述的大功率空用短波电台，其特征在于，所述接收激励器通过RS485总线接口与功放控制单元、天线调谐器连接，所述功放控制单元通过离散控制接口与功率放大器连接，通过并行控制接口与谐波滤波器连接器。
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| CN202123169391.4U CN216599611U (zh) | 2021-12-16 | 2021-12-16 | 一种大功率空用短波电台 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116260533A (zh) * | 2023-05-15 | 2023-06-13 | 成都国营锦江机器厂 | 智能抗干扰超短波电台测试平台及应用方法 |
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- 2021-12-16 CN CN202123169391.4U patent/CN216599611U/zh active Active
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| CN116260533A (zh) * | 2023-05-15 | 2023-06-13 | 成都国营锦江机器厂 | 智能抗干扰超短波电台测试平台及应用方法 |
| CN116260533B (zh) * | 2023-05-15 | 2023-07-25 | 成都国营锦江机器厂 | 智能抗干扰超短波电台测试平台及应用方法 |
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