一種前級功放的改進(jìn)設(shè)計(jì)

楊晶晶　周蓓　張紅英

摘要：發(fā)射機(jī)前級功放是發(fā)射機(jī)的驅(qū)動級，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到發(fā)射機(jī)的成敗。本文基于柔性降級技術(shù)的思想，針對現(xiàn)有的前級功放存在的主要問題提出了一種改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，從電路設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個方面對前級功放進(jìn)行了改進(jìn)，并得到了一種性能優(yōu)良的前級功放，不僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品小型化，同時降低了調(diào)試量，提高了前級功放的可靠性，并大大縮短了調(diào)試周期。

關(guān)鍵詞：前級功放 單向多級推動式 組合分布式 柔性降級

中圖分類號：TN72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0164-01

發(fā)射機(jī)前級功放是發(fā)射機(jī)速調(diào)管的驅(qū)動級，由功率放大器和脈沖控制電路以及殼體等組成，接收饋入的發(fā)射信號，放大后，經(jīng)隔離器輸出，提供合適的功率給速調(diào)管。具有功率放大、功率可調(diào)和接收發(fā)射機(jī)控制信號，實(shí)現(xiàn)激勵功率開通和關(guān)斷的功能。

1 前級功放設(shè)計(jì)方法

前級功放主要包括微波射頻鏈路和電源控制兩部分，現(xiàn)行的前級功放微波射頻鏈路一般采用單向多級推動式。

單向多級推動式前級功放工作原理如下：射頻信號經(jīng)過輸入隔離器，由多級放大電路放大，最后通過輸出隔離器輸出。各級間根據(jù)需要增加級間隔離器。輸入隔離器主要是為了改善輸入端的駐波，保護(hù)輸入端。級間隔離器實(shí)現(xiàn)功放前端和后端的隔離。輸出隔離器能提高功放抗失配能力，有效保護(hù)功率管。耦合檢波電路將耦合所得信號線性檢波為直流電平，經(jīng)運(yùn)放驅(qū)動放大后為整機(jī)提供實(shí)時輸出功率檢測。

2 前級功放設(shè)計(jì)改進(jìn)

2.1 微波鏈路設(shè)計(jì)方法改進(jìn)

2.1.1 改進(jìn)原因

原前級功放的微波鏈路為單向多級推動式，組成框圖如圖1所示。該前級功放存在諸多局限性：受限于微波器件的性能，輸出功率有限；電源電路集中供電，尤其是后幾級為熱耗集中區(qū)，容易產(chǎn)生單點(diǎn)失效，可靠性不高；連續(xù)工作時由于散熱差，輸出功率不穩(wěn)定，長期工作可靠性較低；產(chǎn)品的體積比較大，無法實(shí)現(xiàn)小型化。

2.1.2改進(jìn)方法

基于柔性降級技術(shù)的思想，我們摒棄了在功率放大設(shè)計(jì)一直采用的傳統(tǒng)式鏈路式的放大策略，充分考慮電源、功率合成和散熱可靠性問題，采用允許性能退化的并聯(lián)通道設(shè)計(jì)，即組合式固態(tài)放大器技術(shù)，從而在提升總功率的同時，保證系統(tǒng)可靠性。

新前級功放的微波鏈路中采用了高效率功率合成技術(shù)?？纱笾路譃槿糠郑候?qū)動功分電路、發(fā)射組件（簡稱T組件）、功率合成器。改進(jìn)后的微波鏈路組成框圖如圖2所示。如圖2所示，輸入的微波信號經(jīng)過驅(qū)動放大器放大，輸入功分器再提供給兩個T組件，經(jīng)過T組件功分放大后，分別輸出兩路功率信號。輸入端采用一分二的功分器連接到T組件，合成輸出端采用四合一的合成器來完成四路輸出功率的合成。

采用T組件進(jìn)行合成，降低單模塊的功率輸出，連續(xù)工作時由于散熱好，輸出功率穩(wěn)定，長期工作可靠性較高。同時，改進(jìn)的前級功放采用單元分布式電源，在各級均實(shí)現(xiàn)單元分布式供電，包括末級小單元的電源單獨(dú)控制和組合級或模塊級的單獨(dú)二次電源DC-DC轉(zhuǎn)換等，通過這種故障隔離技術(shù)，保證了單個組件的電源出現(xiàn)問題時，不會影響其他組件的正常工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單元失效時低性能惡化。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)

2.2.1 改進(jìn)原因

在原前級功放中結(jié)構(gòu)腔體分隔不科學(xué)，見圖3，該結(jié)構(gòu)的各級放大器間雖有隔離器，但級間未加隔離墻，不能完全避免各級間影響，微帶電路間會產(chǎn)生互耦、串?dāng)_、自激輻射等問題，部分電路發(fā)生故障，則產(chǎn)品失效；電源布線方式存在狹隘性，通過結(jié)構(gòu)墻體打孔并跨過信號走線容易帶來輻射干擾和傳導(dǎo)干擾，電磁兼容性差。

2.2.2改進(jìn)方法

前級功放在T組件的設(shè)計(jì)、制造、電訊與結(jié)構(gòu)的接口和物理尺寸上統(tǒng)一設(shè)計(jì)，做到維修簡單、同一品種的組件可以互換；電源板放置在盒體反面，采用電連接器對T組件進(jìn)行分布式供電，通過穿心電容穿墻對驅(qū)放進(jìn)行供電，可避免跨信號走線帶來的干擾，并降低饋線損耗，提高系統(tǒng)效率；放大器與功分器之間增加物理隔斷，隔斷了信號的串?dāng)_，提高可靠性。更改后結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 效果驗(yàn)證

對前級功放采取了改進(jìn)設(shè)計(jì)后，前級功放的性能測試滿足指標(biāo)要求，我們對改進(jìn)后的前級功放進(jìn)行了老練試驗(yàn)，在經(jīng)過老練試驗(yàn)后，前級功放工作正常未出現(xiàn)性能惡化的問題。模塊化的設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品小型化，同時降低了調(diào)試量，大大縮短了調(diào)試周期。

4 結(jié)語

該兩項(xiàng)設(shè)計(jì)改進(jìn)在實(shí)際產(chǎn)品上已經(jīng)得到應(yīng)用，并且經(jīng)過各項(xiàng)試驗(yàn)，得到結(jié)果滿足各項(xiàng)要求。

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