Импульсный усилитель мощности свч
Владельцы патента RU 2262183:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" (RU)
Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в радиолокационной технике. Техническим результатом является повышение надежности работы усилителя за счет выравнивания временного положения модулирующих импульсов первого и второго каскадов усиления сигналов СВЧ усилителя мощности. Импульсный усилитель мощности СВЧ содержит развязывающие вентили, модулятор, первый каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор, при этом аноды ЛБВ и амплитрона, а также первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной, катод ЛБВ соединен с катодом амплитрона через согласующий резистор, параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор, состоящий из конденсатора, диода и резистора, включенного параллельно диоду. Одна из обкладок конденсатора соединена с катодом амплитрона, другая обкладка конденсатора соединена с катодом диода, анод которого подключен к общей шине. Параллельно согласующему резистору включен другой конденсатор. Катод амплитрона соединен через дополнительный резистор со вторым выводом вторичной обмотки импульсного трансформатора. 2 ил.
Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в радиолокационной технике.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является импульсный усилитель мощности СВЧ (см. патент на полезную модель №34050), выбранный в качестве прототипа. Устройство-прототип содержит развязывающие вентили, модулятор, первый каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор, при этом аноды ЛБВ и амплитрона, а также первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной, катод ЛБВ соединен с катодом амплитрона через согласующий резистор, параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор, состоящий из конденсатора, диода и резистора, включенного параллельно диоду, при этом одна из обкладок конденсатора соединена с катодом амплитрона, другая обкладка конденсатора соединена с катодом диода, анод которого подключен к общей шине, а параллельно согласующему резистору включен другой конденсатор.
Недостатком устройства-прототипа является то, что при согласовании модулятора с первым и вторым каскадами усиления сигнала СВЧ с помощью импульсного трансформатора не обеспечивается совпадение по времени модулирующих импульсов первого и второго каскадов усиления сигнала СВЧ, что приводит к неравномерности амплитуды тока амплитрона и сужению зоны его рабочих токов. Это, в конечном итоге, приводит к снижению надежности работы импульсного усилителя мощности СВЧ.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание импульсного усилителя мощности СВЧ, обеспечивающего повышение надежности работы усилителя за счет выравнивания временного положения модулирующих импульсов первого и второго каскадов усиления сигналов СВЧ усилителя мощности СВЧ.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Предлагаемый импульсный усилитель мощности СВЧ содержит, так же как и прототип, развязывающие вентили, модулятор, первый каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор, при этом аноды ЛБВ и амплитрона, а также первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной, катод ЛБВ соединен с катодом амплитрона через согласующий резистор, параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор, состоящий из конденсатора, диода и резистора, включенного параллельно диоду, при этом одна из обкладок конденсатора соединена с катодом амплитрона, другая обкладка конденсатора соединена с катодом диода, анод которого подключен к общей шине, а параллельно согласующему резистору включен другой конденсатор. В отличие от прототипа в импульсном усилителе мощности СВЧ катод амплитрона соединен через дополнительный резистор со вторым выводом вторичной обмотки импульсного трансформатора.
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого импульсного усилителя мощности СВЧ.
На фиг.2 представлены эпюры напряжений и токов в различных точках схемы усилителя мощности СВЧ, иллюстрирующие эффективность предлагаемого изобретения, где а) - эпюры модулирующих импульсов первого и второго каскадов усиления сигнала СВЧ устройства-прототипа; б) - эпюра тока второго каскада усиления сигнала СВЧ устройства-прототипа; в) - эпюры модулирующих импульсов первого и второго каскадов усиления сигнала СВЧ предлагаемого устройства; г) - эпюра тока второго каскада усиления сигнала СВЧ предлагаемого устройства.
Импульсный усилитель мощности СВЧ содержит так же, как и прототип, развязывающие вентили 1 и 2, модулятор 3, первый каскад 4 усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад 5 усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор 6, при этом аноды ЛБВ и амплитрона, а также первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной. Катод ЛБВ соединен с катодом амплитрона через согласующий резистор 7. Параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор 8, состоящий из конденсатора 9, диода 10 и резистора 11, включенного параллельно диоду 10. При этом одна из обкладок конденсатора 8 соединена с катодом амплитрона, другая обкладка конденсатора 8 соединена с катодом диода 9, анод которого подключен к общей шине, а параллельно согласующему резистору 7 включен конденсатор 12.
В отличие от прототипа в импульсном усилителе мощности СВЧ катод амплитрона соединен через дополнительный резистор 13 со вторым выводом вторичной обмотки импульсного трансформатора 6.
Устройство работает следующим образом.
Мощность СВЧ подается на вход развязывающего вентиля 1 с развязкой α=20 дБ. После усиления в первом каскаде 4 усиления сигнала СВЧ мощность СВЧ через вентиль 2 поступает на вход второго каскада 5 усиления сигнала СВЧ. С выхода СВЧ второго каскада 5 мощность СВЧ поступает в антенну.
Импульсная модуляция каскадов 4 и 5 усиления сигнала СВЧ производится так же, как и в прототипе, от одного импульсного модулятора 3. Согласование модулятора 3 с каскадами 4 и 5 реализуется с помощью импульсного повышающего трансформатора 6. Импульсное напряжение на второй каскад 5 усиления сигнала СВЧ подается с вторичной обмотки трансформатора 6 через дополнительный резистор 13 в точке «А» на фиг.1 (фиг.2,а - сплошная линия), а на первый каскад 4 - с этой же вторичной обмотки через согласующий резистор 7 в точке «В» на фиг.1 (фиг.2,а - пунктирная линия).
Для уменьшения фазовых искажений на переднем фронте модулирующего импульса первого каскада 4 параллельно согласующему резистору 7 включен конденсатор 12.
Согласование модулятора 3 с каскадами 4 и 5 усиления сигнала СВЧ с помощью импульсного трансформатора 6 влечет за собой осцилляции и спад напряжения на вершине модулирующего импульса за счет конечной величины индуктивности намагничивания трансформатора 6, шунтирующей нагрузку, которой являются электронные лампы первого 4 и второго 5 каскадов усиления сигнала СВЧ.
Коррекция формы вершины модулирующего импульса в предлагаемом устройстве производится за счет уменьшения динамического сопротивления модулятора 3 на вершине модулирующего импульса с помощью пассивного пикового детектора 8. При подаче на пиковый детектор модулирующего импульса конденсатор 9 заряжается до величины амплитудного значения импульса через диод 10. В паузе между импульсами конденсатор 9 разряжается через резистор 11 и вторичную обмотку трансформатора 6. Величина резистора 11 выбирается таким образом, чтобы пиковый детектор 8 «сгладил» осцилляции модулирующего импульса, выравнивая таким образом вершину импульса. Вместе с тем в устройстве-прототипе принципиально невозможно совместить передние фронты модулирующих импульсов первого и второго каскадов усиления сигналов СВЧ из-за цепочки, состоящей из резистора 7 и конденсатора 12, вносящей временную задержку модулирующего импульса первого каскада усиления сигнала СВЧ относительно модулирующего импульса второго каскада (время на фиг.2,а). Указанная задержка приводит к тому, что на входе СВЧ второго каскада некоторое время отсутствует СВЧ сигнал, хотя модулирующий импульс уже подан. При этом вблизи переднего фронта модулирующего импульса происходит «выброс» тока второго каскада (фиг.2,б). Когда часть модулирующего импульса второго каскада не «охвачена» СВЧ возбуждением на его входе, второй каскад начинает самовозбуждаться на другой частоте, соответствующей более низкому статическому сопротивлению второго каскада. При этом неравномерность тока второго каскада (фиг.2,б) приводит к тому, что зона устойчивой работы второго каскада резко «сужается», что влечет за собой снижение надежности работы усилителя в целом из-за увеличения вероятности необратимого «скачка» режима работы второго каскада в нерабочую область, где параметры второго каскада не гарантируются.
Введение дополнительного резистора 13, соединяющего катод амплитрона со вторым выводом вторичной обмотки импульсного трансформатора, позволяет уменьшить задержку временного положения модулирующих импульсов за счет более точного совпадения передних фронтов модулирующих импульсов (время 
на фиг.2,в) и как следствие уменьшения «выброса» тока второго каскада (фиг.2,г), при этом 
Технический результат от использования импульсного усилителя мощности СВЧ в отличие от устройства-прототипа заключается в повышении надежности работы усилителя за счет выравнивания временного положения модулирующих импульсов первого и второго каскадов усиления сигналов СВЧ усилителя мощности.
Импульсный усилитель мощности СВЧ, содержащий первый и второй развязывающие вентили, модулятор, первый каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор, при этом вход первого вентиля соединен с внешним источником сигнала СВЧ, выход первого вентиля соединен с входом СВЧ ЛБВ, выход СВЧ ЛБВ соединен с входом второго вентиля, выход которого соединен с входом СВЧ амплитрона, выход модулятора соединен с первичной обмоткой импульсного трансформатора, причем аноды ЛБВ и амплитрона, а также один из выводов вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной, другой вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с катодом ЛБВ через согласующий резистор, а параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор, состоящий из конденсатора, диода и резистора, включенного параллельно диоду, при этом одна из обкладок конденсатора соединена с катодом амплитрона, другая обкладка - с катодом диода, анод которого подключен к общей шине, а параллельно согласующему резистору включен другой конденсатор, отличающийся тем, что между катодом амплитрона и точкой соединения согласующего резистора и другого вывода вторичной обмотки импульсного трансформатора включен дополнительный резистор.
