一種支持寬帶工作的S波段發射組件設計

孟歡++于龍++范青

摘 要

本文對于在某些多種大功率無線電發射設備同時集中使用的區域，如何在相近頻率范圍內有效的避免相互干擾，特別針對S波段雷達發射機設計了一種支持800MHz帶寬工作的發射組件。該組件中的核心器件——功率放大管選用目前使用了最新技術的氮化鎵功率管，使該組件乃至整套發射機都具有快速的脈沖上升時間。

【關鍵詞】寬帶 快速上升時間 氮化鎵

隨著現代各種類型無線電設備的快速發展，某些特定區域（如機場），會存在著多種大功率無線電發射設備集中使用的情況，這些設備的同時使用，會在相近頻率范圍內產生相互干擾，若這些設備支持寬帶工作，則可以在有效的頻率范圍內選擇最佳的工作頻點，避免干擾的產生，從而使設備性能達到最優，這點對于情報雷達尤其重要，特別是在戰術上可以很好的規避敵方的干擾及頻率偵察，因此使其隱蔽性及戰場存活概率得到了極大提高。

固態雷達發射機主要由若干發射組件組成，所以發射組件指標的優劣直接決定了發射機的性能。傳統的發射組件通常采用的功率放大管為硅材料的雙極型晶體管或結合了BPT和砷化鎵工藝的LD MOS功率管，但這兩種功率放大管都無法支持大功率寬帶工作，而且脈沖信號上升時間較長，使得雷達整機的探測精度較低。本文為了克服上述現有技術的不足，設計了一種支持寬帶工作的S波段發射組件，同時解決了固態組件快速脈沖上升時間的問題。

1 設計指標

本發射組件結合雷達整機要求，提出以下主要設計指標：

頻率范圍： 2.7GHz～3.5GHz

輸入功率： 10W（峰值）

工作脈寬： ≤300μs

占空比： ≤10%

輸出功率： ≥1kW（峰值）

上升時間： ≤50ns

下降時間： ≤20ns

頂降： ≤0.5dB

二次諧波： ≤60dBc

相噪惡化： ≤3dB

改善因子： ≤60dBc

由上可知，本組件具有800MHz的工作帶寬，涵蓋了S波段一次雷達常用的頻率范圍。

2 原理電路

如圖1所示， PIN開關接收來自于前端輸入的額定峰值功率為20W的激勵推動，在PIN開關導通狀態下輸出功率送入第一250W 功率放大器，耦合口功率大約為20mW左右送入第一1分2分配器；第一250W 功率放大器經過功率放大后輸出功率送入第一隔離器；第一隔離器輸出端連接均衡器；均衡器輸出端連接1分6串饋分配器；1分6串饋分配器輸出端連接固定衰減器，調試時可將此固定衰減器拆下，裝上測試工裝，接上峰值功率計，測量從1分6串饋分配器輸出的每個端口的峰值功率，如果端口功率的帶內起伏較大，可以在均衡器上用匹配塊調節，最終可將帶內起伏控制在1dB之內；固定衰減器輸出端連接第二250W 功率放大器，第二250W 功率放大器額定峰值輸入功率為20W，若輸入功率過大，可改變前面所述的固定衰減器的衰減值，以達到合適輸入功率；第二250W 功率放大器的輸出端連接第二隔離器；第二隔離器的輸出端連接6合1串饋合成器，6合1串饋合成器輸出端對外輸出6路第二250W 功率放大器的合成功率，耦合口功率大約為1W左右送入第二1分2分配器；第一1分2分配器接收到來自于PIN開關耦合端的功率后將其分為兩路，一路送往組件面板上的輸入功率檢測口，可以接上相關儀表進行輸入功率的指標測試，另一路送往檢波單元所對應的輸入端；第二1分2分配器接收到來自于6合1串饋合成器耦合端的功率后將其分為兩路，一路送往組件面板上的輸出功率檢測口，可以接上相關儀表進行輸出功率的指標測試，另一路送往檢波單元所對應的輸入端；檢波單元連接第一1分2分配器輸出端的支路經過檢波二極管后送入BITE所對應的輸入端，連接第二1分2分配器輸出端的支路在經過一個20dB固定衰減器進入檢波二極管后送入BITE所對應的輸入端；BITE分別接收來自于檢波單元的輸入輸出檢波信號在內部進行放大、整形、比較、判斷后輸出電平送往組件面板指示燈，用來指示功率正常情況并判斷各種故障及時對組件進行保護。

2 器件選擇

2.1 功率管

功率管是放大器的核心器件，由以上原理電路可知，本組件設計有兩級放大鏈路，每級的功率放大器功率管型號均選用美國Integra公司生產的IGN2735M250，屬于氮化鎵場效應晶體管，AB類放大器，50歐姆內部匹配，典型增益11dB，漏極靜態電流150mA，漏極額定工作電壓+32V，柵極典型工作電壓-3.2V，輸出功率大于250W，效率大于45%，最大工作脈寬300μs，占空比10%，工作頻率范圍為2.7GHz～3.5GHz，脈沖上升時間實測值小于20ns。

2.2 PIN開關

PIN開關的作用為控制射頻關斷與導通，單刀單擲，成都970廠生產，型號為VJK1002，要求其具有不超過20ns的快速響應時間，從而保證組件快速的脈沖上長升時間；要求其除了供電接口外，還應具備輸入端、輸出端、TTL控制端及耦合端。TTL控制端特性為“0”關斷，“1”導通；耦合端耦合度為30dB，隔離度30dB。

2.3 均衡器

功率管的輸出功率大小在其工作頻率范圍內呈現出從低頻到高頻逐漸降低的特性且組件中的第一250W 功率放大器作為后端6個第二250W 功率放大器的推動級對功率平坦度要求較高，起伏越小越好，因此需要通過均衡器來控制輸出功率的平坦度。本組件內的均衡器為微帶吸收式，采用ADS仿真得到，損耗特性與功率管功率輸出特性相同，按頻率從低到高逐漸遞減，范圍為0.3dB～1.3dB。

2.4 分配器

串饋分配器具有重量輕，體積小等優點，本組件采用1分6串饋分配器，要求其頻率范圍為2.7GHz～3.5GHz，插入損耗小于0.5dB，隔離度大于20dB，端口駐波小于1.3，幅度不平衡±0.5dB，相位不平衡±3°，可承受功率值為500W。

2.5 合成器

為保證各端口的合成相位相近從而輸出最大功率，串饋分配器需同時配合串饋合成器使用，本組件中所使用的6合1串饋合成器要求其頻率范圍為2.7GHz～3.5GHz，插入損耗小于0.5dB，隔離度大于20dB，端口駐波小于1.3，幅度不平衡±0.5dB，相位不平衡±3°，可承受功率值為2000W，具有輸出功率耦合口且耦合度為30dB。

2.6 檢波單元

檢波單元中所采用的檢波二極管生產廠家為中電55所，型號為WJ3022A。檢波單元中含有輸入輸出兩條支路，輸入支路接收到輸入功率信號后直接送入檢波二極管檢波輸出。因為該檢波二極管可承受的最大峰值功率為200mW，所以輸出支路接收到輸出功率信號后先經過一個20dB固定衰減器將信號峰值功率值衰減到該檢波二極管的可承受范圍內再送入檢波二極管檢波輸出。

2.7 BITE

BITE具有指示功率正常情況及檢測過溫、過壓、欠壓等故障并關斷PIN開關的功能。功率指示具體顯示內容為：綠燈點亮，紅燈熄滅代表功率檢測正常；綠燈熄滅，紅燈點亮代表未檢測到輸出功率；綠燈紅燈一起點亮代表檢測到輸出功率未檢測到輸入功率。BITE還能夠接收到來自于功率放大管漏極電壓及安裝在組件內部的溫度繼電器的吸合狀態來進行判斷組件是否有過壓、欠壓、過溫故障，若出現上述故障則及時關斷送往PIN開關的TTL控制信號以使PIN開關截止從而保護組件不受損壞。

3 測試數據

經過實際測試，將本組件各項指標記錄于表1中。

4 結論

由表1可知，本組件經過實際測試，指標完全達到了設計要求且具有以下優點：

（1）支持寬帶大工作比工作；

（2）快速的脈沖上升時間，實測值小于20ns；

（3）穩定的功能檢測及故障保護；

（4）便于在線測量組件各項指標，組件面板上設計有輸入、輸出信號檢測口，接上相關儀表可以直接對各項指標進行測量，從而判斷前端激勵及組件本身工作正常與否。

作者簡介

孟歡（1984-），男，安徽省合肥市人?，F為安徽四創電子股份有限公司工程師。主要研究方向為雷達發射機。

于龍（1984-），男，安徽省亳州市人?，F為安徽四創電子股份有限公司工程師。主要研究方向為雷達發射機。

范青（1966-），男，四川省遂寧市人?，F為安徽四創電子股份有限公司高級工程師。主要研究方向為雷達發射機。

作者單位

安徽四創電子股份有限公司 安徽省合肥市 230088