L波段大功率放大组件的设计
2014-09-01 15:29王华元
新媒体研究 2014年11期
王华元
摘要介绍一种L波段920 W固态脉冲功率放大组件的工作原理，描述了功放组件的设计要点和测试结果。该功放组件性能优良，工作稳定可靠。
关键词L波段；功放组件；功率管
中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）11-0009-02
1概述
固态发射机的应用领域越来越广泛，特别是雷达数字信号处理技术的快速发展，更是给固态发射机提供了大量的应用场合。脉冲固态功放组件作为固态发射机的核心部件。固态功放组件与电子管相比有一些突出的优点：体积小、重量轻、工作寿命长；工作电压低，可靠性高；系统效率高[1]。
本文介绍一种L波段920 W大功率固态功率放大组件。其主要特点为可靠性高，输出功率带内起伏小，抗振特性好等特点。
2设计目标
L波段920 W固态功率放大组件的主要技术指标如下：
工作频率：f0±10 MHz；
输入峰值功率：13 W±0.5 dB；
输出峰值功率：≥920 W；
脉冲宽度：≤10 μs；
工作比：≤10%。
3系统设计
3.1 组件工作原理
实现功率从13 W输入到920 W输出的功率放大，并完成组件自身工作状态的指示、回馈以及故障保护。
该末级组件由一个输出70 W左右的功率管通过降压、衰减至50W后推动一个290 W输出功率管，以此输出再推动四个290 W功率管，进行四合一功率合成，输出脉冲峰值功率约920W。除了完成上述射频链路外，该固态组件内部还有BITE电路。用来对组件的工作状态进行判断和保护，组件的原理框图见图1。
图1组件原理框图
3.2 电压调整及BITE
电压调整电路的作用是根据中间级功率管所需输入功率大小，通过调节70W放大器单管的工作电压进而控制其输出予以完成。电压调整由LM117K三端稳压块完成。
组件BITE的作用是完成该组件的状态检测、保护、指示和回馈。因输出脉冲最窄只有0.4 μS，对电路中的视频运放和比较器的速度应有相关要求。
过温检测由安装在组件内的一个温度继电器完成，在检测点温度高于65℃时，给出低电平作过热故障。耦合、检波后的视频脉冲信号在BITE电路内经放大、比较电路完成对所给信号的判断，以确定组件是否工作正常，并能将这些状态通过光耦送给发射监控，同时在BITE板上通过发光二极管给出相应的状态指示。
考虑组件密封，用于状态指示的发光二极管并没有常规的做法安装在组件面板，但为了方便调机，用小型发光二极管放在BITE板上。
BITE电路判断组件有过温、过压、欠压中的任何一个故障时都将通过上述的LM117K三端稳压块关断70 W放大器的工作电压，达到保护组件的目的。
3.3 电容量的选择
固态功放组件在脉冲工作时，储能电容必不可少，且为满足脉冲顶降要求，电容量应较大。
选择允许脉冲内工作电压下降1.5%，可以通过下式求得储能电容量为：
计算储能电容量时，电源电压取+40 V，τ=6.4 μS。
表1列出了功放模块对电源和储能电容的要求。计算按最大值进行。
表1各级功率管电容量需求
功率管 第一级 第二级
输出峰值功率 70 W 290 W×5
工作电压 40 V 40 V
峰值电流(单管) 4 A 20 A×5
峰值电流(总电流) 4 A 100 A
脉宽 6.4 μS 6.4 μS
储能电容量 43 μF 1067 μF
因为给工作方式为脉冲的微波功率管供电的电解电容处于不断的冲/放电过程，故要选择可靠性高，等效内阻小的电容。此设计选用的5个290 W功率管选用三个63 V-680 μF铝电解电容，而70 W功率管则选用63 V-150 μF铝电解电容一个。
3.4 优化设计
计中尽量采用较成熟的技术和模块化的设计思想，为了提高发射系统的可靠性，减小因外界环境引入的干扰，对组件进行了优化设计，这些优化设计主要体现在：
1）优化组件的功率增益分配，避免过高的增益导致组件内部产生的电磁兼容等问题。
2）四个290 W单管放大器单元的驱动级输出采用衰减器控制输入，保证了驱动功率在合理范围，提高可靠性。
3）针对电磁兼容问题在组件内合成时使用带状线功率合成器，同时也降低了合成损耗。
3.5 研制结果
经过测试，L波段920 W固态脉冲功率放大组件上升沿小于150 ns，效率大于40%，其实物外形图如图2所示，其输出测试结果如表2所示。
图2L波段920 W固态脉冲功率放大组件实物外形图
表2L波段920 W固态脉冲功率放大组件测试结果
频率 f0-10 MHz f0 f0+10 MHz
输出功率（W） 1120 1100 1080
脉冲顶降（dB） 0.2 0.21 0.21
4结论
L波段920 W固态脉冲功率放大组件测试结果满足系统指标。它具有效率高、可靠性好和易于操作等优点。目前，该功率放大器已成功应用于某雷达发射系统，并达到了良好的应用效果。
参考文献
[1]L波段窄脉宽500 W固态功放组件的设计[J].电子对抗技术，2004（11）.
endprint
摘要介绍一种L波段920 W固态脉冲功率放大组件的工作原理，描述了功放组件的设计要点和测试结果。该功放组件性能优良，工作稳定可靠。
关键词L波段；功放组件；功率管
中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）11-0009-02
1概述
固态发射机的应用领域越来越广泛，特别是雷达数字信号处理技术的快速发展，更是给固态发射机提供了大量的应用场合。脉冲固态功放组件作为固态发射机的核心部件。固态功放组件与电子管相比有一些突出的优点：体积小、重量轻、工作寿命长；工作电压低，可靠性高；系统效率高[1]。
本文介绍一种L波段920 W大功率固态功率放大组件。其主要特点为可靠性高，输出功率带内起伏小，抗振特性好等特点。
2设计目标
L波段920 W固态功率放大组件的主要技术指标如下：
工作频率：f0±10 MHz；
输入峰值功率：13 W±0.5 dB；
输出峰值功率：≥920 W；
脉冲宽度：≤10 μs；
工作比：≤10%。
3系统设计
3.1 组件工作原理
实现功率从13 W输入到920 W输出的功率放大，并完成组件自身工作状态的指示、回馈以及故障保护。
该末级组件由一个输出70 W左右的功率管通过降压、衰减至50W后推动一个290 W输出功率管，以此输出再推动四个290 W功率管，进行四合一功率合成，输出脉冲峰值功率约920W。除了完成上述射频链路外，该固态组件内部还有BITE电路。用来对组件的工作状态进行判断和保护，组件的原理框图见图1。
图1组件原理框图
3.2 电压调整及BITE
电压调整电路的作用是根据中间级功率管所需输入功率大小，通过调节70W放大器单管的工作电压进而控制其输出予以完成。电压调整由LM117K三端稳压块完成。
组件BITE的作用是完成该组件的状态检测、保护、指示和回馈。因输出脉冲最窄只有0.4 μS，对电路中的视频运放和比较器的速度应有相关要求。
过温检测由安装在组件内的一个温度继电器完成，在检测点温度高于65℃时，给出低电平作过热故障。耦合、检波后的视频脉冲信号在BITE电路内经放大、比较电路完成对所给信号的判断，以确定组件是否工作正常，并能将这些状态通过光耦送给发射监控，同时在BITE板上通过发光二极管给出相应的状态指示。
考虑组件密封，用于状态指示的发光二极管并没有常规的做法安装在组件面板，但为了方便调机，用小型发光二极管放在BITE板上。
BITE电路判断组件有过温、过压、欠压中的任何一个故障时都将通过上述的LM117K三端稳压块关断70 W放大器的工作电压，达到保护组件的目的。
3.3 电容量的选择
固态功放组件在脉冲工作时，储能电容必不可少，且为满足脉冲顶降要求，电容量应较大。
选择允许脉冲内工作电压下降1.5%，可以通过下式求得储能电容量为：
计算储能电容量时，电源电压取+40 V，τ=6.4 μS。
表1列出了功放模块对电源和储能电容的要求。计算按最大值进行。
表1各级功率管电容量需求
功率管 第一级 第二级
输出峰值功率 70 W 290 W×5
工作电压 40 V 40 V
峰值电流(单管) 4 A 20 A×5
峰值电流(总电流) 4 A 100 A
脉宽 6.4 μS 6.4 μS
储能电容量 43 μF 1067 μF
因为给工作方式为脉冲的微波功率管供电的电解电容处于不断的冲/放电过程，故要选择可靠性高，等效内阻小的电容。此设计选用的5个290 W功率管选用三个63 V-680 μF铝电解电容，而70 W功率管则选用63 V-150 μF铝电解电容一个。
3.4 优化设计
计中尽量采用较成熟的技术和模块化的设计思想，为了提高发射系统的可靠性，减小因外界环境引入的干扰，对组件进行了优化设计，这些优化设计主要体现在：
1）优化组件的功率增益分配，避免过高的增益导致组件内部产生的电磁兼容等问题。
2）四个290 W单管放大器单元的驱动级输出采用衰减器控制输入，保证了驱动功率在合理范围，提高可靠性。
3）针对电磁兼容问题在组件内合成时使用带状线功率合成器，同时也降低了合成损耗。
3.5 研制结果
经过测试，L波段920 W固态脉冲功率放大组件上升沿小于150 ns，效率大于40%，其实物外形图如图2所示，其输出测试结果如表2所示。
图2L波段920 W固态脉冲功率放大组件实物外形图
表2L波段920 W固态脉冲功率放大组件测试结果
频率 f0-10 MHz f0 f0+10 MHz
输出功率（W） 1120 1100 1080
脉冲顶降（dB） 0.2 0.21 0.21
4结论
L波段920 W固态脉冲功率放大组件测试结果满足系统指标。它具有效率高、可靠性好和易于操作等优点。目前，该功率放大器已成功应用于某雷达发射系统，并达到了良好的应用效果。
参考文献
[1]L波段窄脉宽500 W固态功放组件的设计[J].电子对抗技术，2004（11）.
endprint
摘要介绍一种L波段920 W固态脉冲功率放大组件的工作原理，描述了功放组件的设计要点和测试结果。该功放组件性能优良，工作稳定可靠。
关键词L波段；功放组件；功率管
中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）11-0009-02
1概述
固态发射机的应用领域越来越广泛，特别是雷达数字信号处理技术的快速发展，更是给固态发射机提供了大量的应用场合。脉冲固态功放组件作为固态发射机的核心部件。固态功放组件与电子管相比有一些突出的优点：体积小、重量轻、工作寿命长；工作电压低，可靠性高；系统效率高[1]。
本文介绍一种L波段920 W大功率固态功率放大组件。其主要特点为可靠性高，输出功率带内起伏小，抗振特性好等特点。
2设计目标
L波段920 W固态功率放大组件的主要技术指标如下：
工作频率：f0±10 MHz；
输入峰值功率：13 W±0.5 dB；
输出峰值功率：≥920 W；
脉冲宽度：≤10 μs；
工作比：≤10%。
3系统设计
3.1 组件工作原理
实现功率从13 W输入到920 W输出的功率放大，并完成组件自身工作状态的指示、回馈以及故障保护。
该末级组件由一个输出70 W左右的功率管通过降压、衰减至50W后推动一个290 W输出功率管，以此输出再推动四个290 W功率管，进行四合一功率合成，输出脉冲峰值功率约920W。除了完成上述射频链路外，该固态组件内部还有BITE电路。用来对组件的工作状态进行判断和保护，组件的原理框图见图1。
图1组件原理框图
3.2 电压调整及BITE
电压调整电路的作用是根据中间级功率管所需输入功率大小，通过调节70W放大器单管的工作电压进而控制其输出予以完成。电压调整由LM117K三端稳压块完成。
组件BITE的作用是完成该组件的状态检测、保护、指示和回馈。因输出脉冲最窄只有0.4 μS，对电路中的视频运放和比较器的速度应有相关要求。
过温检测由安装在组件内的一个温度继电器完成，在检测点温度高于65℃时，给出低电平作过热故障。耦合、检波后的视频脉冲信号在BITE电路内经放大、比较电路完成对所给信号的判断，以确定组件是否工作正常，并能将这些状态通过光耦送给发射监控，同时在BITE板上通过发光二极管给出相应的状态指示。
考虑组件密封，用于状态指示的发光二极管并没有常规的做法安装在组件面板，但为了方便调机，用小型发光二极管放在BITE板上。
BITE电路判断组件有过温、过压、欠压中的任何一个故障时都将通过上述的LM117K三端稳压块关断70 W放大器的工作电压，达到保护组件的目的。
3.3 电容量的选择
固态功放组件在脉冲工作时，储能电容必不可少，且为满足脉冲顶降要求，电容量应较大。
选择允许脉冲内工作电压下降1.5%，可以通过下式求得储能电容量为：
计算储能电容量时，电源电压取+40 V，τ=6.4 μS。
表1列出了功放模块对电源和储能电容的要求。计算按最大值进行。
表1各级功率管电容量需求
功率管 第一级 第二级
输出峰值功率 70 W 290 W×5
工作电压 40 V 40 V
峰值电流(单管) 4 A 20 A×5
峰值电流(总电流) 4 A 100 A
脉宽 6.4 μS 6.4 μS
储能电容量 43 μF 1067 μF
因为给工作方式为脉冲的微波功率管供电的电解电容处于不断的冲/放电过程，故要选择可靠性高，等效内阻小的电容。此设计选用的5个290 W功率管选用三个63 V-680 μF铝电解电容，而70 W功率管则选用63 V-150 μF铝电解电容一个。
3.4 优化设计
计中尽量采用较成熟的技术和模块化的设计思想，为了提高发射系统的可靠性，减小因外界环境引入的干扰，对组件进行了优化设计，这些优化设计主要体现在：
1）优化组件的功率增益分配，避免过高的增益导致组件内部产生的电磁兼容等问题。
2）四个290 W单管放大器单元的驱动级输出采用衰减器控制输入，保证了驱动功率在合理范围，提高可靠性。
3）针对电磁兼容问题在组件内合成时使用带状线功率合成器，同时也降低了合成损耗。
3.5 研制结果
经过测试，L波段920 W固态脉冲功率放大组件上升沿小于150 ns，效率大于40%，其实物外形图如图2所示，其输出测试结果如表2所示。
图2L波段920 W固态脉冲功率放大组件实物外形图
表2L波段920 W固态脉冲功率放大组件测试结果
频率 f0-10 MHz f0 f0+10 MHz
输出功率（W） 1120 1100 1080
脉冲顶降（dB） 0.2 0.21 0.21
4结论
L波段920 W固态脉冲功率放大组件测试结果满足系统指标。它具有效率高、可靠性好和易于操作等优点。目前，该功率放大器已成功应用于某雷达发射系统，并达到了良好的应用效果。
参考文献
[1]L波段窄脉宽500 W固态功放组件的设计[J].电子对抗技术，2004（11）.
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