專利名稱：控制寬帶高斯脈沖高功率射頻發(fā)射機(jī)的峰值功率和脈沖寬度的方法和裝置的制作方法
控制寬帶高斯脈沖高功率射頻發(fā)射機(jī)的峰值功率和脈沖寬度的方法和裝置
本發(fā)明涉及用于控制高功率發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖幅度和功率參數(shù)的方法和 裝置。
本發(fā)明可以用于控制寬帶高斯脈沖高功率射頻發(fā)射機(jī)的峰值功率和脈 沖寬度。
本發(fā)明可以用于例如射頻脈沖發(fā)射機(jī)這種情形，而不管脈沖的類型。 現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有一些方法和裝置用來控制高功率發(fā)射機(jī)的峰值功率 和脈沖寬度。
目前，為了在合理體積內(nèi)獲得大于500W的峰值功率，仍然不可避免 地要使用雙極性晶體管。
常用的方法是控制n個(gè)連續(xù)共基極C類級的基極發(fā)射極偏置電流，例 如本申請人的專利EP06685932中描述的那種。
這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是控制單元與C類雙極性晶體管的電源串聯(lián)，從 而引起損耗，降低發(fā)射機(jī)的效率。此外，只要負(fù)荷率超過1%，這種發(fā)射鏈 就需要采用冷卻手段，從而限制了它例如超過500W峰值功率的機(jī)載應(yīng)用。
在寬頻帶和工作溫度大范圍變化的情況下很難控制射頻脈沖形狀的完 整性。
本發(fā)明涉及一種用于控制高功率射頻脈沖發(fā)射機(jī)脈沖參數(shù)的裝置，包 括至少一個(gè)放大器，其特征在于至少還包括以下單元 發(fā)射脈沖檢測器； 視頻放大器；
模擬處理裝置，適合于提供與發(fā)射脈沖的寬度和功率參數(shù)有關(guān)的信息； 數(shù)字處理裝置，用于接收與發(fā)射脈沖參數(shù)有關(guān)的信息提示，適合于產(chǎn) 生裝置的控制信號，并產(chǎn)生裝置的控制信號，該裝置適合于產(chǎn)生由同步發(fā) 射同步的可變幅度基本高斯形狀的信號，該裝置適合于產(chǎn)生由所述同步發(fā) 射同步的可變幅度基本方波形狀的信號。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)- 利用模-數(shù)轉(zhuǎn)換器或DAC和簡單的運(yùn)算放大器能夠以數(shù)字方式
很容易地產(chǎn)生低壓調(diào)制信號； 利用LDMOS晶體管能夠減少放大器的級數(shù)，提高發(fā)射鏈的效
率，從而獲得更加明顯的負(fù)荷率而不會過分發(fā)熱。例如，發(fā)射
機(jī)的效率可以從20%提高到30%;
本發(fā)明能夠確保發(fā)射的高斯脈沖的完整性(形狀、寬度等)； 能夠在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)調(diào)節(jié)峰值功率； 能夠獲得溫度穩(wěn)定性。
通過參考附圖，閱讀后面的描述，能夠更加了解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)， 在這些附圖中
圖l說明本發(fā)明的原理；
圖2A和2B是本發(fā)明中所產(chǎn)生的控制信號、驅(qū)動信號和調(diào)制信號的時(shí) 序圖3是利用脈沖電壓供電的放大器的示例性結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的方法和裝置基于如下原理通過一方面檢測發(fā)射的信號，另 一方面利用可變增益射頻放大器，產(chǎn)生具有預(yù)偏置底部的高斯形狀脈沖信 號(這個(gè)底部的功能是對放大器進(jìn)行偏置)給C類功率末級，所述底部的 幅度受數(shù)字反饋系統(tǒng)的控制。調(diào)制信號由可變幅度的高斯形狀分量(從而 能夠控制峰值功率)和可變幅度方波分量(從而能夠產(chǎn)生末級或末端一些 級的預(yù)偏置)相加構(gòu)成，在這個(gè)實(shí)例中，它們是C類放大器，從而獲得完 全或至少大部分一致并且寬度受控的高斯形狀的脈沖。


圖1說明本發(fā)明示例性系統(tǒng)的原理。該系統(tǒng)包括工作在例如AB類的第 一放大器1。該放大器由例如脈沖電壓供電。在第一放大器1后面的第二放 大器2工作在C類，并且由直流供電，第三放大器3工作在C類，由直流 供電。包絡(luò)檢測器4放在放大鏈的尾部，其功能是檢測這個(gè)鏈發(fā)射的信號 的包絡(luò)。這個(gè)檢測器是例如經(jīng)過了溫度補(bǔ)償?shù)?。這個(gè)檢測器檢測發(fā)射脈沖， 由此提取幅度信息提示和寬度信息。
將檢測到的包絡(luò)發(fā)送到視頻放大器5，將它的輸出鏈接到接收電壓值REF的模擬處理裝置6。模擬處理裝置6耦合到接收發(fā)射信號的數(shù)字處理裝 置7。
數(shù)字處理裝置7產(chǎn)生控制信號，并且將它們分別發(fā)送給數(shù)字電位器8 (從而產(chǎn)生高斯形狀的信號)和數(shù)字電位器9 (從而產(chǎn)生方波形狀的信號)。 然后在加法器10中將這兩個(gè)信號加起來。然后將這兩個(gè)信號之和形成的信 號在傳送給第一放大器1之前發(fā)送給放大器11。 更詳細(xì)地說，模擬處理裝置6提供
檢測到的發(fā)射的峰值幅度是否大于最大門限(K1X電壓REF)
的信息提示VMAX， 檢測到的發(fā)射的峰值幅度是否小于最小門限(K2X電壓REF)
的信息提示VMIN， 寬度代表最大幅度5%或10%上檢測到的發(fā)射脈沖的脈沖(更容 易鑒別高斯類型的信號)； 數(shù)字處理裝置7提供
與發(fā)射同步的AB類調(diào)制器級的脈沖電源的控制信號，
模/數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC和數(shù)字電位器的控制信號，從而能夠產(chǎn)生利用
同步發(fā)射同步的可變幅度高斯形狀的信號， 模擬開關(guān)和數(shù)字電位器的控制信號，從而能夠產(chǎn)生利用同步發(fā)
射同步的可變幅度方波形狀的信號， 數(shù)字電位器的控制是"向上/向下"類型的，根據(jù)從模擬處理收 到的信息提示(幅度太大或太小，寬度太大或太小)，將單個(gè)增 量或減量發(fā)送給每個(gè)同步發(fā)射。 通過例如調(diào)整視頻放大器的增益來選擇lf出端的峰值功率。 系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性只依賴于檢測器和視頻放大器的穩(wěn)定性，其它變化 由反饋?zhàn)詣友a(bǔ)償。
系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性只依賴于耦合器和檢測器的頻率靈敏度，其它變化 由反饋?zhàn)詣友a(bǔ)償。
耦合器方向性不夠的時(shí)候，在這一級的輸出端增加環(huán)行器12能夠顯著 地提高系統(tǒng)不受輸出端狀況變化影響的能力。
峰值功率的精度只依賴于耦合器、檢測器、視頻放大器和環(huán)行器構(gòu)成的組件的頻率靈敏度和溫度靈敏度。
圖2是數(shù)字處理裝置收到的同步發(fā)射控制的時(shí)序圖，放大器1的脈沖
電源控制的時(shí)序圖，本發(fā)明的系統(tǒng)產(chǎn)生的應(yīng)用于放大鏈輸入端第一放大器 的調(diào)制的時(shí)序圖。
在圖2A中畫出的是用于功率控制的信號。畫出了在圖1的點(diǎn)A、 B和 C處的同步信號、電源控制信號和包絡(luò)。
在圖2B中畫出的是用于寬度控制的信號。同樣，畫出了同步和電源控 制信號以及調(diào)制信號。圖中還畫出了在圖1的點(diǎn)A、 B和C處的射頻信號 的包絡(luò)。
圖3畫出了工作在射頻功率放大脈沖范圍的LDMOS晶體管。 晶體管的柵極G接收頻率調(diào)制信號，并且由柵極電源供電。漏極D通 過低損耗開關(guān)20連接到直流電源。開關(guān)20由信號sync控制，用于同步已 調(diào)制信號的發(fā)射。漏極電流只在給漏極供電的時(shí)候存在?？焖匐p定向電壓 鉗位裝置22針對這種工作方式中的固有過壓供有效保護(hù)，其中鉗位電壓的 值在漏極峰值電源和LDMOS晶體管漏源擊穿電壓之間。電容器23用于射 頻去耦。
必要的瞬時(shí)能量由大容量儲能電容器21和串聯(lián)小電阻提供，電容器32 的電容值是根據(jù)發(fā)射機(jī)的負(fù)荷率計(jì)算出來的。這一技術(shù)選擇能夠減少損耗。 低損耗開關(guān)是用例如MOSPOWER晶體管制作的。因此能夠承受很高 的峰值漏極電流，并且具有低損耗的特點(diǎn)。 柵極電源VG可以是
增益控制可變直流電壓，例如可變增益放大器； 用作調(diào)制器的級的調(diào)制信號；
柵極電壓可以是幅度受控的，這一級的靜態(tài)漏極電流的調(diào)整， 射頻增益的調(diào)整。
權(quán)利要求
1.一種用于控制高功率射頻脈沖發(fā)射機(jī)脈沖參數(shù)的裝置，包括至少一個(gè)放大器，其特征在于至少包括以下單元發(fā)射脈沖檢測器(4)；視頻放大器(5)；模擬處理裝置(6)，適合于提供與發(fā)射脈沖的寬度和功率參數(shù)有關(guān)的信息提示；數(shù)字處理裝置(7)，用于接收與發(fā)射脈沖參數(shù)有關(guān)的信息提示，適合于產(chǎn)生裝置(8)的控制信號，并產(chǎn)生裝置(9)的控制信號，該裝置(8)適合于產(chǎn)生由同步發(fā)射同步的可變幅度基本高斯形狀的信號，該裝置(9)適合于產(chǎn)生由所述同步發(fā)射同步的可變幅度基本方波形狀的信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于適合于產(chǎn)生高斯形狀的所述 裝置(8)包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC和數(shù)字電位器。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于適合于產(chǎn)生基本方波形狀的 所述裝置(9)包括模擬開關(guān)和數(shù)字電位器。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于包括放在所述視頻放大器(5) 前頭的環(huán)行器(12)。
5. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述鏈第一放大器的電源是 脈沖電壓電源。
6. —種控制高功率射頻脈沖發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖參數(shù)的方法，其特征在于 至少包括以下步驟抽取發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖的一部分，并檢測其包絡(luò)；將檢測到的發(fā)射的峰值幅度與門限值進(jìn)行比較，提供提示Vmax或 Vmin;產(chǎn)生寬度代表最大幅度給定百分比上檢測到的發(fā)射脈沖的脈沖； 產(chǎn)生給裝置的控制信號，該裝置適合于產(chǎn)生利用同步發(fā)射同步的可變幅度高斯形狀信號；產(chǎn)生給裝置的控制信號，該裝置適合于產(chǎn)生利用同步發(fā)射同步的可變幅度基本方波形狀信號。
全文摘要
控制高功率射頻脈沖發(fā)射機(jī)脈沖參數(shù)的裝置，包括至少一個(gè)放大器，其特征在于至少還包括以下單元發(fā)射脈沖檢測器(4)；視頻放大器(5)；模擬處理裝置(6)，適合于提供與發(fā)射脈沖的寬度和功率參數(shù)有關(guān)的信息提示；數(shù)字處理裝置(7)，用于接收與發(fā)射脈沖參數(shù)有關(guān)的信息提示，適合于產(chǎn)生裝置(8)的控制信號，并用于產(chǎn)生裝置(9)的控制信號，裝置(8)適合于產(chǎn)生由同步發(fā)射同步的可變幅度基本高斯形狀的信號，裝置(9)適合于產(chǎn)生由所述同步發(fā)射同步的可變幅度基本方波形狀的信號。
文檔編號H03C1/00GK101297473SQ200680040200
公開日2008年10月29日 申請日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者A·勒唐普勒 申請人:塔萊斯公司