二次雷達(dá)射頻發(fā)射的應(yīng)用

張譯

敵我識(shí)別是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)重要一環(huán)，堪稱(chēng)戰(zhàn)爭(zhēng)舞臺(tái)另類(lèi)角逐。敵我識(shí)別裝備性能 與對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展，如今愈來(lái)愈引起各國(guó)軍方的廣泛關(guān)注。敵我識(shí)別器一般由詢(xún)問(wèn)器和應(yīng)答器兩個(gè)部分組成并配合工作，其工作原理是詢(xún)問(wèn)器發(fā)射事先編好的電子脈沖碼，應(yīng)答器接收到信號(hào)后會(huì)發(fā)射已約定好的脈沖編碼。

【關(guān)鍵詞】發(fā)射 關(guān)鍵技術(shù) 電磁兼容性

本文主要介紹了一個(gè)L頻段發(fā)射分機(jī)，主要功能是信號(hào)發(fā)射放大。設(shè)計(jì)主要從以下兩個(gè)方面進(jìn)行考慮：選擇能夠?qū)崿F(xiàn)電性能和滿足環(huán)境適應(yīng)性要求的電路器件和能夠保證指標(biāo)最優(yōu)化、可靠工作的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本組件包括輸入濾波器、功放單元、輸出濾波器三個(gè)功能單元。

1 技術(shù)要求

1.1 產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)

1.1.1 輸入信號(hào)

（1）頻率：**頻段；

（2）信號(hào)寬度：*5MHz；

（3）功率：*4dBm±1.5dBm；

（4）輸入端濾波器矩形系數(shù)B-60Db/B-30dB≤3；

（5）輸入中頻脈沖特性：

①脈沖前后沿：≤0.06us；

②脈沖間隔容差：≤0.06us；

③信號(hào)發(fā)送最大持續(xù)時(shí)間：35us；

④每個(gè)脈沖頂部不平坦度：≤0.5dB；

⑤一次發(fā)射中脈沖之間的幅度差：≤0.5dB。

1.1.2 輸出信號(hào)（線性放大）

（1）輸出脈沖峰值功率：58dBm±2dB；

（2）頻率：**頻段；

（3）頻率容差：≤±10kHz（設(shè)計(jì)保證）；

（4）雜波抑制：≥70dBc；

（5）諧波抑制：≥60dBc；

（6）帶內(nèi)波動(dòng)：≤1.2dB。

2 設(shè)計(jì)原理

本應(yīng)用按通用化、系列化和模塊化原則，在考慮滿足技術(shù)指標(biāo)要求的同時(shí)考慮產(chǎn)品的電磁兼容性和可靠性、維修性、測(cè)試性、安全性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性要求。結(jié)合技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境適應(yīng)性要求進(jìn)行優(yōu)化。

3 設(shè)計(jì)分析

3.1 信號(hào)發(fā)射功率放大分析

放大單元包括4級(jí)放大，第一級(jí)為放大單片，該單片工作在甲類(lèi)狀態(tài)，提供高增益的同時(shí)具有良好的線性。第二級(jí)，第三級(jí)和末級(jí)分別為為L(zhǎng)DMOS微波功率管，之所以采用LDMOS功率管是因?yàn)樵摴β使芄ぷ髟诩滓翌?lèi)狀態(tài)，具有良好的微波特性，具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是優(yōu)秀的熱學(xué)性能，LDMOS功率管源電極直接接地，大大降低了熱阻，提高了效率。二是優(yōu)秀的電學(xué)性能。LDMOS的源電極直接接地，大大減少了源電感，在加上低反饋電容，低柵串聯(lián)電阻，使LDMOS的功率增益大大高于其他類(lèi)別的功率管

3.2 主要性能分析

3.2.1 發(fā)射脈沖功率：58dBm±2dB

功放單元末級(jí)采用2個(gè)500W功率管功率合成，輸出功率在59dBm左右，末級(jí)隔離器、環(huán)形器和濾波器差損1dB，天線口輸出功率為58dBm，并且保證線性輸出。

3.2.2 發(fā)射脈沖功率控制

功率控制0～30dB；

步進(jìn)2dB；

衰減精度≤1dB或功率控制*4%，取最大值。

數(shù)控衰減器采用兩級(jí)步進(jìn)為0.25dB的高精度數(shù)據(jù)衰減器級(jí)聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)?？偹p量為48dB，滿足要求。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)

LDMOS功率管是專(zhuān)為射頻功率放大器設(shè)計(jì)的改進(jìn)型n溝道MOSFET，常工作在A或AB類(lèi)，在工作點(diǎn)附近具有負(fù)的溫度特性，即在一定的柵壓下，當(dāng)溫度升高時(shí)，靜態(tài)電流dq升高，當(dāng)工作溫度降低時(shí)，Idq降低，一般的當(dāng)LDMOS管熱沉溫度從20度升高到100度時(shí)，其靜態(tài)工作電流Idq變化140%，當(dāng)溫度降低至0度時(shí)，變化量也有30%。Idq變化會(huì)影響系統(tǒng)的增益，效率和線性等技術(shù)指標(biāo)，因此在工作中維持功率管Idq恒定，是功放設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

在溫度較高時(shí)，放大器的增益和效率都趨向于降低，但在一定的溫度范圍內(nèi)，只要保持Idq恒定，就能保持功放系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.4 功放保護(hù)功能

（1）在加電、關(guān)電期間，不應(yīng)燒毀功放；

（2）輸入占空比大于6%的脈沖信號(hào)，不應(yīng)燒毀功放；

（3）輸入脈寬大于150us的脈沖信號(hào)時(shí)，不應(yīng)燒毀功放；

功放各級(jí)功率管，電源部分都有濾波電路，功率管輸出加電都加入了大容值鉭電解電容，使電源加電過(guò)沖降到最小，保護(hù)整體電路在加電時(shí)不損壞。

方波脈寬限制電路，對(duì)于輸入的任意脈寬的方波信號(hào)，如果其脈寬值小于電路預(yù)置脈寬值時(shí)，輸出方波信號(hào)的脈寬保持不變，當(dāng)輸入的脈寬值大于電路的預(yù)置脈寬值時(shí)，超出部分的脈寬將被截?cái)?，限定在電路預(yù)制置脈寬范圍內(nèi)，即實(shí)現(xiàn)了過(guò)脈寬保護(hù)功能。如圖1所示。

分機(jī)塊可實(shí)現(xiàn)技術(shù)協(xié)議中功放部分的脈寬保護(hù)功能的要求。

功放輸出端開(kāi)路或短路不燒毀功放。末級(jí)功率輸出加一環(huán)形器，對(duì)功放起開(kāi)短路保護(hù)作用，當(dāng)功放輸出端口開(kāi)路或短路時(shí)，負(fù)載阻抗為無(wú)窮大或無(wú)窮小，輸出端嚴(yán)重失配，信號(hào)全部反射到第三端口，而不至于反射到末級(jí)功率管，使功率管燒毀。

最大正向損耗：0.2dB

最小反向隔離：23dB

最大駐波系數(shù)：1.25

最大通過(guò)功率：10W

溫度范圍：-45℃-75℃

分機(jī)塊可實(shí)現(xiàn)技術(shù)協(xié)議中功放部分的輸出抗損壞保護(hù)功能的要求。

當(dāng)駐波自檢大于3時(shí)，發(fā)射機(jī)應(yīng)故障報(bào)警。

駐波保護(hù)電路：主要通過(guò)在環(huán)形器第三端口耦合一個(gè)射頻信號(hào)，通過(guò)檢波二極管轉(zhuǎn)換為一直流電壓信號(hào)，根據(jù)輸出端口駐波比不同，耦合信號(hào)強(qiáng)弱不等，從而直流電壓信號(hào)高低不同的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。直流電壓信號(hào)通過(guò)快速比較器與提前設(shè)定好的參考電壓比較從而產(chǎn)生一個(gè)邏輯信號(hào)，此邏輯信號(hào)促發(fā)一延遲電路（用以設(shè)定保護(hù)時(shí)間），此延遲觸發(fā)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)即是駐波保護(hù)所需的邏輯信號(hào)，此信號(hào)與收發(fā)開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字與的計(jì)算后用來(lái)控制PMOS管的導(dǎo)通和截止，從而起到給功率管開(kāi)關(guān)電的作用。

4 電磁兼容設(shè)計(jì)原理及方案

應(yīng)將干擾源和干擾受體盡量隔離，消除干擾的耦合途徑，同時(shí)盡量降低干擾源的輻射，提高干擾受體的抗干擾能力。電磁兼容性設(shè)計(jì)基于以下三個(gè)方面：隔離、去耦、屏蔽。

電磁兼容性設(shè)計(jì)從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始，貫穿于電路原理圖設(shè)計(jì)、印制板圖設(shè)繪、元器件選用、印制板安裝引線等一系列環(huán)節(jié)中，主要采取下列措施：

4.1 測(cè)試性設(shè)計(jì)方案

測(cè)試性設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面執(zhí)行：

（1）制定測(cè)試性工作計(jì)劃：明確工作項(xiàng)目；承擔(dān)工作項(xiàng)目的單位、人員及職責(zé)；完成各工作項(xiàng)目的具體措施、進(jìn)度及質(zhì)量要求；評(píng)審時(shí)機(jī)及要求；測(cè)試性信息收集、傳遞的內(nèi)容及要求；各維修級(jí)別測(cè)試方法及要求等；

（2）測(cè)試性評(píng)審與可靠性設(shè)計(jì)評(píng)審?fù)瑫r(shí)進(jìn)行；評(píng)審內(nèi)容：測(cè)試性設(shè)計(jì)能否滿足合同要求或產(chǎn)品設(shè)計(jì)輸入要求、測(cè)試性設(shè)計(jì)是否合理、可行等；

（3）確定測(cè)試性數(shù)據(jù)收集和分析的要求，這包括產(chǎn)品對(duì)有關(guān)的工作異常情況和維修活動(dòng)的說(shuō)明。此工作應(yīng)與可靠性、維修性和保障性分析數(shù)據(jù)收集過(guò)程相結(jié)合，要共享資源；

5 總結(jié)

為了使發(fā)射分機(jī)具有模塊化、通用化、系列化的性能，在方案設(shè)計(jì)階段我們做了一些工作。首先發(fā)射分機(jī)的外部接口都是熱插拔形式的，這樣可以增加模塊的可維修性和通用化。本文對(duì)于發(fā)射分機(jī)電路設(shè)計(jì)、指標(biāo)分析與元器件選型工作，并結(jié)合對(duì)模塊的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、電磁兼容性設(shè)計(jì)和五性設(shè)計(jì)，我們了解到產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均可滿足要求。

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作者單位

海軍裝備部重慶局 四川省成都市 610036