Способ усиления мощности радиочастотного сигнала

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для усиления мощности радиочастотного сигнала, в приемо-передающем СВЧ-модуле активной фазированной антенной решетки, в частности радиолокационной станции, работающей в импульсном режиме. Для усиления мощности радиочастотного сигнала подают радиочастотный сигнал на вход передающего тракта, включающего по меньшей мере предварительный и выходной усилители мощности, содержащие транзисторы, работающие в режиме глубокого насыщения. Предварительно формируют калибровочную таблицу, отражающую зависимость между мощностью на выходе приемо-передающего канала и соответствующим напряжением питания каждого из упомянутых усилителей мощности. Напряжение питания выходного усилителя мощности выбирают из условия получения заданной мощности на выходе приемо-передающего канала, а напряжение питания предварительного усилителя мощности выбирают из условия получения максимального значения КПД выходного усилителя мощности. Затем на выходе приемо-передающего канала получают радиочастотный сигнал заданной мощности путем подачи на каждый из упомянутых усилителей мощности соответствующего напряжения питания, выбираемого в соответствии с упомянутой калибровочной таблицей. Технический результат заключается в уменьшении энергопотребления и тепловых потерь. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для усиления мощности радиочастотного сигнала в приемо-передающем СВЧ-модуле активной фазированной антенной решетки.

Известен способ усиления мощности радиочастотного сигнала в приемо-передающем СВЧ-модуле активной фазированной антенной решетки, включающем в себя, по меньшей мере, один приемо-передающий канал, содержащий приемный и передающий тракты, включающий подачу радиочастотного сигнала на вход передающего тракта, включающего в себя предварительный, промежуточный и выходной усилители мощности, содержащие транзисторы, работающие в режиме глубокого насыщения, и управление каждым из упомянутых усилителей мощности (см. US 5093667, H03F 3/68, 03.03.1992).

Известный способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа.

Недостатки известного способа заключаются в низкой эффективности усиления мощности радиочастотного сигнала в силу отсутствия возможности обеспечения работы выходного усилителя с максимальным КПД.

Технической проблемой, решаемой настоящим изобретением, является создание способа усиления мощности радиочастотного сигнала в приемо-передающем СВЧ-модуле активной фазированной антенной решетки, в частности, используемой в радиолокационной станции, работающей в импульсном режиме, лишенного указанных недостатков.

В результате достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности усиления мощности радиочастотного сигнала и, как следствие, уменьшении энергопотребления и тепловых потерь.

Конкретно, технический результат достигается путем осуществления способа усиления мощности радиочастотного сигнала в приемо-передающем СВЧ-модуле активной фазированной антенной решетки, включающем в себя, по меньшей мере, один приемо-передающий канал, содержащий приемный и передающий тракты, включающего подачу радиочастотного сигнала на вход передающего тракта, включающего в себя, по меньшей мере, предварительный и выходной усилители мощности, содержащие транзисторы, работающие в режиме глубокого насыщения, и управление каждым из упомянутых усилителей мощности. Предварительно формируют калибровочную таблицу, отражающую зависимость между мощностью на выходе приемо-передающего канала и соответствующим напряжением питания каждого из упомянутых усилителей мощности. Напряжение питания выходного усилителя мощности выбирают из условия получения заданной мощности на выходе приемо-передающего канала, а напряжение питания предварительного усилителя мощности выбирают из условия получения максимального значения КПД выходного усилителя мощности. Затем на выходе приемо-передающего канала получают радиочастотный сигнал заданной мощности путем подачи на каждый из упомянутых усилителей мощности соответствующего напряжения питания, выбираемого в соответствии с упомянутой калибровочной таблицей.

Согласно частному варианту выполнения, упомянутая калибровочная таблица дополнительно отражает зависимость между напряжением питания каждого из упомянутых усилителей мощности и частотой радиочастотного сигнала и/или температурой в зоне усилителей мощности.

На фиг. 1 показано схематичное изображение приемо-передающего СВЧ-модуля в режиме калибровки, согласно частному варианту выполнения.

На фиг. 2 показано схематичное изображение приемо-передающего СВЧ-модуля в рабочем режиме, согласно частному варианту выполнения.

На фиг. 3 представлены экспериментальные зависимости выходной мощности усилителя мощности на базе транзистора IGN2932M75 на частоте 3 ГГц от входной мощности при различных значениях напряжения питания.

На фиг. 4 представлены экспериментальные зависимости выходной мощности усилителя мощности на базе транзистора IGN2932M75 на частоте 3 ГГц от напряжения питания при различных значениях входной мощности.

На фиг. 5 представлены экспериментальные зависимости КПД усилителя мощности на базе транзистора IGN2932M75 на частоте 3 ГГц от входной мощности при различных значениях напряжения питания.

Приемо-передающий СВЧ-модуль (далее - ППМ) активной фазированной антенной решетки, в частности радиолокационной станции, работающей в импульсном режиме, показанный на фиг. 1 и 2, содержит приемо-передающий канал I, включающий в себя передающий тракт II, содержащий соединенные последовательно фазовращатель 1, предварительный и выходной усилители мощности 2а и 2b и вентиль 3, расположенный между ними, и приемный тракт III, включающий в себя соединенные последовательно защитное устройство 4, малошумящий усилитель (МШУ) 5, вентиль 6, фазовращатель 7 и аттенюатор 8.

Предварительный и выходной усилители мощности 2а и 2b содержат транзисторы, работающие в режиме глубокого насыщения.

Приемо-передающий канал I также включает в себя циркуляторы 9 и 10, обеспечивающие разделение приемного (III) и передающего (II) трактов, и вентиль 11. Вход 9а циркулятора 9 соединен с выходом аттенюатора 8 (являющимся выходом приемного тракта III), а выход 9b соединен с входом фазовращателя 1 (являющимся входом передающего тракта II). Циркулятор 9, кроме этого, имеет вход-выход 9с, соединенный с СВЧ-соединителем 12, который, в свою очередь, соединен с устройством формирования и обработки радиочастотного сигнала 13.

Вход защитного устройства 4 (являющийся входом приемного тракта III) соединен с выходом вентиля 11, вход которого соединен с выходом 10b циркулятора 10, вход 10а которого соединен с выходом усилителя мощности 2b (являющимся выходом передающего тракта II). Циркулятор 10, кроме этого, имеет вход-выход 10с, соединенный с СВЧ-соединителем 14, который, в свою очередь, может быть соединен с излучателем 15.

В качестве СВЧ-соединителей 12 и 14 могут быть использованы участки СВЧ-линий (например, полосковых линий), неразрывно соединенные, например, путем сварки или пайки, или разъемные соединители (например, СВЧ-разъемы).

Кроме этого, ППМ содержит систему управления 16, управляемые источники питания 17а и 17b и модуляторы 18а и 18b, обеспечивающие режим импульсного питания. Один из входов каждого из модуляторов 18а и 18b соединен с выходом соответствующего управляемого источника питания 17а и 17b, другой вход соединен с одним из соответствующих выходов системы управления 16, а выход соединен с входом питания соответствующего усилителя мощности 2а и 2b.

Управляющий вход каждого из управляемых источников питания 17а и 17b соединен с соответствующим выходом системы управления 16. Каждый из управляемых источников питания 17а и 17b снабжен входом питания от внешнего источника питания (не показан).

В качестве каждого из управляемых источников питания 17а и 17b может быть использован управляемый преобразователь напряжения.

Система управления 16 выполнена с возможностью ввода информации о температуре t в зоне усилителей мощности (от датчика температуры 19) и имеет вход 16а для подсоединения устройства формирования и обработки радиочастотного сигнала 13 или калибровочного устройства 20 (в частности, для получения информации о частоте f радиочастотного сигнала).

Система управления 16, кроме этого, связана с запоминающим устройством 21, предназначенным для хранения данных калибровочной таблицы, отражающих зависимость между мощностью на выходе приемо-передающего канала I и напряжением питания каждого из усилителей мощности 2а и 2b.

Запоминающее устройство 21 также предназначено для хранения данных калибровочной таблицы, отражающих зависимость между напряжением питания каждого из усилителей мощности 2а и 2b и частотой радиочастотного сигнала и/или температурой в зоне усилителей мощности.

В общем случае в состав ППМ могут входить два и более одинаковых приемо-передающих канала. При этом система управления 16 и запоминающее устройство 21 могут являться общими для всех каналов ППМ.

Заявленный способ усиления мощности радиочастотного сигнала осуществляют следующим образом.

Предварительно производят калибровку ППМ при его работе на передачу (при помощи калибровочного устройства 20, подключаемого к ППМ через СВЧ-соединители 12 и 14).

Для каждого значения мощности на выходе приемо-передающего канала I подбирают соответствующее значение напряжения питания каждого из усилителей мощности 2а и 2b.

Напряжение питания выходного усилителя мощности 2b (обозначаемое UВУМ), подбирают из условия получения заданной мощности на выходе приемо-передающего канала I (исходя из зависимостей между параметрами типовых усилителей, содержащих транзисторы, работающие в режиме глубокого насыщения, показанных на фиг. 3 и 4 и раскрытых в патентном документе US 5093667 на фиг. 13).

Напряжение питания предварительного усилителя мощности 2а (обозначаемое UПУМ) подбирают из условия получения максимального значения КПД выходного усилителя мощности 2b (исходя из зависимостей между параметрами типовых усилителей, содержащих транзисторы, работающие в режиме глубокого насыщения, см. там же). Для каждого значения мощности на выходе приемо-передающего канала I (и соответствующему ему значения UВУМ) варьируют UПУМ с шагом, задаваемым калибровочным устройством 20. Затем для каждого значения UПУМ рассчитывают значение КПД выходного усилителя 2b (равное отношению значения выходной мощности выходного усилителя мощности 2b к значению мощности питания, подаваемой на выходной усилитель мощности 2b). При этом значение мощности питания, подаваемого на выходной усилитель мощности 2b, рассчитывают как произведение UВУМ и силы тока, потребляемого выходным усилителем мощности 2b.

Из полученного массива значений UПУМ и соответствующих им значений КПД выходного усилителя мощности 2b для каждого значения мощности на выходе приемо-передающего канала I выбирают посредством калибровочного устройства 20 такое значение UПУМ, которому соответствует максимальное значение КПД выходного усилителя 2b.

Формируют калибровочную таблицу, отражающую зависимость между мощностью на выходе приемо-передающего канала I и напряжением питания усилителя мощности 2а и между мощностью на выходе приемо-передающего канала I и напряжением питания усилителя мощности 2b, данные которой подают с калибровочного устройства 20 на вход 16а системы управления 16 и записывают в запоминающее устройство 21.

Упомянутая сформированная калибровочная таблица дополнительно может отражать зависимость между напряжением питания каждого из упомянутых усилителей мощности и частотой радиочастотного сигнала и/или температурой в зоне усилителей мощности.

В рабочем режиме при работе ППМ на передачу радиочастотный сигнал подают из устройства формирования и обработки радиочастотного сигнала 13 в фазовращатель 1, посредством которого выставляют необходимую фазу радиочастотного сигнала. Далее радиочастотный сигнал подают в предварительный усилитель мощности 2а и затем в выходной усилитель мощности 2b, где усиливают до требуемого уровня, и затем подают через циркулятор 10 в излучатель 15.

Усиление мощности радиочастотного сигнала на каждом из усилителей мощности 2а и 2b обеспечивают за счет управления напряжением питания каждого из усилителей мощности 2а и 2b (посредством управляющего сигнала, например, в виде цифрового кода, подаваемого на соответствующий управляемый источник питания 17а или 17b от системы управления 16 в соответствии с калибровочной таблицей).

Если в передающем тракте между предварительным усилителем 2а и выходным усилителем 2b дополнительно расположены еще один или более усилителей, то управление предварительным усилителем 2а производят с учетом последующего дополнительного усиления перед поступлением радиочастотного сигнала на вход выходного усилителя 2b.

При работе ППМ на прием отраженный сигнал подают через излучатель 15 и циркулятор 10 в защитное устройство 4, которое защищает приемный тракт от воздействия мощностей большого уровня. Затем сигнал подают в МШУ 5, где усиливают, затем - в фазовращатель 7 и аттенюатор 8, посредством которых выставляют необходимую фазу сигнала, и затем - в устройство формирования и обработки радиочастотного сигнала 13.

1. Способ усиления мощности радиочастотного сигнала в приемо-передающем СВЧ-модуле активной фазированной антенной решетки, включающем в себя по меньшей мере один приемо-передающий канал, содержащий приемный и передающий тракты, включающий подачу радиочастотного сигнала на вход передающего тракта, включающего в себя по меньшей мере предварительный и выходной усилители мощности, содержащие транзисторы, работающие в режиме глубокого насыщения, и управление каждым из упомянутых усилителей мощности, отличающийся тем, что предварительно формируют калибровочную таблицу, отражающую зависимость между мощностью на выходе приемо-передающего канала и соответствующим напряжением питания каждого из упомянутых усилителей мощности, при этом напряжение питания выходного усилителя мощности выбирают из условия получения заданной мощности на выходе приемо-передающего канала, а напряжение питания предварительного усилителя мощности выбирают из условия получения максимального значения КПД выходного усилителя мощности, и затем на выходе приемо-передающего канала получают радиочастотный сигнал заданной мощности путем подачи на каждый из упомянутых усилителей мощности соответствующего напряжения питания, выбираемого в соответствии с упомянутой калибровочной таблицей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая калибровочная таблица дополнительно отражает зависимость между напряжением питания каждого из упомянутых усилителей мощности и частотой радиочастотного сигнала и/или температурой в зоне усилителей мощности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано при отладке радиотелеметрических систем в условиях ракетных дорожек. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в цифровых устройствах связи. .

Блиотека i // 317015
Изобретение относится к радиолокационным станциям с последовательным сканированием пространства неподвижными фазированными антеннами решетками, разнонаправленными в пространстве по секторам, и может быть использовано для обнаружения, измерения координат и определения свойств космических и воздушных объектов.

Изобретение относится к антенной технике. Способ включает вычисление сигнала F0 по формуле: .

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для калибровки приемно-передающих активных фазированных антенных решеток (ФАР). Способ калибровки активной ФАР, в котором для калибровки приемных каналов приемно-передающих модулей на их входы подают контрольный сигнал, на основе сравнения амплитуд и фаз выходных сигналов приемных каналов калибруемых модулей с амплитудой и фазой выходного сигнала приемного канала опорного приемно-передающего модуля формируют корректирующие сигналы, которые используют для регулировки комплексных коэффициентов передачи приемных каналов калибруемых приемно-передающих модулей.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в различных устройствах, требующих получения радиоимпульсов с высокой импульсной мощностью, например в системах дальней космической связи и радиолокации.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к антеннам, предназначенным для излучения и приема волн двух ортогональных поляризаций. Результат достигается тем, что в турникетной антенне, содержащей два крестообразно расположенных вибратора, к зазору в средней точке которых присоединены входные коаксиальные кабели, плечи вибраторов выполнены из металлического листа в виде равнобедренных прямоугольных треугольников, расположенных в одной плоскости, с вершинами прямого угла в центре антенны.

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться для калибровки приемных активных фазированных антенных решеток (АФАР), применяемых в радиолокационных станциях дальнего обнаружения.

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ- и КВЧ-диапазонов. Модуль проходной фазированной антенной решетки (ФАР) содержит основание модуля в виде печатной платы и элементы ФАР, соединенные с основанием модуля.

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в радиолокации, а также в системах радиоэлектронного подавления. Устройство содержит систему формирования когерентной сетки частот (1), излучающие элементы (2), управляемые фазовращатели (3), систему управления фазовращателями (4), импульсные модуляторы (5), импульсный генератор (6), управляемые линии задержки (7), систему управления задержкой импульса (8), опорный генератор (9) и синхронизатор систем управления линиями задержки и управляемыми фазовращателями (10).

Изобретение относится к устройству для мультистатических измерений сверхвысокочастотных (СВЧ) сигналов с антенным устройством, которое содержит несколько антенных кластеров, и к способу выполнения устройства.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах связи при передаче широкополосных сигналов в условиях ведения радиоразведки, а также для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и электромагнитной экологии.
Изобретение относится к проектированию и синтезу многолучевых самофокусирующихся адаптивных антенных решеток (МЛ СФААР). Способ позволяет выполнить синтез МЛ СФААР, обеспечивающей максимизацию отношения сигнал/помеха+шум (ОСПШ) на выходе антенной решетки (АР) в условии взаимной корреляции сигналов источников излучения при изменении параметров сигнально-помеховой обстановки (СПО). Способ синтеза многолучевой самофокусирующейся адаптивной антенной решетки (МЛ СФААР) с использованием параметрической модели сигналов источников включает задание исходных данных по количеству антенных элементов (АЭ) МЛ СФААР, их характеристикам, положению в пространстве и типу диаграммообразующей схемы (ДОС), с последующим построением адаптивного процессора (АП) МЛ СФААР, вычисляющего вектор весовых коэффициентов ДОС МЛ СФААР, при этом построение АП МЛ СФААР выполняется с применением параметрической модели сигналов ИИ на основе критерия оптимальности, определяющего величину ошибки аппроксимации принимаемых сигналов ИИ указанной моделью. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для усиления мощности радиочастотного сигнала, в приемо-передающем СВЧ-модуле активной фазированной антенной решетки, в частности радиолокационной станции, работающей в импульсном режиме. Для усиления мощности радиочастотного сигнала подают радиочастотный сигнал на вход передающего тракта, включающего по меньшей мере предварительный и выходной усилители мощности, содержащие транзисторы, работающие в режиме глубокого насыщения. Предварительно формируют калибровочную таблицу, отражающую зависимость между мощностью на выходе приемо-передающего канала и соответствующим напряжением питания каждого из упомянутых усилителей мощности. Напряжение питания выходного усилителя мощности выбирают из условия получения заданной мощности на выходе приемо-передающего канала, а напряжение питания предварительного усилителя мощности выбирают из условия получения максимального значения КПД выходного усилителя мощности. Затем на выходе приемо-передающего канала получают радиочастотный сигнал заданной мощности путем подачи на каждый из упомянутых усилителей мощности соответствующего напряжения питания, выбираемого в соответствии с упомянутой калибровочной таблицей. Технический результат заключается в уменьшении энергопотребления и тепловых потерь. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх