本實用新型涉及功率放大系統(tǒng)，尤其涉及一種甚低頻液冷固態(tài)發(fā)射機(jī)的功率放大系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的甚低頻固態(tài)發(fā)射機(jī)功率放大器大多采用D類“H”橋式電路，柵極驅(qū)動信號為雙極性硬開關(guān)控制方式，功率開關(guān)器件在開關(guān)瞬間承受大的電流應(yīng)力和電壓應(yīng)力，其開通和關(guān)斷過程損耗較大，高頻時尤為顯著。功率開關(guān)器件采用MOSFET或IGBT，MOSFET通態(tài)電阻較大，通態(tài)損耗較大，IGBT存在拖尾電流，頻率特性差，開關(guān)損耗大?，F(xiàn)有功率放大器效率僅為92％。

功率輸出變壓器磁芯采用錳鋅鐵氧體，該材料雖然高頻損耗較低，但因其飽和磁感應(yīng)值(Bs)較低，大功率條件下會使磁環(huán)的體積和重量比較大，成品率低。此外，鐵氧體的居里溫度較低，熱穩(wěn)定性差。

功率合成方式為將若干個功率放大器輸出進(jìn)行同相位幅度疊加，合成后輸出波形為方波，諧波分量大，對濾波電路壓力大，整機(jī)諧波指標(biāo)≤-45dB。

功率合成電路可以采用直接串聯(lián)、直接并聯(lián)、變壓器串聯(lián)合成三種方 式，該發(fā)射機(jī)采用變壓器串聯(lián)合成方式，該方式無需調(diào)諧元件，方便裝拆，利于使用維護(hù)。其它兩種功率合成電路直接將功放單元輸出進(jìn)行串、并聯(lián)合成，雖然可以將效率提高1％，節(jié)約一定經(jīng)費，但存在極大風(fēng)險。其風(fēng)險主要有以下幾點：

a)功放單元之間沒有隔離，會產(chǎn)生相互影響，功放單元易受干擾，穩(wěn)定性較低。而通過變壓器，可以實現(xiàn)功放單元的相互隔離；

b)功放單元與負(fù)載電路沒有隔離，負(fù)載回路的參數(shù)變化直接反射到功放單元，對功放單元影響較大，降低了功放單元可靠性。而通過變壓器，可以實現(xiàn)功放單元與負(fù)載回路的相互隔離，且由于變壓器次級電感量很大，可以保證電流不能突變，提高了功放單元的瞬間抗雷電流能力。

c)多個功放單元直接串聯(lián)合成，總輸出阻抗非常高，與假負(fù)載阻抗差值相差較大，導(dǎo)致匹配電路Q值過高，失諧時功率損失大；同時對匹配電路中電容器、電感線圈、炮彈開關(guān)的耐壓設(shè)計提出了很高的要求，工程實現(xiàn)難度大，費用高，且在實際工作中極易打火，故障直接反射回功放單元，燒毀功放單元。而通過變壓器，可以進(jìn)行阻抗變換，減輕了匹配電路的壓力，保證了功放單元的安全。

d)多個功放單元直接并聯(lián)合成，首先需嚴(yán)格保證各功放單元輸出信號的相位一定，幅度相同，否則合成后諧波分量大，嚴(yán)重時會造成合成后無功率輸出。其次，數(shù)量眾多的功放單元存在一定差異性，會帶來不平衡，產(chǎn)生倒灌，即使增加均流措施效果也不理想。直接并聯(lián)合成只適用于直流信號并聯(lián)，不適用于甚低頻信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為甚低頻液冷固態(tài)發(fā)射機(jī)提供一種安全、耐用的功率放大系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型的技術(shù)方案是：一種甚低頻液冷固態(tài)發(fā)射機(jī)的功率放大系統(tǒng)，包括數(shù)字階梯波發(fā)生器，數(shù)字階梯波發(fā)生器將模擬射頻激勵信號轉(zhuǎn)化成按一定時序排列的開關(guān)信號，數(shù)字階梯波發(fā)生器輸出端設(shè)有至少1個數(shù)字分配器，數(shù)字分配器分別連接有若干個功率放大器，功率放大器分別連接有功率合成變壓器；

所述功率放大器為D類放大器，電路方式采用移相全橋控制，包括四支功率開關(guān)管，四支功率開關(guān)管呈H橋型設(shè)置，同一橋臂上的兩支功率開關(guān)管相位相反，根據(jù)場效應(yīng)管參數(shù)留有死區(qū)時間；

所述四支功率開關(guān)管，分別不同時開通或關(guān)斷，開通或關(guān)斷時間受控；對角線設(shè)置的兩支開關(guān)管都導(dǎo)通，功放單元才有輸出功率，每支功率開關(guān)管導(dǎo)通時間為半個周期；

所述功率開關(guān)管分別設(shè)有數(shù)字驅(qū)動保護(hù)單元；

所述功率合成變壓器包括輸入側(cè)線圈、輸出側(cè)線圈、磁芯，所述功率放大器連接在輸入側(cè)線圈，功率合成變壓器輸出側(cè)線圈依次串聯(lián)，構(gòu)成功率合成電路，輸出側(cè)線圈的一端連接地線，另一端為功率放大系統(tǒng)的輸出端；

所述功率合成變壓器的磁芯采用超微晶材料。

本實用新型的有益效果是：

1.功放單元采用移相全橋控制，使功率開關(guān)管不同時開通或關(guān)斷，并通過控制每只功率開關(guān)管的開通或關(guān)斷時間，減小開關(guān)損耗及管子承受的尖峰電壓、電流，防止上下管直通，發(fā)生短路燒毀器件及電源。

2.采用變壓器串聯(lián)合成方式，該方式無需調(diào)諧元件，方便裝拆，利于使用維護(hù)。

3.功率輸出變壓器使用超微晶可以增強(qiáng)整機(jī)抗雷電、短路、過載等瞬間沖擊能力。

附圖說明

圖1為本實用新型的連接示意圖；

圖2為本實用新型電路原理圖；

圖3為本實用新型信號控制關(guān)系圖；

圖4為本實用新型功率合成電路等效電路圖；

表1為超微晶與錳鋅鐵氧體參數(shù)對比。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

如圖1所示，一種甚低頻液冷固態(tài)發(fā)射機(jī)的功率放大系統(tǒng)，包括數(shù)字階梯波發(fā)生器，數(shù)字階梯波發(fā)生器將模擬射頻激勵信號轉(zhuǎn)化成按一定時序 排列的開關(guān)信號，數(shù)字階梯波發(fā)生器輸出端設(shè)有至少1個數(shù)字分配器，數(shù)字分配器分別連接有若干個功率放大器，功率放大器分別連接有功率合成變壓器。

如圖2所示，所述功率放大器為D類放大器，包括四支功率開關(guān)管，采用移相全橋控制；功率開關(guān)管不同時開通或關(guān)斷，并通過控制每只功率開關(guān)管的開通或關(guān)斷時間，減小開關(guān)損耗及管子承受的尖峰電壓、電流。只有對角線的兩只開關(guān)管都導(dǎo)通，功放單元才有輸出功率。在每個周期中首先導(dǎo)通的兩只開關(guān)管稱為超前橋臂，后導(dǎo)通的兩只開關(guān)管稱為滯后橋臂。每只功率開關(guān)管導(dǎo)通時間接近半個周期，即180°，同一橋臂兩只開關(guān)管的相位相反，根據(jù)場效應(yīng)管參數(shù)留有死區(qū)時間(該時間可調(diào)整)，防止上下管直通，發(fā)生短路燒毀器件及電源。

所述四支功率開關(guān)管分別設(shè)有四個數(shù)字驅(qū)動保護(hù)單元，一號、二號、三號、四號。功率開關(guān)采用SiC MOSFET和SiC Diode，通態(tài)電阻及開關(guān)特性更佳，驅(qū)動功率更小，功率開關(guān)器件可以減少70％損耗，效率≥97％。

如圖3所示，功率放大器輸入輸出波形，其中一號數(shù)字驅(qū)動保護(hù)單元輸出信號A，二號數(shù)字驅(qū)動保護(hù)單元輸出信號B，三號數(shù)字驅(qū)動保護(hù)單元輸出信號C，四號數(shù)字驅(qū)動保護(hù)單元輸出信號D。

本實用新型中功率合成方式為將若干個功率放大器輸出進(jìn)行錯相位幅度疊加，合成后輸出波形為階梯波，諧波分量小，對濾波電路壓力小，整機(jī)諧波指標(biāo)≤-60dB。階梯合成是通過將功率放大器輸入信號進(jìn)行移相， 功率放大器本身不改變信號相位，達(dá)到輸出信號錯相的效果。功率放大器輸入移相信號由階梯波發(fā)生器產(chǎn)生，方法是將模擬信號激勵器的正弦電壓信號與參考電壓用軟件的辦法相比較得到一系列時間脈沖，即用一定幅值的電壓橫向切割正弦模擬信號得到階梯方波開啟和關(guān)斷時間脈沖，再將這些脈沖進(jìn)行組合得到移相信號。

所述功率合成變壓器包括輸入側(cè)線圈、輸出側(cè)線圈、磁芯，所述功率放大器連接在輸入側(cè)線圈，功率合成變壓器輸出側(cè)線圈依次串聯(lián)，構(gòu)成功率合成電路，輸出側(cè)線圈的一端連接地線，另一端為功率放大系統(tǒng)的輸出端。

所述功率合成變壓器的磁芯采用超微晶材料。超微晶材料具有優(yōu)良的綜合磁性能，集硅鋼、坡莫合金、鐵氧體的優(yōu)點于一身，即高磁感、高導(dǎo)磁率、低損耗及優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。如表1所示，超微晶的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度是鐵氧體的3倍，同樣體積的磁環(huán)要比鐵氧體輸出功率大2倍，同時有更大的抗過載能力。其磁環(huán)損耗在20kHz～50kHz的頻率范圍是鐵氧體損耗的1/5～1/2。導(dǎo)磁率是鐵氧體的10倍以上，因此激磁功率小，因而也減少了銅損。超微晶的居里溫度是570℃，是鐵氧體的3倍。功率輸出變壓器使用超微晶可以增強(qiáng)整機(jī)抗雷電、短路、過載等瞬間沖擊能力。

表1超微晶與錳鋅鐵氧體參數(shù)對比

所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。