某型號雷達中激勵源放大器的設計方案

安徽四創電子股份有限公司　鄭銀福

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某型號雷達中激勵源放大器的設計方案

安徽四創電子股份有限公司鄭銀福

【摘要】本文簡述了某型號雷達中激勵源放大器的設計方法及平衡放大器的設計原理。

【關鍵詞】激勵；BITE；射頻；3dB電橋；定向耦合器；Po-1

1　引言

激勵源作為雷達系統中不可或缺的一部分，它的性能好壞決定了雷達發射機發射信號質量的好壞和發射信號的正常檢測功能。激勵源放大器將上變頻通道產生的發射信號放大到雷達發射機輸入端所需的功率和提供激勵發射信號的檢測信號以及BITE故障在線檢測信號。

2　產品特點

本激勵源放大器模塊作為一個獨立放大模塊，可通過二選一射頻開關選擇激勵輸出信號給發射機或選擇測試輸出信號給測試通道，同時能夠提供激勵輸出通道故障在線檢測功能所需的電壓信號即BITE信號。本模塊包含射頻開關選擇電路、射頻放大電路、3dB電橋、微帶定向耦合器電路以及射頻檢波、比較電路。

3　方案設計

3.1主要指標要求

a.工作頻率：2700～2900MHz；

b.增益：40±2dB（激勵輸出），三路輸出；

c.激勵發射信號Po-1：22±1dBm；測試輸出信號：-15±1dBm；輸出信號各路之間隔離度：≥80dB；駐波小于1.5；

d.激勵檢測信號和激勵發射信號的耦合度：-20± 2dB；

e.輸出故障檢測信號：TTL電平。

3.2方案選擇

根據技術指標及可靠性要求我們選擇平衡放大器方案，平衡放大器具有噪聲低、穩定性好、輸入輸出駐波小，容易匹配等優點。根據工作頻率和輸出信號Po-1指標要求，末級放大器選擇TRANSCOM公司的TC2384，在工作頻率點增益達可以到17dB,輸出Po-1可以達到到24 dBm。根據增益要求反推輸入級放大器的級數和型號，輸入級需采用二級放大，型號選用Mini公司的ERA-5SM，由于激勵發射信號和測試輸出信號隔離度要求＞80dB，我們選擇的HMC270MS8G只有45dB左右，因此可在每個支路上增加一個二選一射頻開關來增加隔離度，再通過結構上將兩路射頻信號腔體隔腔來屏蔽干擾，這樣可以保證隔離度＞80dB，具體方案框圖如圖1所示。

3.3基本原理及設計方案

如圖1所示，-17dBm左右的射頻信號經過兩個二選一射頻開關，進入任意一路放大器，以激勵發射輸出一路為例，經過兩個射頻開關后信號幅度為-20dBm,再經3dBπ型衰減網絡后為-23dBm，經過兩級增益放大器ERA-5SM放大后幅度為+7dBm，再通過兩個3dB電橋和兩個TC2384組成的平衡放大器放大后幅度達到+24dBm，此信號通過三路微帶定向耦合器后得到3路幅度不同的輸出信號，分別為給功放的激勵信號、用于檢測激勵信號的耦合信號和做BITE檢波比較所需的BITE信號，其中通過設計三路微帶定向耦合器的耦合度來控制激勵檢測信號和激勵發射信號的耦合度。

3.4平衡放大器的原理及簡單設計方法

平衡放大器具有噪聲低、穩定性好，輸入輸出駐波小的優點，下面我們將首先討論下圖所示平衡放大器的工作原理。

圖2　平衡放大器框圖

如圖2所示，這種平衡放大器由兩個3dB電橋，兩個性能完全相同放大器A和B ，和一系列傳輸線組成的。

圖1　激勵功放框圖

圖3　ADS仿真原理圖

︱S11︱=1/2 | S11(A) - S11(B) |

︱S21︱=1/2 | S21(A) + S21(B) |

︱S12︱=1/2 | S12(A) + S12(B) |

︱S22︱=1/2 | S22(A) - S22(B) |

其中系數1/2表示3dB衰減，如果放大器A和放大器B性能完全相同，反射系數相等，輸入功率從1端口輸入，

到2端口有90度相移，到3端口有180度相移，放大器A的反射功率到達1端口有180度相移，到達4端口有270度相移，放大器B的反射功率到達1端口有360度相移，到達4端口有270度相移，在1端口反射功率模值相同，符號相反，二者正好相互抵消，在4端口反射功率疊加，被匹配負載吸收掉，故|S11|=0；同理，|S22|=0，因此平衡放大器具有駐波小的優點。

平衡放大器的可靠性高于單管式放大器，如果1只微波管損壞，放大器仍有功率輸出，只是輸出功率降低了6dB（前級的分配電橋和后級的合成電橋各損失3dB）。通常，微波管易出現潛在不穩定性。對于平衡放大器，可以證明它的穩定系數K恒大于1。從物理意義上可以這樣解釋：放大器的不穩定性是由于信號源或負載的反射引起的，反射波的相位和幅度的、在某一范圍內可能造成自激振蕩。但是在平衡放大器中，輸入和輸出端口是無反射的，所以盡管單只微波管本身具有潛在不穩定性，但只要匹配電路設計良好，平衡放大器就是絕對穩定的。

圖4　增益仿真圖

圖5　駐波仿真圖

此外，平衡放大器噪聲特性方面也有優點。平衡放大器的最低噪聲系數和單端放大器是相同的，在設計匹配電路時，可以完全按照最佳噪聲匹配設計，以獲得理想的最小噪聲系數，不必兼顧駐波比。

元器件的離散性和溫度變化對平衡放大器的影響。由于平衡放大器的兩路放大器是完全對稱的，電路參數同時改變，3dB電橋可將離散性消除。于此同時，這也要求在平衡放大器的裝配過程中，要求兩支路放大器完全對稱。

圖3、圖4、圖5、圖6為用ADS仿真軟件仿真的平衡放大器電路圖和仿真結果圖。

圖6　穩定系數仿真圖

4　結束語

本文介紹了某雷達系統中激勵功放的設計方案及平衡放大器的原理和ADS仿真結果。該激勵源放大器設計方案切實可行，經過實際加工測試驗證，測試指標完全符合指標要求，并已投入實際使用中。

參考文獻

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