控制宽带高斯脉冲高功率射频发射机的峰值功率和脉冲宽度的方法和装置

本发明涉及用于控制高功率发射机发射脉冲幅度和功率参数的方法和 装置。

本发明可以用于控制宽带高斯脉冲高功率射频发射机的峰值功率和脉 冲宽度。

本发明可以用于例如射频脉冲发射机这种情形，而不管脉冲的类型。

现有技术中已经有一些方法和装置用来控制高功率发射机的峰值功率 和脉冲宽度。

目前，为了在合理体积内获得大于500W的峰值功率，仍然不可避免 地要使用双极性晶体管。

常用的方法是控制n个连续共基极C类级的基极发射极偏置电流，例 如本申请人的专利EP 06685932中描述的那种。

这种方法的一个缺点是控制单元与C类双极性晶体管的电源串联，从 而引起损耗，降低发射机的效率。此外，只要负荷率超过1％，这种发射链 就需要采用冷却手段，从而限制了它例如超过500W峰值功率的机载应用。

在宽频带和工作温度大范围变化的情况下很难控制射频脉冲形状的完 整性。

本发明涉及一种用于控制高功率射频脉冲发射机脉冲参数的装置，包 括至少一个放大器，其特征在于至少还包括以下单元：

发射脉冲检测器；

视频放大器；

模拟处理装置，适合于提供与发射脉冲的宽度和功率参数有关的信息；

数字处理装置，用于接收与发射脉冲参数有关的信息提示，适合于产 生装置的控制信号，并产生装置的控制信号，该装置适合于产生由同步发 射同步的可变幅度基本高斯形状的信号，该装置适合于产生由所述同步发 射同步的可变幅度基本方波形状的信号。

本发明具有如下优点：

·利用模-数转换器或DAC和简单的运算放大器能够以数字方式 很容易地产生低压调制信号；

·利用LDMOS晶体管能够减少放大器的级数，提高发射链的效 率，从而获得更加明显的负荷率而不会过分发热。例如，发射 机的效率可以从20％提高到30％；

·本发明能够确保发射的高斯脉冲的完整性(形状、宽度等)；

·能够在整个频带范围内调节峰值功率；

·能够获得温度稳定性。

通过参考附图，阅读后面的描述，能够更加了解本发明的特征和优点， 在这些附图中：

图1说明本发明的原理；

图2A和2B是本发明中所产生的控制信号、驱动信号和调制信号的时 序图；

图3是利用脉冲电压供电的放大器的示例性结构。

本发明的方法和装置基于如下原理：通过一方面检测发射的信号，另 一方面利用可变增益射频放大器，产生具有预偏置底部的高斯形状脉冲信 号(这个底部的功能是对放大器进行偏置)给C类功率末级，所述底部的 幅度受数字反馈系统的控制。调制信号由可变幅度的高斯形状分量(从而 能够控制峰值功率)和可变幅度方波分量(从而能够产生末级或末端一些 级的预偏置)相加构成，在这个实例中，它们是C类放大器，从而获得完 全或至少大部分一致并且宽度受控的高斯形状的脉冲。

图1说明本发明示例性系统的原理。该系统包括工作在例如AB类的第 一放大器1。该放大器由例如脉冲电压供电。在第一放大器1后面的第二放 大器2工作在C类，并且由直流供电，第三放大器3工作在C类，由直流 供电。包络检测器4放在放大链的尾部，其功能是检测这个链发射的信号 的包络。这个检测器是例如经过了温度补偿的。这个检测器检测发射脉冲， 由此提取幅度信息提示和宽度信息。

将检测到的包络发送到视频放大器5，将它的输出链接到接收电压值 REF的模拟处理装置6。模拟处理装置6耦合到接收发射信号的数字处理装 置7。

数字处理装置7产生控制信号，并且将它们分别发送给数字电位器8 (从而产生高斯形状的信号)和数字电位器9(从而产生方波形状的信号)。 然后在加法器10中将这两个信号加起来。然后将这两个信号之和形成的信 号在传送给第一放大器1之前发送给放大器11。

更详细地说，模拟处理装置6提供：

·检测到的发射的峰值幅度是否大于最大门限(K1×电压REF) 的信息提示VMAX，

·检测到的发射的峰值幅度是否小于最小门限(K2×电压REF) 的信息提示VMIN，

·宽度代表最大幅度5％或10％上检测到的发射脉冲的脉冲(更容 易鉴别高斯类型的信号)；

数字处理装置7提供：

·与发射同步的AB类调制器级的脉冲电源的控制信号，

·模/数转换器DAC和数字电位器的控制信号，从而能够产生利用 同步发射同步的可变幅度高斯形状的信号，

·模拟开关和数字电位器的控制信号，从而能够产生利用同步发 射同步的可变幅度方波形状的信号，

·数字电位器的控制是“向上/向下”类型的，根据从模拟处理收 到的信息提示(幅度太大或太小，宽度太大或太小)，将单个增 量或减量发送给每个同步发射。

通过例如调整视频放大器的增益来选择输出端的峰值功率。

系统的温度稳定性只依赖于检测器和视频放大器的稳定性，其它变化 由反馈自动补偿。

系统的频率稳定性只依赖于耦合器和检测器的频率灵敏度，其它变化 由反馈自动补偿。

耦合器方向性不够的时候，在这一级的输出端增加环行器12能够显著 地提高系统不受输出端状况变化影响的能力。

峰值功率的精度只依赖于耦合器、检测器、视频放大器和环行器构成 的组件的频率灵敏度和温度灵敏度。

图2是数字处理装置收到的同步发射控制的时序图，放大器1的脉冲 电源控制的时序图，本发明的系统产生的应用于放大链输入端第一放大器 的调制的时序图。

在图2A中画出的是用于功率控制的信号。画出了在图1的点A、B和 C处的同步信号、电源控制信号和包络。

在图2B中画出的是用于宽度控制的信号。同样，画出了同步和电源控 制信号以及调制信号。图中还画出了在图1的点A、B和C处的射频信号 的包络。

图3画出了工作在射频功率放大脉冲范围的LDMOS晶体管。

晶体管的栅极G接收频率调制信号，并且由栅极电源供电。漏极D通 过低损耗开关20连接到直流电源。开关20由信号sync控制，用于同步已 调制信号的发射。漏极电流只在给漏极供电的时候存在。快速双定向电压 钳位装置22针对这种工作方式中的固有过压供有效保护，其中钳位电压的 值在漏极峰值电源和LDMOS晶体管漏源击穿电压之间。电容器23用于射 频去耦。

必要的瞬时能量由大容量储能电容器21和串联小电阻提供，电容器32 的电容值是根据发射机的负荷率计算出来的。这一技术选择能够减少损耗。

低损耗开关是用例如MOSPOWER晶体管制作的。因此能够承受很高 的峰值漏极电流，并且具有低损耗的特点。

栅极电源VG可以是：

·增益控制可变直流电压，例如可变增益放大器；

·用作调制器的级的调制信号；

·栅极电压可以是幅度受控的，这一级的静态漏极电流的调整， 射频增益的调整。