王華元

摘要介紹一種L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件的工作原理，描述了功放組件的設(shè)計要點和測試結(jié)果。該功放組件性能優(yōu)良，工作穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞L波段；功放組件；功率管

中圖分類號：TN925 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0009-02

1概述

固態(tài)發(fā)射機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，特別是雷達數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，更是給固態(tài)發(fā)射機提供了大量的應(yīng)用場合。脈沖固態(tài)功放組件作為固態(tài)發(fā)射機的核心部件。固態(tài)功放組件與電子管相比有一些突出的優(yōu)點：體積小、重量輕、工作壽命長；工作電壓低，可靠性高；系統(tǒng)效率高[1]。

本文介紹一種L波段920 W大功率固態(tài)功率放大組件。其主要特點為可靠性高，輸出功率帶內(nèi)起伏小，抗振特性好等特點。

2設(shè)計目標(biāo)

L波段920 W固態(tài)功率放大組件的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

工作頻率：f0±10 MHz；

輸入峰值功率：13 W±0.5 dB；

輸出峰值功率：≥920 W；

脈沖寬度：≤10 μs；

工作比：≤10%。

3系統(tǒng)設(shè)計

3.1 組件工作原理

實現(xiàn)功率從13 W輸入到920 W輸出的功率放大，并完成組件自身工作狀態(tài)的指示、回饋以及故障保護。

該末級組件由一個輸出70 W左右的功率管通過降壓、衰減至50W后推動一個290 W輸出功率管，以此輸出再推動四個290 W功率管，進行四合一功率合成，輸出脈沖峰值功率約920W。除了完成上述射頻鏈路外，該固態(tài)組件內(nèi)部還有BITE電路。用來對組件的工作狀態(tài)進行判斷和保護，組件的原理框圖見圖1。

圖1組件原理框圖

3.2 電壓調(diào)整及BITE

電壓調(diào)整電路的作用是根據(jù)中間級功率管所需輸入功率大小，通過調(diào)節(jié)70W放大器單管的工作電壓進而控制其輸出予以完成。電壓調(diào)整由LM117K三端穩(wěn)壓塊完成。

組件BITE的作用是完成該組件的狀態(tài)檢測、保護、指示和回饋。因輸出脈沖最窄只有0.4 μS，對電路中的視頻運放和比較器的速度應(yīng)有相關(guān)要求。

過溫檢測由安裝在組件內(nèi)的一個溫度繼電器完成，在檢測點溫度高于65℃時，給出低電平作過熱故障。耦合、檢波后的視頻脈沖信號在BITE電路內(nèi)經(jīng)放大、比較電路完成對所給信號的判斷，以確定組件是否工作正常，并能將這些狀態(tài)通過光耦送給發(fā)射監(jiān)控，同時在BITE板上通過發(fā)光二極管給出相應(yīng)的狀態(tài)指示。

考慮組件密封，用于狀態(tài)指示的發(fā)光二極管并沒有常規(guī)的做法安裝在組件面板，但為了方便調(diào)機，用小型發(fā)光二極管放在BITE板上。

BITE電路判斷組件有過溫、過壓、欠壓中的任何一個故障時都將通過上述的LM117K三端穩(wěn)壓塊關(guān)斷70 W放大器的工作電壓，達到保護組件的目的。

3.3 電容量的選擇

固態(tài)功放組件在脈沖工作時，儲能電容必不可少，且為滿足脈沖頂降要求，電容量應(yīng)較大。

選擇允許脈沖內(nèi)工作電壓下降1.5%，可以通過下式求得儲能電容量為：

計算儲能電容量時，電源電壓取+40 V，τ=6.4 μS。

表1列出了功放模塊對電源和儲能電容的要求。計算按最大值進行。

表1各級功率管電容量需求

功率管 第一級 第二級

輸出峰值功率 70 W 290 W×5

工作電壓 40 V 40 V

峰值電流(單管) 4 A 20 A×5

峰值電流(總電流) 4 A 100 A

脈寬 6.4 μS 6.4 μS

儲能電容量 43 μF 1067 μF

因為給工作方式為脈沖的微波功率管供電的電解電容處于不斷的沖/放電過程，故要選擇可靠性高，等效內(nèi)阻小的電容。此設(shè)計選用的5個290 W功率管選用三個63 V-680 μF鋁電解電容，而70 W功率管則選用63 V-150 μF鋁電解電容一個。

3.4 優(yōu)化設(shè)計

計中盡量采用較成熟的技術(shù)和模塊化的設(shè)計思想，為了提高發(fā)射系統(tǒng)的可靠性，減小因外界環(huán)境引入的干擾，對組件進行了優(yōu)化設(shè)計，這些優(yōu)化設(shè)計主要體現(xiàn)在：

1）優(yōu)化組件的功率增益分配，避免過高的增益導(dǎo)致組件內(nèi)部產(chǎn)生的電磁兼容等問題。

2）四個290 W單管放大器單元的驅(qū)動級輸出采用衰減器控制輸入，保證了驅(qū)動功率在合理范圍，提高可靠性。

3）針對電磁兼容問題在組件內(nèi)合成時使用帶狀線功率合成器，同時也降低了合成損耗。

3.5 研制結(jié)果

經(jīng)過測試，L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件上升沿小于150 ns，效率大于40%，其實物外形圖如圖2所示，其輸出測試結(jié)果如表2所示。

圖2L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件實物外形圖

表2L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件測試結(jié)果

頻率 f0-10 MHz f0 f0+10 MHz

輸出功率（W） 1120 1100 1080

脈沖頂降（dB） 0.2 0.21 0.21

4結(jié)論

L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件測試結(jié)果滿足系統(tǒng)指標(biāo)。它具有效率高、可靠性好和易于操作等優(yōu)點。目前，該功率放大器已成功應(yīng)用于某雷達發(fā)射系統(tǒng)，并達到了良好的應(yīng)用效果。

參考文獻

[1]L波段窄脈寬500 W固態(tài)功放組件的設(shè)計[J].電子對抗技術(shù)，2004（11）.

endprint

摘要介紹一種L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件的工作原理，描述了功放組件的設(shè)計要點和測試結(jié)果。該功放組件性能優(yōu)良，工作穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞L波段；功放組件；功率管

中圖分類號：TN925 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0009-02

1概述

固態(tài)發(fā)射機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，特別是雷達數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，更是給固態(tài)發(fā)射機提供了大量的應(yīng)用場合。脈沖固態(tài)功放組件作為固態(tài)發(fā)射機的核心部件。固態(tài)功放組件與電子管相比有一些突出的優(yōu)點：體積小、重量輕、工作壽命長；工作電壓低，可靠性高；系統(tǒng)效率高[1]。

本文介紹一種L波段920 W大功率固態(tài)功率放大組件。其主要特點為可靠性高，輸出功率帶內(nèi)起伏小，抗振特性好等特點。

2設(shè)計目標(biāo)

L波段920 W固態(tài)功率放大組件的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

工作頻率：f0±10 MHz；

輸入峰值功率：13 W±0.5 dB；

輸出峰值功率：≥920 W；

脈沖寬度：≤10 μs；

工作比：≤10%。

3系統(tǒng)設(shè)計

3.1 組件工作原理

實現(xiàn)功率從13 W輸入到920 W輸出的功率放大，并完成組件自身工作狀態(tài)的指示、回饋以及故障保護。

該末級組件由一個輸出70 W左右的功率管通過降壓、衰減至50W后推動一個290 W輸出功率管，以此輸出再推動四個290 W功率管，進行四合一功率合成，輸出脈沖峰值功率約920W。除了完成上述射頻鏈路外，該固態(tài)組件內(nèi)部還有BITE電路。用來對組件的工作狀態(tài)進行判斷和保護，組件的原理框圖見圖1。

圖1組件原理框圖

3.2 電壓調(diào)整及BITE

電壓調(diào)整電路的作用是根據(jù)中間級功率管所需輸入功率大小，通過調(diào)節(jié)70W放大器單管的工作電壓進而控制其輸出予以完成。電壓調(diào)整由LM117K三端穩(wěn)壓塊完成。

組件BITE的作用是完成該組件的狀態(tài)檢測、保護、指示和回饋。因輸出脈沖最窄只有0.4 μS，對電路中的視頻運放和比較器的速度應(yīng)有相關(guān)要求。

過溫檢測由安裝在組件內(nèi)的一個溫度繼電器完成，在檢測點溫度高于65℃時，給出低電平作過熱故障。耦合、檢波后的視頻脈沖信號在BITE電路內(nèi)經(jīng)放大、比較電路完成對所給信號的判斷，以確定組件是否工作正常，并能將這些狀態(tài)通過光耦送給發(fā)射監(jiān)控，同時在BITE板上通過發(fā)光二極管給出相應(yīng)的狀態(tài)指示。

考慮組件密封，用于狀態(tài)指示的發(fā)光二極管并沒有常規(guī)的做法安裝在組件面板，但為了方便調(diào)機，用小型發(fā)光二極管放在BITE板上。

BITE電路判斷組件有過溫、過壓、欠壓中的任何一個故障時都將通過上述的LM117K三端穩(wěn)壓塊關(guān)斷70 W放大器的工作電壓，達到保護組件的目的。

3.3 電容量的選擇

固態(tài)功放組件在脈沖工作時，儲能電容必不可少，且為滿足脈沖頂降要求，電容量應(yīng)較大。

選擇允許脈沖內(nèi)工作電壓下降1.5%，可以通過下式求得儲能電容量為：

計算儲能電容量時，電源電壓取+40 V，τ=6.4 μS。

表1列出了功放模塊對電源和儲能電容的要求。計算按最大值進行。

表1各級功率管電容量需求

功率管 第一級 第二級

輸出峰值功率 70 W 290 W×5

工作電壓 40 V 40 V

峰值電流(單管) 4 A 20 A×5

峰值電流(總電流) 4 A 100 A

脈寬 6.4 μS 6.4 μS

儲能電容量 43 μF 1067 μF

因為給工作方式為脈沖的微波功率管供電的電解電容處于不斷的沖/放電過程，故要選擇可靠性高，等效內(nèi)阻小的電容。此設(shè)計選用的5個290 W功率管選用三個63 V-680 μF鋁電解電容，而70 W功率管則選用63 V-150 μF鋁電解電容一個。

3.4 優(yōu)化設(shè)計

計中盡量采用較成熟的技術(shù)和模塊化的設(shè)計思想，為了提高發(fā)射系統(tǒng)的可靠性，減小因外界環(huán)境引入的干擾，對組件進行了優(yōu)化設(shè)計，這些優(yōu)化設(shè)計主要體現(xiàn)在：

1）優(yōu)化組件的功率增益分配，避免過高的增益導(dǎo)致組件內(nèi)部產(chǎn)生的電磁兼容等問題。

2）四個290 W單管放大器單元的驅(qū)動級輸出采用衰減器控制輸入，保證了驅(qū)動功率在合理范圍，提高可靠性。

3）針對電磁兼容問題在組件內(nèi)合成時使用帶狀線功率合成器，同時也降低了合成損耗。

3.5 研制結(jié)果

經(jīng)過測試，L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件上升沿小于150 ns，效率大于40%，其實物外形圖如圖2所示，其輸出測試結(jié)果如表2所示。

圖2L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件實物外形圖

表2L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件測試結(jié)果

頻率 f0-10 MHz f0 f0+10 MHz

輸出功率（W） 1120 1100 1080

脈沖頂降（dB） 0.2 0.21 0.21

4結(jié)論

L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件測試結(jié)果滿足系統(tǒng)指標(biāo)。它具有效率高、可靠性好和易于操作等優(yōu)點。目前，該功率放大器已成功應(yīng)用于某雷達發(fā)射系統(tǒng)，并達到了良好的應(yīng)用效果。

參考文獻

[1]L波段窄脈寬500 W固態(tài)功放組件的設(shè)計[J].電子對抗技術(shù)，2004（11）.

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摘要介紹一種L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件的工作原理，描述了功放組件的設(shè)計要點和測試結(jié)果。該功放組件性能優(yōu)良，工作穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞L波段；功放組件；功率管

中圖分類號：TN925 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0009-02

1概述

固態(tài)發(fā)射機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，特別是雷達數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，更是給固態(tài)發(fā)射機提供了大量的應(yīng)用場合。脈沖固態(tài)功放組件作為固態(tài)發(fā)射機的核心部件。固態(tài)功放組件與電子管相比有一些突出的優(yōu)點：體積小、重量輕、工作壽命長；工作電壓低，可靠性高；系統(tǒng)效率高[1]。

本文介紹一種L波段920 W大功率固態(tài)功率放大組件。其主要特點為可靠性高，輸出功率帶內(nèi)起伏小，抗振特性好等特點。

2設(shè)計目標(biāo)

L波段920 W固態(tài)功率放大組件的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

工作頻率：f0±10 MHz；

輸入峰值功率：13 W±0.5 dB；

輸出峰值功率：≥920 W；

脈沖寬度：≤10 μs；

工作比：≤10%。

3系統(tǒng)設(shè)計

3.1 組件工作原理

實現(xiàn)功率從13 W輸入到920 W輸出的功率放大，并完成組件自身工作狀態(tài)的指示、回饋以及故障保護。

該末級組件由一個輸出70 W左右的功率管通過降壓、衰減至50W后推動一個290 W輸出功率管，以此輸出再推動四個290 W功率管，進行四合一功率合成，輸出脈沖峰值功率約920W。除了完成上述射頻鏈路外，該固態(tài)組件內(nèi)部還有BITE電路。用來對組件的工作狀態(tài)進行判斷和保護，組件的原理框圖見圖1。

圖1組件原理框圖

3.2 電壓調(diào)整及BITE

電壓調(diào)整電路的作用是根據(jù)中間級功率管所需輸入功率大小，通過調(diào)節(jié)70W放大器單管的工作電壓進而控制其輸出予以完成。電壓調(diào)整由LM117K三端穩(wěn)壓塊完成。

組件BITE的作用是完成該組件的狀態(tài)檢測、保護、指示和回饋。因輸出脈沖最窄只有0.4 μS，對電路中的視頻運放和比較器的速度應(yīng)有相關(guān)要求。

過溫檢測由安裝在組件內(nèi)的一個溫度繼電器完成，在檢測點溫度高于65℃時，給出低電平作過熱故障。耦合、檢波后的視頻脈沖信號在BITE電路內(nèi)經(jīng)放大、比較電路完成對所給信號的判斷，以確定組件是否工作正常，并能將這些狀態(tài)通過光耦送給發(fā)射監(jiān)控，同時在BITE板上通過發(fā)光二極管給出相應(yīng)的狀態(tài)指示。

考慮組件密封，用于狀態(tài)指示的發(fā)光二極管并沒有常規(guī)的做法安裝在組件面板，但為了方便調(diào)機，用小型發(fā)光二極管放在BITE板上。

BITE電路判斷組件有過溫、過壓、欠壓中的任何一個故障時都將通過上述的LM117K三端穩(wěn)壓塊關(guān)斷70 W放大器的工作電壓，達到保護組件的目的。

3.3 電容量的選擇

固態(tài)功放組件在脈沖工作時，儲能電容必不可少，且為滿足脈沖頂降要求，電容量應(yīng)較大。

選擇允許脈沖內(nèi)工作電壓下降1.5%，可以通過下式求得儲能電容量為：

計算儲能電容量時，電源電壓取+40 V，τ=6.4 μS。

表1列出了功放模塊對電源和儲能電容的要求。計算按最大值進行。

表1各級功率管電容量需求

功率管 第一級 第二級

輸出峰值功率 70 W 290 W×5

工作電壓 40 V 40 V

峰值電流(單管) 4 A 20 A×5

峰值電流(總電流) 4 A 100 A

脈寬 6.4 μS 6.4 μS

儲能電容量 43 μF 1067 μF

因為給工作方式為脈沖的微波功率管供電的電解電容處于不斷的沖/放電過程，故要選擇可靠性高，等效內(nèi)阻小的電容。此設(shè)計選用的5個290 W功率管選用三個63 V-680 μF鋁電解電容，而70 W功率管則選用63 V-150 μF鋁電解電容一個。

3.4 優(yōu)化設(shè)計

計中盡量采用較成熟的技術(shù)和模塊化的設(shè)計思想，為了提高發(fā)射系統(tǒng)的可靠性，減小因外界環(huán)境引入的干擾，對組件進行了優(yōu)化設(shè)計，這些優(yōu)化設(shè)計主要體現(xiàn)在：

1）優(yōu)化組件的功率增益分配，避免過高的增益導(dǎo)致組件內(nèi)部產(chǎn)生的電磁兼容等問題。

2）四個290 W單管放大器單元的驅(qū)動級輸出采用衰減器控制輸入，保證了驅(qū)動功率在合理范圍，提高可靠性。

3）針對電磁兼容問題在組件內(nèi)合成時使用帶狀線功率合成器，同時也降低了合成損耗。

3.5 研制結(jié)果

經(jīng)過測試，L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件上升沿小于150 ns，效率大于40%，其實物外形圖如圖2所示，其輸出測試結(jié)果如表2所示。

圖2L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件實物外形圖

表2L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件測試結(jié)果

頻率 f0-10 MHz f0 f0+10 MHz

輸出功率（W） 1120 1100 1080

脈沖頂降（dB） 0.2 0.21 0.21

4結(jié)論

L波段920 W固態(tài)脈沖功率放大組件測試結(jié)果滿足系統(tǒng)指標(biāo)。它具有效率高、可靠性好和易于操作等優(yōu)點。目前，該功率放大器已成功應(yīng)用于某雷達發(fā)射系統(tǒng)，并達到了良好的應(yīng)用效果。

參考文獻

[1]L波段窄脈寬500 W固態(tài)功放組件的設(shè)計[J].電子對抗技術(shù)，2004（11）.

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