CN219459020U - 适用于x波段连续波导航雷达的功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其可有效提高信号强度，同时可减少噪声引入，其包括顺次连接的一次放大单元、电桥分路放大单元、信号合成单元，一次放大单元一端为射频信号输入端，另一端连接电桥分路放大单元，一次放大单元用于对射频信号进行一次放大，电桥分路放大单元用于将放大信号分为：第一放大信号、第二放大信号，并进行二次放大，信号合成单元包括顺次连接的电桥W45、第一耦合器、短路抑制器、滤波器、第二耦合器一端，电桥W45用于将电桥分路放大单元输出的两路信号合成，第二耦合器的另一端为信号合成单元的输出端，用于输出合成信号，信号合成单元的输出端连接天线。

Description

适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器

技术领域

本实用新型涉及功率放大器技术领域，具体为一种适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器。

背景技术

雷达发射的电磁波频率(波长)范围主要通过雷达波段表示，X波段雷达(简称XBR)指波长在3厘米以下的雷达装置，其具有上下左右各50度的视角，能够360度旋转侦察各个方向的目标。目前常用X波段雷达为X波段连续波导航雷达，主要应用于航海导航技术领域。

雷达的探测距离与其发射功率相关，提高发射功率有利于提升雷达探测距离，目前常用的功率放大装置包括低噪声放大器芯片(简称LAN)、功率放大器(简称PA)，低噪声放大器芯片主要应用于接收机中，对微弱信号进行放大，但大多数低噪声放大器芯片的1分贝压缩输出功率(即P1dB)在15dbm以下，信号强度较低，无法满足X波段连续波导航雷达的信号发射需求，而功率放大器虽然可以实现信号强度提升，用于发射机中，但其引入噪声远高于低噪声放大器芯片。另外，连续波雷达的工作模式为同发同收(即发射信号的同时接收信号)，使得功率放大器长期处于工作状态，功耗较大，散热问题不易解决。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其可有效提高信号强度，同时可减少噪声引入，可降低功耗。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，其包括顺次连接的一次放大单元、电桥分路放大单元、信号合成单元，所述一次放大单元一端为射频信号输入端，另一端连接所述电桥分路放大单元，所述一次放大单元用于对射频信号进行一次放大，所述电桥分路放大单元用于将放大信号分为：第一放大信号、第二放大信号，并将第一放大信号、第二放大信号进行二次放大，所述信号合成单元包括顺次连接的电桥W45、第一耦合器、短路抑制器、滤波器W48、第二耦合器一端，所述电桥W45用于将所述电桥分路放大单元输出的两路信号合成，第二耦合器的另一端为所述信号合成单元的输出端，所述信号合成单元的输出端即为功率放大器的输出端，用于输出合成信号，所述信号合成单元的输出端连接天线。

其进一步特征在于，

所述一次放大单元包括放大器芯片U28，所述放大器芯片U28的1管脚分别连接射频信号输入电路一端、第一电压控制保护电路一端，所述射频信号输入电路的另一端连接所述射频信号输入端，用于输入射频信号，所述第一电压控制保护电路另一端连接第一控制信号输入端，用于输入第一控制信号，第一控制信号通过所述第一电压控制保护电路控制所述放大器芯片U28的电压，所述放大器芯片U28用于对所述射频信号进行一次放大，所述放大器芯片U28的3管脚通过电容C235连接电桥W7的4管脚，所述电桥W7用于将一次放大后的射频信号分为两路输出：放大射频信号输出端TX_DOWN、放大射频信号输出端TX_UP；

所述射频信号输入电路包括电阻R371、R372、R373、电容C234；

所述第一电压控制保护电路包括三极管Q15、PNP通用双晶体管Q16及第一外围电路；

所述电桥分路放大单元包括并联的第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元，第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的输入端分别连接放大射频信号输出端TX_DOWN、放大射频信号输出端TX_UP，所述第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的输出端连接所述信号合成单元的电桥W45；

所述第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的结构相同，均包括两级信号放大电路：第一级放大电路、第二级放大电路，所述第一级放大电路与所述第二级放大电路的结构相同；所述第一级放大电路均包括放大器芯片U29、第二电压控制保护电路，第二级放大电路均包括放大器芯片U20、第三电压控制保护电路；

所述第一电桥分路放大单元中，第一级放大电路、第二级放大电路的连接结构为：所述放大器芯片U29的1管脚通过电容C252连接所述放大射频信号输出端TX_DOWN、并通过第二电压控制保护电路连接第二控制信号输入端，用于输入第二控制信号，第二控制信号通过第二电压控制保护电路控制放大器芯片U29的电压，所述放大器芯片U29的3管脚通过电容C253分别连接所述放大器芯片U20的1管脚、并通过第三电压控制保护电路连接第三控制信号输入端，用于输入第三控制信号，第三控制信号通过第三电压控制保护电路控制放大器芯片U20的电压，所述放大器芯片U20的3管脚通过电容C254连接所述信号合成单元中电桥W45的3管脚；

所述第二电压控制保护电路包括三极管Q17、NPN通用双晶体管Q19、第二外围电路；

所述第三电压控制保护电路包括三极管Q18、NPN通用双晶体管Q20、第三外围电路；

在所述第二电桥分路放大单元中，第一级放大电路、第二级放大电路的连接结构与第一电桥分路放大单元中的结构一致，不同之处在于：在所述第二电桥分路放大单元中，第一级放大电路的射频信号输入端通过电容C253连接放大射频信号输出端TX_UP，放大器芯片U20的3管脚通过电容C254连接信号合成单元中电桥W45的2管脚。

采用本实用新型上述结构可以达到如下有益效果：该功率放大器电路中设置有顺次连接的一次放大单元、电桥分路放大单元、信号合成单元，一次放大单元用于对射频信号进行一次放大，电桥分路放大单元用于将放大信号分为：第一放大信号、第二放大信号，并将第一放大信号、第二放大信号进行二次放大，因此射频输入信号经一次放大单元一次放大、电桥分路放大单元再次放大后，实现了微弱信号的饱和放大，从而使功率放大器输出的信号强度显著提升。并且，信号合成单元包括顺次连接的电桥W45、第一耦合器、短路抑制器、滤波器、第二耦合器，第一耦合器、第二耦合器、滤波器均具有信号抗干扰作用，从而有效降低了噪声对输出信号的干扰，即减少了噪声引入，降低了功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型一次放大单元的电路原理图；

图3为本实用新型第一电桥分路放大单元的电路原理图；

图4为本实用新型第二电桥分路放大单元的电路原理图；

图5为本实用新型信号合成单元的电路原理图；

图6为本实用新型任一放大器芯片工作状态下的仿真效果图；

图7为本实用新型任一电桥工作状态下的仿真效果图。

附图说明：一次放大单元1、电桥分路放大单元2、第一级放大电路201、第二级放大电路202、信号合成单元3、信号稳定电路301。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，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的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

针对现有技术中存在的低噪声放大器芯片输出功率低、信号强度低，无法满足X波段连续波导航雷达发射需求，而功率放大器易引入噪声，功耗大的技术问题，以下提供了一种适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器的具体实施例，见图1，其包括顺次连接的一次放大单元1、电桥分路放大单元2、信号合成单元3，一次放大单元1一端为射频信号输入端，另一端连接电桥分路放大单元，一次放大单元1用于对射频信号进行一次放大，电桥分路放大单元2用于将放大信号分为：第一放大信号、第二放大信号，并将第一放大信号、第二放大信号进行二次放大，见图5，信号合成单元3包括顺次连接的电桥W45、第一耦合器W46、短路抑制器W47、滤波器W48、第二耦合器W49一端，本实施例中，电桥W45为3db电桥，第一耦合器为平行耦合微带线，短路抑制器W47可采用短路短截线、滤波器W48为平行耦合微带带通滤波器、第二耦合器W49为平行耦合微带线，电桥W45用于将电桥分路放大单元输出的两路信号合成，第二耦合器的另一端为信号合成单元的输出端，信号合成单元的输出端即为功率放大器的输出端，用于输出合成信号，信号合成单元的输出端连接天线。

见图2，一次放大单元包括放大器芯片U28，放大器芯片U28的1管脚分别连接射频信号输入电路一端、第一电压控制保护电路一端，射频信号输入电路的另一端连接射频信号输入端，用于输入射频信号，第一电压控制保护电路另一端连接第一控制信号输入端，用于输入第一控制信号，第一控制信号通过第一电压控制保护电路控制放大器芯片U28的电压，放大器芯片U28用于对射频信号进行一次放大，放大器芯片U28的3管脚通过电容C235连接电桥W7的4管脚，电桥W7用于将一次放大后的射频信号分为两路输出：放大射频信号输出端TX_DOWN、放大射频信号输出端TX_UP。

射频信号输入电路包括电阻R371、R372、R373、电容C234，电阻R371、R372的一端连接射频信号输入端TX_IN，电阻R371另一端分别连接电阻R373一端、电容C234一端，电容C234另一端分别连接第一电压控制保护电路中的电阻R367一端、电容C233一端、放大器芯片U28的1管脚。

第一电压控制保护电路包括三极管Q15、PNP通用双晶体管Q16及第一外围电路，第一外围电路包括第一电阻R358～R367、R370、第一电容C226～C234，通过第一控制信号及第一外围电路控制三极管Q15、PNP通用双晶体管Q16的导通与关断；第一电压控制保护电路中三极管Q15、PNP通用双晶体管Q16及第一外围电路的具体电路连接结构详见图2，PNP通用双晶体管Q16的型号为BC857BS，放大器芯片U28的型号为BFP650。

电桥分路放大单元包括并联的第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元，第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的输入端分别连接放大射频信号输出端TX_DOWN、放大射频信号输出端TX_UP，第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的输出端连接信号合成单元的电桥W45。

第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的结构相同，均包括两级信号放大电路：第一级放大电路、第二级放大电路，第一级放大电路与第二级放大电路的结构相同，第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的第一级放大电路的射频信号输入端分别连接放大射频信号输出端TX_DOWN、放大射频信号输出端TX_UP，第一级放大电路的输出端通过电容C253连接第二级放大电路的射频信号输入端；第一级放大电路均包括放大器芯片U29、第二电压控制保护电路，第二级放大电路均包括放大器芯片U20、第三电压控制保护电路。

第一电桥分路放大单元中，见图3，第一级放大电路201、第二级放大电路202的连接结构为：放大器芯片U29的1管脚通过电容C252连接放大射频信号输出端TX_DOWN、并通过第二电压控制保护电路连接第二控制信号输入端，用于输入第二控制信号，第二控制信号通过第二电压控制保护电路控制放大器芯片U29的电压，放大器芯片U29的3管脚通过电容C253分别连接放大器芯片U20的1管脚、并通过第三电压控制保护电路连接第三控制信号输入端，用于输入第三控制信号，第三控制信号通过第三电压控制保护电路控制放大器芯片U20的电压，放大器芯片U20的3管脚通过电容C254连接信号合成单元中电桥W45的3管脚。

第二电压控制保护电路包括三极管Q17、NPN通用双晶体管Q19、第二外围电路，第二外围电路包括第二电阻、第二电容，通过第二控制信号及第二外围电路控制三极管Q17、NPN通用双晶体管Q19的导通与关断；第三电压控制保护电路包括三极管Q18、NPN通用双晶体管Q20、第三外围电路，第三外围电路包括若干第三电阻、第三电容，通过第三控制信号及第三外围电路控制三极管Q18、NPN通用双晶体管Q20的导通与关断；第二电压控制保护电路中三极管Q17、NPN通用双晶体管Q19及第二外围电路的电路连接结构、第三电压控制保护电路中三极管Q18、NPN通用双晶体管Q20及第三外围电路的电路连接结构见图3；

在第二电桥分路放大单元中，见图4，第一级放大电路、第二级放大电路的连接结构与第一电桥分路放大单元中的结构一致，不同之处在于：在第二电桥分路放大单元中，第一级放大电路的射频信号输入端通过电容C253连接放大射频信号输出端TX_UP，放大器芯片U20的3管脚通过电容C254连接信号合成单元中电桥W45的2管脚。

本申请中，为进一步提高信号稳定性，信号合成电路中还设置有信号稳定电路301，信号稳定电路301包括三极管Q39、射频二极管D17、D18、D19、双二极管D20、D21、D22、第二短路电压抑制器D22、PNP通用双二极管Q37、Q38及第四外围电路，第四外围电路包括电阻R549、R551、R553～R572、电容C393～C399，详见图5，该信号稳定电路301通过第二耦合器W49将信号耦合，经过射频二极管D19将信号强弱转换为电压幅度，再通过外部信号控制射频二极管D17、D18控制信号关断，从而起到对输出信号的稳定和保护作用。

将本申请功率放大器用于X波段连续波导航雷达的发射器中，S1、射频输入信号经射频信号输入端TX_IN及射频信号输入电路发送至一次放大电路中的放大器芯片U28的1管脚，同时，第一控制信号控制第一电压控制保护电路中的三极管Q15导通、PNP通用双二极管Q16导通，给放大器芯片U28提供电压源VCC_TX_5V；

S2、放大器芯片U28对射频输入信号一次放大后，发送给电桥W7，电桥W7将一次放大后的信号分成两路，经射频信号输出端口TX_DOWN、射频信号输出端口TX_UP分别发送给第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元；

S3、一次放大后的一路射频信号发送至第一电桥分路放大单元中的放大器芯片U29的1管脚，同时第二电压控制保护电路控制三极管Q17导通、PNP通用双二极管Q19导通，放大器芯片U29对射频信号进行一级放大，一级放大后的信号经电容C253发送给放大器芯片U30的1管脚，同时，第三电压控制保护电路控制三极管Q18、PNP通用双二极管Q19导通，放大器芯片U30对信号进行二级放大，从而实现两级放大，两级放大后的射频信号发送给信号合成单元中的电桥W45的2管脚；

S4、与步骤S3同时，一次放大后的另一路射频信号发送至第二电桥分路放大单元中的放大器芯片U29的1管脚，同时第二电压控制保护电路控制三极管Q17导通、PNP通用双二极管Q19导通，放大器芯片U29对射频信号进行一级放大，一级放大后的信号经电容C253发送给放大器芯片U30的1管脚，同时，第三电压控制保护电路控制三极管Q18、PNP通用双二极管Q19导通，放大器芯片U30对信号进行二级放大，从而将两路信号分别放大推至饱和，将两级放大后的射频信号发送给信号合成单元中的电桥W45的3管脚；

S5、信号合成单元中的电桥W45对两路输入信号进行合成，并依次经第一耦合器W46耦合、短路抑制器W47对短路信号抑制、滤波器W48滤波、第二耦合器W49耦合至连接器J3的天线，通过天线将放大后的信号发射出去。该功率放大器将射频信号一次放大后再分成两条链路分别放大推至饱和，有效提升了输出的功率，相较于单路链路，提升了3db的增益，并且发射链路更为稳定，单路链路一旦链路上某一个环节出现异常，就会导致整个链路失效，而合成链路，可以在其中一路出现问题的状况下，另一路仍能保持正常工作，从而确保了该功率放大器的输出端有连续的信号发送。

图6为放大器芯片的工作效果图，图6中6a为刚性系数变化曲线图，横轴表示发射频率，纵轴表示刚性系数，从6a可以看出，放大器芯片在工作过程中，刚性系数始终大于1，表明放大器芯片工作稳定，6b为输入驻波系数变化曲线图，横轴表示发射频率，纵轴表示输入驻波系数，从6b可以看出，在点m1时，曲线凹陷部最深，凹陷越深，表明放大器芯片放大效果越好，在频率为9.360GHz时，放大器芯片处于最优工作状态，6c为NF噪声系数变化曲线图，横轴为频率，纵轴为NF噪声系数，从6c可以看出，在频率9.380GHz时，NF噪声系数为1.985，噪声系数低于2.5，表明受噪声影响较小，6d为增益曲线图，横轴表示频率，纵轴表示增益，从6d可以看出，在曲线点m2时，频率为9.380GHz时，放大器芯片的输入与输出之比为6.201，达到最优，6e为输出驻波系数，横轴表示频率，纵轴表示输出驻波系数，从该6e可以看出，在点m3时，曲线凹陷最深，表明放大器芯片此时处于较优工作状态。

图7为电桥的工作效果图，横轴表示频率，纵轴表示S参数，三条曲线分别表示参数S21、S11、S31，用于显示该微带器件的三个端口的性能，以电桥S45为例，S21表示电桥W45的2管脚与其1管脚的驻波比曲线，S11表示电桥S45的1管脚的驻波比曲线，S31表示电桥W45的3管脚与1管脚的驻波比曲线，从图4、图5可以看出，在该功率放大器中，放大器芯片、电桥均可工作于正常状态，并且频率可达9.380GHz，相比于现有的15dbm，发射频率显著提升，因此，本申请功率放大器能够满足X波段连续波导航雷达的功率发射需求。

以上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，均应认为包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，其包括顺次连接的一次放大单元、电桥分路放大单元、信号合成单元，所述一次放大单元一端为射频信号输入端，另一端连接所述电桥分路放大单元，所述一次放大单元用于对射频信号进行一次放大，所述电桥分路放大单元用于将放大信号分为：第一放大信号、第二放大信号，并将第一放大信号、第二放大信号进行二次放大，所述信号合成单元包括顺次连接的电桥W45、第一耦合器、短路抑制器、滤波器W48、第二耦合器一端，所述电桥W45用于将所述电桥分路放大单元输出的两路信号合成，第二耦合器的另一端为所述信号合成单元的输出端，所述信号合成单元的输出端即为功率放大器的输出端，用于输出合成信号，所述信号合成单元的输出端连接天线。

2.根据权利要求1所述的适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，所述一次放大单元包括放大器芯片U28，所述放大器芯片U28的1管脚分别连接射频信号输入电路一端、第一电压控制保护电路一端，所述射频信号输入电路的另一端连接所述射频信号输入端，用于输入射频信号，所述第一电压控制保护电路另一端连接第一控制信号输入端，用于输入第一控制信号，所述放大器芯片U28用于对所述射频信号进行一次放大，所述放大器芯片U28的3管脚通过电容C235连接电桥W7的4管脚，所述电桥W7用于将一次放大后的射频信号分为两路输出，两路信号输出端为：射频信号输入端TX_IN、放大射频信号输出端TX_DOWN。

3.根据权利要求2所述的适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，所述射频信号输入电路包括电阻R371、R372、R373、电容C234，所述电阻R371、R372的一端连接所述射频信号输入端TX_IN，所述电阻R371另一端分别连接所述电阻R373一端、电容C234一端，所述电容C234另一端分别连接第一电压控制保护电路中的电阻R367一端、电容C233一端、放大器芯片U28的1管脚。

4.根据权利要求3所述的适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，所述第一电压控制保护电路包括三极管Q15、PNP通用双晶体管Q16及第一外围电路，所述第一外围电路包括若干第一电阻、第一电容，通过所述第一控制信号及第一外围电路控制所述三极管Q15、PNP通用双晶体管Q16的导通与关断。

5.根据权利要求4所述的适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，所述电桥分路放大单元包括并联的第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元，所述第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的输入端分别连接放大射频信号输出端TX_DOWN、放大射频信号输出端TX_UP，所述第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的输出端分别连接所述信号合成单元的电桥W45。

6.根据权利要求5所述的适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，所述第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的结构相同，均包括两级信号放大电路：第一级放大电路、第二级放大电路，所述第一级放大电路与所述第二级放大电路的结构相同，所述第一电桥分路放大单元、第二电桥分路放大单元的所述第一级放大电路的射频信号输入端分别连接所述放大射频信号输出端TX_DOWN、放大射频信号输出端TX_UP，所述第一级放大电路的输出端通过电容C253连接所述第二级放大电路的射频信号输入端，所述第二级放大电路的射频信号输出端连接所述信号合成单元；所述第一级放大电路均包括放大器芯片U29、第二电压控制保护电路，第二级放大电路均包括放大器芯片U20、第三电压控制保护电路。

7.根据权利要求6所述的适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，所述第一电桥分路放大单元中，第一级放大电路、第二级放大电路的连接结构为：所述放大器芯片U29的1管脚通过电容C252连接所述放大射频信号输出端TX_DOWN、并通过第二电压控制保护电路连接第二控制信号输入端，用于输入第二控制信号，所述放大器芯片U29的3管脚通过电容C253分别连接所述放大器芯片U20的1管脚、并通过第三电压控制保护电路连接第三控制信号输入端，用于输入第三控制信号，所述放大器芯片U20的3管脚通过电容C254连接所述信号合成单元中电桥W45的3管脚。

8.根据权利要求7所述的适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，所述第二电压控制保护电路包括三极管Q17、NPN通用双晶体管Q19、第二外围电路，所述第二外围电路包括若干第二电阻、第二电容，通过第二控制信号及第二外围电路控制所述三极管Q17、NPN通用双晶体管Q19的导通与关断。

9.根据权利要求8所述的适用于X波段连续波导航雷达的功率放大器，其特征在于，所述第三电压控制保护电路包括三极管Q18、NPN通用双晶体管Q20、第三外围电路，第三外围电路包括若干第三电阻、第三电容，通过第三控制信号及第三外围电路控制三极管Q18、NPN通用双晶体管Q20的导通与关断。