二次雷達射頻發射的應用

張譯

敵我識別是現代戰爭重要一環，堪稱戰爭舞臺另類角逐。敵我識別裝備性能 與對抗技術的發展，如今愈來愈引起各國軍方的廣泛關注。敵我識別器一般由詢問器和應答器兩個部分組成并配合工作，其工作原理是詢問器發射事先編好的電子脈沖碼，應答器接收到信號后會發射已約定好的脈沖編碼。

【關鍵詞】發射 關鍵技術 電磁兼容性

本文主要介紹了一個L頻段發射分機，主要功能是信號發射放大。設計主要從以下兩個方面進行考慮：選擇能夠實現電性能和滿足環境適應性要求的電路器件和能夠保證指標最優化、可靠工作的結構設計。本組件包括輸入濾波器、功放單元、輸出濾波器三個功能單元。

1 技術要求

1.1 產品主要技術參數

1.1.1 輸入信號

（1）頻率：**頻段；

（2）信號寬度：*5MHz；

（3）功率：*4dBm±1.5dBm；

（4）輸入端濾波器矩形系數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信號發送最大持續時間：35us；

④每個脈沖頂部不平坦度：≤0.5dB；

⑤一次發射中脈沖之間的幅度差：≤0.5dB。

1.1.2 輸出信號（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（設計保證）；

（4）雜波抑制：≥70dBc；

（5）諧波抑制：≥60dBc；

（6）帶內波動：≤1.2dB。

2 設計原理

本應用按通用化、系列化和模塊化原則，在考慮滿足技術指標要求的同時考慮產品的電磁兼容性和可靠性、維修性、測試性、安全性、保障性、環境適應性要求。結合技術指標和環境適應性要求進行優化。

3 設計分析

3.1 信號發射功率放大分析

放大單元包括4級放大，第一級為放大單片，該單片工作在甲類狀態，提供高增益的同時具有良好的線性。第二級，第三級和末級分別為為LDMOS微波功率管，之所以采用LDMOS功率管是因為該功率管工作在甲乙類狀態，具有良好的微波特性，具體表現在兩個方面。一是優秀的熱學性能，LDMOS功率管源電極直接接地，大大降低了熱阻，提高了效率。二是優秀的電學性能。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，低柵串聯電阻，使LDMOS的功率增益大大高于其他類別的功率管

3.2 主要性能分析

3.2.1 發射脈沖功率：58dBm±2dB

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

3.2.2 發射脈沖功率控制

功率控制0～30dB；

步進2dB；

衰減精度≤1dB或功率控制*4%，取最大值。

數控衰減器采用兩級步進為0.25dB的高精度數據衰減器級聯的方式實現。總衰減量為48dB，滿足要求。

3.3 關鍵技術難點

LDMOS功率管是專為射頻功率放大器設計的改進型n溝道MOSFET，常工作在A或AB類，在工作點附近具有負的溫度特性，即在一定的柵壓下，當溫度升高時，靜態電流dq升高，當工作溫度降低時，Idq降低，一般的當LDMOS管熱沉溫度從20度升高到100度時，其靜態工作電流Idq變化140%，當溫度降低至0度時，變化量也有30%。Idq變化會影響系統的增益，效率和線性等技術指標，因此在工作中維持功率管Idq恒定，是功放設計的關鍵點之一。

在溫度較高時，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，只要保持Idq恒定，就能保持功放系統的穩定。

3.4 功放保護功能

（1）在加電、關電期間，不應燒毀功放；

（2）輸入占空比大于6%的脈沖信號，不應燒毀功放；

（3）輸入脈寬大于150us的脈沖信號時，不應燒毀功放；

功放各級功率管，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，使電源加電過沖降到最小，保護整體電路在加電時不損壞。

方波脈寬限制電路，對于輸入的任意脈寬的方波信號，如果其脈寬值小于電路預置脈寬值時，輸出方波信號的脈寬保持不變，當輸入的脈寬值大于電路的預置脈寬值時，超出部分的脈寬將被截斷，限定在電路預制置脈寬范圍內，即實現了過脈寬保護功能。如圖1所示。

分機塊可實現技術協議中功放部分的脈寬保護功能的要求。

功放輸出端開路或短路不燒毀功放。末級功率輸出加一環形器，對功放起開短路保護作用，當功放輸出端口開路或短路時，負載阻抗為無窮大或無窮小，輸出端嚴重失配，信號全部反射到第三端口，而不至于反射到末級功率管，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：1.25

最大通過功率：10W

溫度范圍：-45℃-75℃

分機塊可實現技術協議中功放部分的輸出抗損壞保護功能的要求。

當駐波自檢大于3時，發射機應故障報警。

駐波保護電路：主要通過在環形器第三端口耦合一個射頻信號，通過檢波二極管轉換為一直流電壓信號，根據輸出端口駐波比不同，耦合信號強弱不等，從而直流電壓信號高低不同的原理來實現。直流電壓信號通過快速比較器與提前設定好的參考電壓比較從而產生一個邏輯信號，此邏輯信號促發一延遲電路（用以設定保護時間），此延遲觸發器產生的脈沖信號即是駐波保護所需的邏輯信號，此信號與收發開關信號進行數字與的計算后用來控制PMOS管的導通和截止，從而起到給功率管開關電的作用。

4 電磁兼容設計原理及方案

應將干擾源和干擾受體盡量隔離，消除干擾的耦合途徑，同時盡量降低干擾源的輻射，提高干擾受體的抗干擾能力。電磁兼容性設計基于以下三個方面：隔離、去耦、屏蔽。

電磁兼容性設計從設計階段開始，貫穿于電路原理圖設計、印制板圖設繪、元器件選用、印制板安裝引線等一系列環節中，主要采取下列措施：

4.1 測試性設計方案

測試性設計主要從以下幾個方面執行：

（1）制定測試性工作計劃：明確工作項目；承擔工作項目的單位、人員及職責；完成各工作項目的具體措施、進度及質量要求；評審時機及要求；測試性信息收集、傳遞的內容及要求；各維修級別測試方法及要求等；

（2）測試性評審與可靠性設計評審同時進行；評審內容：測試性設計能否滿足合同要求或產品設計輸入要求、測試性設計是否合理、可行等；

（3）確定測試性數據收集和分析的要求，這包括產品對有關的工作異常情況和維修活動的說明。此工作應與可靠性、維修性和保障性分析數據收集過程相結合，要共享資源；

5 總結

為了使發射分機具有模塊化、通用化、系列化的性能，在方案設計階段我們做了一些工作。首先發射分機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。本文對于發射分機電路設計、指標分析與元器件選型工作，并結合對模塊的環境適應性設計、電磁兼容性設計和五性設計，我們了解到產品各項技術指標均可滿足要求。

參考文獻

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作者單位

海軍裝備部重慶局 四川省成都市 610036