本發(fā)明涉及無線電信號發(fā)射領(lǐng)域，更具體地，涉及一種羅蘭c發(fā)射機主電路及其發(fā)射波形生成方法。

背景技術(shù)：

羅蘭的全稱是遠程導航，羅蘭c是一種遠程雙曲線無線電導航系統(tǒng)，作用距離可達2000公里，中心頻率為100khz，包絡(luò)線為指數(shù)狀的相位調(diào)制脈沖，成為現(xiàn)代無線電定位、導航、授時系統(tǒng)所廣泛采用的國際標準無線電信號。它成功地解決了周期識別問題并采用了比相、多脈沖編碼和相關(guān)檢測等技術(shù)，成為陸、海、空通用的一種導航定位系統(tǒng)。羅蘭c系統(tǒng)由設(shè)在地面的1個主臺與2～3個副臺合成的臺鏈和飛機上的接收設(shè)備組成。測定主、副臺發(fā)射的兩個脈沖信號的時間差和兩個脈沖信號中載頻的相位差，即可獲得飛機到主、副臺的距離差。距離差保持不變的航跡是一條雙曲線；再測定飛機對主臺和另一副臺的距離差，可得另一條雙曲線。根據(jù)兩條雙曲線的交點可以定出飛機的位置，這一位置由顯示裝置以數(shù)據(jù)形式顯示出來。

羅蘭c無線電導航系統(tǒng)在80年代以前是主流的遠程導航和授時系統(tǒng)，使用非常廣泛。隨著天基衛(wèi)星導航系統(tǒng)問世，包括gps和北斗導航，羅蘭c系統(tǒng)的關(guān)注度降低。但是如果把gps衛(wèi)星導航系統(tǒng)作為唯一導航定位授時的手段是錯誤和危險的，因為gps衛(wèi)星導航系統(tǒng)主要依靠天基衛(wèi)星，存在損壞不易修復的風險，而且傳播到地面的衛(wèi)星信號容易被遮擋而衰減，在一些復雜地形和熱帶雨林地區(qū)信號質(zhì)量差，衛(wèi)星信號也容易受到敵對方干擾，在戰(zhàn)時存在很高風險。

羅蘭c發(fā)射機則是無線電定位、導航和授時系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。其發(fā)射功率、脈沖相位和波形的準確度直接影響到無線電導航和長波授時系統(tǒng)的覆蓋范圍及定位、授時精度。而當前國內(nèi)正在運行的羅蘭c發(fā)射機是中電20所在仿制美國megapulse公司的accufix7500型發(fā)射機的基礎(chǔ)上研制的基于半周磁脈沖發(fā)生器的第一代固態(tài)發(fā)射機。這種羅蘭c發(fā)射機存在效率較低的問題，只在開始的四個半周時間內(nèi)產(chǎn)生激勵電流，采用一種較為復雜的間接調(diào)控羅蘭波形的方式，極大地限制了基于羅蘭c的無線電導航和授時系統(tǒng)性能指標的提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種羅蘭c發(fā)射機主電路及其發(fā)射波形生成方法。

第一方面，本發(fā)明提供一種羅蘭c發(fā)射機主電路，包括：多個d類固態(tài)功放單元、與所述d類固態(tài)功放單元對應(yīng)的多個合成變壓器，還包括匹配調(diào)諧單元；每個所述d類固態(tài)功放單元的輸入端并聯(lián)連接到直流電源、輸出端與對應(yīng)的所述合成變壓器的輸入端相連；所述多個合成變壓器的輸出端串聯(lián)后與所述匹配調(diào)諧單元的輸入端相連；所述d類固態(tài)功放單元和所述合成變壓器用于合成與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形；所述匹配調(diào)諧單元用于將所述合成的階梯電壓波形生成發(fā)射的羅蘭c電流波形。

其中，所述匹配調(diào)諧單元包括匹配變壓器和調(diào)諧電感；所述匹配變壓器與所述多個合成變壓器串聯(lián)后的輸出端相連，用于將所述發(fā)射天線的等效阻抗與d類固態(tài)功放單元組的額定輸出阻抗相匹配；所述調(diào)諧電感與發(fā)射天線的等效阻抗串聯(lián)構(gòu)成天線調(diào)諧回路，用于對所述合成的階梯電壓波形進行濾波調(diào)諧處理后，生成發(fā)射的羅蘭c電流波形。

其中，所述d類固態(tài)功放單元為由四個全控型功率開關(guān)器件構(gòu)成的全橋電路；全控型功率開關(guān)器件中三極管的源極和漏極之間反向并聯(lián)一個二極管；第一三極管(q1)與第二三極管(q2)串聯(lián)，第四三極管(q4)與第三三極管(q3)串聯(lián)；第一三極管(q1)與第四三極管(q4)的源極均與直流電壓的一極相連，第二三極管(q2)與第三三極管(q3)的漏極均與直流電壓的另一極相連；第一三極管(q1)的漏極經(jīng)合成變壓器與第三三極管(q3)的源極相連，第四三極管(q4)的漏極經(jīng)合成變壓器與第二三極管(q2)的源極相連。

其中，所述d類固態(tài)功放單元的工作模式包括激勵模式、切出模式和阻尼模式；所述激勵模式為第一三極管(q1)和第三三極管(q3)，第四三極管(q4)和第二三極管(q2)輪流導通，用于羅蘭c電流波形包絡(luò)線的上升沿階段，直流源始終流向所述天線調(diào)諧回路輸出功率，所述d類固態(tài)功放單元處于逆變狀態(tài)；所述切出模式為第一三極管(q1)和第四三極管(q4)關(guān)斷，第二三極管(q2)和第三三極管(q3)導通，電流流經(jīng)第二三極管(q2)和第三三極管(q3)形成閉合回路，所述d類固態(tài)功放單元處于關(guān)斷切出狀態(tài)；所述阻尼模式為所述四個三極管均停止驅(qū)動，用于羅蘭c電流波形包絡(luò)線的下降沿階段，電流流經(jīng)與三極管反向并聯(lián)的二極管回流至直流源，所述d類固態(tài)功放單元處于整流狀態(tài)。

其中，所述三極管為mos管或絕緣柵雙極型晶體管。

第二方面，本發(fā)明提供一種羅蘭c發(fā)射機主電路的發(fā)射波形生成方法，包括：s1，驅(qū)動每個d類固態(tài)功放單元和每個合成變壓器，以合成與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形；s2，匹配調(diào)諧單元將所述合成的階梯電壓波形生成發(fā)射的羅蘭c電流波形。

其中，所述s1還包括：將參考激勵電壓幅值與直流電壓相除，根據(jù)相除結(jié)果確定工作在激勵模式或阻尼模式的d類固態(tài)功放單元數(shù)量。

其中，所述s2包括：通過設(shè)定匹配變壓器的變比，使d類固態(tài)功放單元的額定輸出阻抗與發(fā)射天線的等效阻抗相匹配；根據(jù)發(fā)射天線的容性電抗大小，調(diào)節(jié)調(diào)諧電感線圈的電感量，使天線調(diào)諧回路諧振。

其中，所述參考激勵電壓由調(diào)諧電感、發(fā)射天線等效阻抗和所要生成的羅蘭c電流波形決定。

其中，所述羅蘭c電流波形的函數(shù)為：

相應(yīng)地，所述參考激勵電壓波形的函數(shù)為：

其中為相位編碼，取值為0或π；τ為羅蘭脈沖上升到峰值點所需要的時間；llp＝2lt，lt為調(diào)諧電感的電感量；ra為發(fā)射天線等效阻抗；f0為中心頻率100khz。

本發(fā)明提供的一種羅蘭c發(fā)射機主電路及其發(fā)射波形生成方法，通過主電路中的多個d類固態(tài)功放單元和多個合成變壓器，合成與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形，以及通過匹配調(diào)諧單元將合成的階梯電壓波形生成發(fā)射的羅蘭c電流波形。由于d類固態(tài)功放單元本身的高效率特性，另外在羅蘭脈沖下降沿時間段采用了有源阻尼回收能量的模式，使得發(fā)射機的整體效率大為改善；還可以將d類固態(tài)功放單元與合成變壓器通過串并聯(lián)的組合擴容方式，實現(xiàn)不同功率等級要求，例如100kw到2mw級別，針對不同需求發(fā)射機在工程實現(xiàn)上不需要重復設(shè)計。同時也使得羅蘭c發(fā)射機在整個羅蘭脈沖時間段都可以實現(xiàn)全數(shù)字化階梯波合成。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的羅蘭c發(fā)射機主電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為圖1所述的羅蘭c發(fā)射機主電路中匹配調(diào)諧單元的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為圖1所述的羅蘭c發(fā)射機主電路中d類固態(tài)功放單元的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為圖3所述的d類固態(tài)功放單元的工作模式原理圖；

圖5為圖2所述的匹配調(diào)諧單元中的天線調(diào)諧回路等效的低通濾波回路；

圖6為本發(fā)明實施例提供的羅蘭c發(fā)射機主電路的發(fā)射波形生成方法的流程框圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的合成階梯電壓波形與羅蘭c電流波形的仿真圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，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，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

從2010年起朝鮮對韓國進行g(shù)ps干擾的強度和持續(xù)時間在不斷提高，這迫使韓國政府不得不開始發(fā)展和部署增強型“羅蘭”(eloran)系統(tǒng)。處在長波段的羅蘭c無線電波具有傳輸穩(wěn)定、傳播損耗小、抗干擾能力強等特點，考慮到上述原因，基于地面發(fā)射臺站的羅蘭無線電導航系統(tǒng)則是對天基衛(wèi)星導航系統(tǒng)的最好補充和增強。

我國的自主無線電導航系統(tǒng)：長河ii號羅蘭導航系統(tǒng)，由于體制、臺址設(shè)置和羅蘭c發(fā)射機技術(shù)老舊等原因，存在定位精度低，在某些海域有盲區(qū)和定位不穩(wěn)定問題。為了降低我國北斗導航系統(tǒng)的風險，非常有必要采取最新技術(shù)進一步提升和完善現(xiàn)有的長河二號系統(tǒng)的性能。另外，為了滿足對高精度授時服務(wù)的需求，我國相關(guān)部門正在籌劃更高精度和更大覆蓋能力的新一代授時系統(tǒng)。此系統(tǒng)基于增強型羅蘭c脈沖信號體制，形成覆蓋全部國土面積的高精度授時網(wǎng)絡(luò)，重點區(qū)域授時精度要求達到百納秒。

圖1為本發(fā)明實施例提供的羅蘭c發(fā)射機主電路的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，該主電路包括：多個d類固態(tài)功放單元101、與所述d類固態(tài)功放單元對應(yīng)的多個合成變壓器102，還包括匹配調(diào)諧單元103；每個所述d類固態(tài)功放單元101的輸入端并聯(lián)連接到所述直流電源、輸出端與對應(yīng)的所述合成變壓器102的輸入端相連；所述多個合成變壓器102的輸出端串聯(lián)后與所述匹配調(diào)諧單元103的輸入端相連；所述d類固態(tài)功放單元101和所述合成變壓器102用于合成與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形；所述匹配調(diào)諧單元103用于將所述合成的階梯電壓波形生成發(fā)射的羅蘭c電流波形。

其中，主電路(powercircuit)是指在電器設(shè)備或電力系統(tǒng)中，直接承擔電能的交換或控制任務(wù)的電路。

其中，功率放大器(poweramplifier)簡稱“功放”，是指在給定失真率條件下，能產(chǎn)生最大功率輸出以驅(qū)動某一負載(例如揚聲器)的放大器。d類(數(shù)字音頻功率)放大器是一種將輸入模擬音頻信號或pcm數(shù)字信息變換成pwm(脈沖寬度調(diào)制)或pdm(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號，然后用pwm或pdm的脈沖信號去控制大功率開關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關(guān)放大器。d類功放的效率高，通常能夠達到85％以上；體積小，可以比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間；無裂噪聲接通；低失真，頻率響應(yīng)曲線好；外圍元器件少，便于設(shè)計調(diào)試。固態(tài)功放模塊是指具有放大作用的電路，集成封裝在一起，起到放大信號的作用。

其中，變壓器(transformer)是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯(磁芯)。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。按用途可以分為：電力變壓器和特殊變壓器(電爐變、整流變、工頻試驗變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等)。電路符號常用t當作編號的開頭，例如，t1，t2等。

其中，激勵電壓是物理學概念，為了觀測一個電路系統(tǒng)的特性而輸入到電路中的各種電信號就是激勵信號，激勵信號的電壓就是激勵電壓。

具體地，羅蘭c發(fā)射機主電路包括：多個d類固態(tài)功放單元101、多個合成變壓器102和匹配調(diào)諧單元103，且d類固態(tài)功放單元101和合成變壓器102的數(shù)量一致，本發(fā)明實施例中合成變壓器102的功能為電壓合成和變換。例如，主電路包括3個d類固態(tài)功放單元101和3個合成變壓器102，則直流電源同時為該3個d類固態(tài)功放單元101提供穩(wěn)定的直流電壓vd，通過將d類固態(tài)功放單元101的輸出端正接、反接或者短路，可以輸出±vd或者0v電壓。然后電壓輸出至合成變壓器102，通過將合成變壓器102的輸出端串聯(lián)，最終輸出與參考激勵電壓波一致的階梯電壓波。合成的階梯電壓波形輸送至匹配調(diào)諧單元103，匹配調(diào)諧單元103對該合成的階梯電壓波形進行處理，例如，對該合成的階梯電壓波形進行濾波調(diào)諧處理，對天線電抗進行補償?shù)?，然后在天線上生成羅蘭c電流波形，向空中發(fā)射羅蘭信號。

在本發(fā)明實施例中，通過在主電路中設(shè)置多個d類固態(tài)功放單元、多個合成變壓器和匹配調(diào)諧單元，多個d類固態(tài)功放單元和多個合成變壓器合成與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形，以及通過匹配調(diào)諧單元對該合成的階梯電壓波形進行處理后，生成發(fā)射的羅蘭c電流波形。由于d類固態(tài)功放單元本身的高效率特性，使得發(fā)射機的整體效率大為改善；還可以將d類固態(tài)功放單元與合成變壓器通過串并聯(lián)的組合擴容方式，實現(xiàn)不同功率等級要求，例如100kw到2mw級別，針對不同需求發(fā)射機在工程實現(xiàn)上不需要重復設(shè)計。同時也使得羅蘭c發(fā)射機在整個羅蘭脈沖時間段都可以實現(xiàn)全數(shù)字化階梯波合成。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，結(jié)合圖2，所述匹配調(diào)諧單元102包括：匹配變壓器221和調(diào)諧電感222；所述匹配變壓器221與所述多個合成變壓器102串聯(lián)后的輸出端相連，用于將發(fā)射天線的等效阻抗223與d類固態(tài)功放單元101的額定輸出阻抗相匹配；所述調(diào)諧電感222與所述發(fā)射天線等效阻抗223串聯(lián)構(gòu)成天線調(diào)諧回路，用于對所述合成的階梯電壓波形進行濾波調(diào)諧處理后，生成發(fā)射的羅蘭c電流波形。

其中，阻抗是電路或設(shè)備對電流的阻力，輸出阻抗是在出口處測得的阻抗。阻抗越小，驅(qū)動更大負載的能力就越高。輸出阻抗(outputimpedance)含獨立電源網(wǎng)絡(luò)輸出端口的等效電壓源(戴維南等效電路)或等效電流源(諾頓等效電路)的內(nèi)阻抗，其值等于獨立電源置零時，從輸出端口視入的輸入阻抗。

其中，阻抗匹配(impedancematching)是指信號源內(nèi)阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同，或傳輸線的特性阻抗與所接負載阻抗的大小相等且相位相同，分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態(tài)，簡稱為阻抗匹配。否則，便稱為阻抗失配。有時也直接叫做匹配或失配。

其中，濾波(wavefiltering)是將信號中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項重要措施。濾波分為經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。

其中，調(diào)諧是指調(diào)節(jié)一個振蕩電路的頻率使它與另一個正在發(fā)生振蕩的振蕩電路(或電磁波)發(fā)生諧振。

具體地，羅蘭c發(fā)射機主電路中的匹配調(diào)諧單元102包括：匹配變壓器221和調(diào)諧電感222，本發(fā)明實施例中匹配變壓器的功能為阻抗變換。當d類固態(tài)功放單元101和合成變壓器102合成與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形后，階梯電壓波形會激勵匹配調(diào)諧單元102。此時匹配調(diào)諧單元102中的匹配變壓器221通過設(shè)定其自身的變比，來實現(xiàn)由多個d類固態(tài)功放單元101構(gòu)成的d類固態(tài)功放單元組的額定輸出阻抗與發(fā)送天線的等效阻抗223相匹配。然后在由調(diào)諧電感222和發(fā)射天線等效阻抗223串聯(lián)構(gòu)成的天線調(diào)諧回路中，通過根據(jù)發(fā)射天線容性電抗的大小，調(diào)節(jié)調(diào)諧電感222線圈的電感量，來實現(xiàn)天線調(diào)諧回路諧振，即對合成的階梯電壓波形進行濾波和調(diào)諧處理，從而在發(fā)射天線端生成羅蘭c電流波形，以向空中發(fā)送羅蘭c信號。同時天線調(diào)諧回路的q值在20-60之間，天線調(diào)諧回路等效為高q值的lc二階帶通濾波器，起到抑制d類固態(tài)功放單元101輸出電流的高次諧波作用。

在本發(fā)明實施例中，在匹配調(diào)諧單元中設(shè)置匹配變壓器和調(diào)諧電感，通過調(diào)節(jié)匹配變壓器使得d類固態(tài)功放單元輸出的額定阻抗與發(fā)射天線的等效阻抗相匹配；以及通過調(diào)節(jié)調(diào)諧電感的電感量對合成的階梯電壓波形進行濾波調(diào)諧處理，以使在發(fā)射天線端產(chǎn)生羅蘭c電流波形。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，參考圖3，所述d類固態(tài)功放單元101為由四個全控型功率開關(guān)器件構(gòu)成的全橋電路；全控型功率開關(guān)器件中三極管的源極和漏極之間反向并聯(lián)一個二極管；第一三極管q1與第二三極管q2串聯(lián)，第四三極管q4與第三三極管q3串聯(lián)；第一三極管q1與第四三極管q4的源極均與直流電壓的一極相連，第二三極管q2與第三三極管q3的漏極均與直流電壓的另一極相連；第一三極管q1的漏極經(jīng)合成變壓器與第三三極管q3的源極相連，第四三極管q4的漏極經(jīng)合成變壓器與第二三極管q2的源極相連。所述三極管為全控型開關(guān)器件，例如mos管或絕緣柵雙極型晶體管。

其中，全控性器件為通過控制信號既可以控制其導通，又可以控制其關(guān)斷的電力電子器件被稱為全控型器件，又稱為自關(guān)斷器件。

具體地，如圖3所示，d類固態(tài)功放單元101為由四個全控性功率開關(guān)器件構(gòu)成的全橋電路，全控型功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)時，兩隊成對角的第一三極管q1和第三三極管q3，第二三極管q2和第四三極管q4輪流導通，將d類固態(tài)功放單元輸出端正接、反接，或者第二三極管q2和第三三極管q3導通使功放輸出端短路，可以控制d類固態(tài)功放單元輸出±vd或0v電壓。d類固態(tài)功放單元采用的mos管或igbt，其中，mos管開關(guān)時間在幾十個ns量級，并且由寄生電感和電容決定，具有重復性和確定性。從觸發(fā)mos管到生成射頻信號的延遲時間是一個相對恒定的值。這種延遲作用可以通過反饋控制加以補償。因此脈沖相位抖動將限制在1ns量級水平，從而發(fā)射羅蘭c的相位波形控制精度得到提升，在百納秒以內(nèi)。

在本發(fā)明實施例中，d類固態(tài)功放單元為由四個全控型功率開關(guān)器件構(gòu)成的全橋電路，可以調(diào)節(jié)輸出電流的值；以及三極管采用的mos管或igbt，使得脈沖相位抖動將限制在ns量級水平，提升了時間控制精度，因此提高了對發(fā)射波形的控制能力，羅蘭波形相位的精度也隨之提升。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，參考圖4，所述d類固態(tài)功放單元的工作模式包括激勵模式、切出模式和阻尼模式。如圖4(a)所示，所述激勵模式為第一三極管q1和第三三極管q3，第四三極管q4和第二三極管q2輪流導通，用于羅蘭c電流波形包絡(luò)線的上升沿階段，直流源始終流向所述天線調(diào)諧回路輸出功率，所述d類固態(tài)功放單元處于逆變狀態(tài)；如圖4(b)所示，所述切出模式為第一三極管q1和第四三極管q4關(guān)斷，第二三極管q2和第三三極管q3導通，電流流經(jīng)第二三極管q2和第三三極管q3形成閉合回路，所述d類固態(tài)功放單元處于關(guān)斷切出狀態(tài)；如圖4(c)所示，所述阻尼模式為所述四個三極管均停止驅(qū)動，用于羅蘭c電流波形包絡(luò)線的下降沿階段，電流流經(jīng)與三極管反向并聯(lián)的二極管回流至直流源，所述d類固態(tài)功放單元處于整流狀態(tài)。

具體地，如圖4(a)所示，在激勵模式下，兩隊成對角的第一三極管q1和第三三極管q3，第二三極管q2和第四三極管q4輪流導通，將輸出端正接或者反接，輸入直流源使d類固態(tài)功放單元211輸出正電壓或負電壓方波波形。此模式用于在羅蘭c電流波形包絡(luò)線的上升沿階段，直流電源始終向發(fā)送天線輸出功率，起到激勵天線調(diào)諧回路的作用。

如圖4(b)所示，在切出模式下，第一三極管q1和第四三極管q4為關(guān)斷狀態(tài)，第二三極管q2和第三三極管q3為開通狀態(tài)。d類固態(tài)功放單元211保持關(guān)斷切出狀態(tài)，輸出電壓始終為零，合成變壓器212的輸入端呈短路狀態(tài)，原邊繞組電流流經(jīng)第二三極管q2和第三三極管q3形成閉合回路。發(fā)射機內(nèi)被停止工作的d類固態(tài)功放單元均采取此種模式，切出到功率合成回路之外。

如圖4(c)所示，在阻尼模式下，所有的三極管均停止驅(qū)動，電流通過與第三三極管q3和第一三極管q1反向并聯(lián)的二極管回流到直流電源，或者，電流通過與第二三極管q2和第四三極管q4反向并聯(lián)的二極管回流到直流電源，此時d類固態(tài)功放單元為整流狀態(tài)。此模式用于羅蘭c電流波形包絡(luò)線的下降沿階段，回收天線調(diào)諧回路的儲存能量，起到有源阻尼作用。

根據(jù)所要生成的羅蘭c電流波形確定好參考激勵電壓后，則根據(jù)參考激勵電壓與直流電壓確定工作在激勵模式或者阻尼模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量。將參考激勵電壓幅值與直流電壓相除，將相除結(jié)果取整，確定工作在激勵模式或者阻尼模式的d類固態(tài)功放單元211的數(shù)量，例如，工作在激勵模式或者阻尼模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量為2，則其余的d類固態(tài)功放單元均處于切除模式。直流電源為所有d類固態(tài)功放單元211提供穩(wěn)定的直流電壓。驅(qū)動四個全控性功率開關(guān)器件，使d類固態(tài)功放單元211工作在不同模式，將d類固態(tài)功放單元輸出端正接或者反接后輸入直流源，或者輸出端短路，即可控制d類固態(tài)功放單元輸出±vd或0v電壓。所有d類固態(tài)功放單元211的輸入端并聯(lián)，其輸出端與對應(yīng)的合成變壓器212的輸入端相連，經(jīng)合成變壓器212合成，所有合成變壓器212的輸出端串聯(lián)，輸出與激勵電壓波形一致的階梯電壓波形。該合成的階梯電壓波形經(jīng)匹配調(diào)諧單元102濾波調(diào)諧處理后，在發(fā)射天線端生成羅蘭c電流波形，以向空中發(fā)射羅蘭c電流波形。

在本發(fā)明實施例中，通過調(diào)節(jié)d類固態(tài)功放單元的工作模式，可以合成與激勵電壓波形一致的階梯電壓波形，為生成羅蘭c電流波形提供基礎(chǔ)，從而達到提高發(fā)射機對羅蘭c電流波形的控制能力，使得羅蘭c電流波形的相位精度也隨之提升。另外在羅蘭脈沖下降沿時間段采用了有源阻尼回收能量的模式，使得發(fā)射機的整體效率大為改善。

圖6本發(fā)明實施例提供的羅蘭c發(fā)射機主電路的發(fā)射波形生成方法的流程框圖，如圖6所示，該方法包括：s1，驅(qū)動每個d類固態(tài)功放單元和每個合成變壓器，以合成與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形；s2，匹配調(diào)諧單元將所述合成的階梯電壓波形生成發(fā)射的羅蘭c電流波形。

具體地，基于羅蘭c發(fā)射機主電路生成所要發(fā)射的羅蘭c電流波形時，按照給定的參考激勵電壓波形，驅(qū)動工作在不同狀態(tài)的d類固態(tài)功放單元，通過將d類固態(tài)功放單元的輸出端正接、反接或者短路，輸出±vd或者0v電壓。直流電壓經(jīng)并聯(lián)的d類固態(tài)功放單元后，輸出至與d類固態(tài)功放單元相連的合成變壓器，在合成變壓器內(nèi)合成，所有合成變壓器的輸出端串聯(lián)，輸出與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形。然后階梯電壓波形輸送至匹配調(diào)諧單元，經(jīng)匹配調(diào)諧單元中的匹配變壓器進行阻抗匹配，以及通過匹配調(diào)諧單元中的調(diào)諧電感進行濾波調(diào)諧處理后，在發(fā)射天線端生成羅蘭c電流波形。

在本發(fā)明實施例中，通過d類固態(tài)功放單元和合成變壓器合成與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形，以及通過匹配調(diào)諧單元將合成的階梯電壓波形生成發(fā)射的羅蘭c電流波形。由于d類固態(tài)功放單元本身的高效率特性，使得發(fā)射機的整體效率大為改善；還可以將d類固態(tài)功放單元與合成變壓器通過串并聯(lián)的組合擴容方式，實現(xiàn)不同功率等級要求，例如100kw到2mw級別，針對不同需求發(fā)射機在工程實現(xiàn)上不需要重復設(shè)計。同時也使得羅蘭c發(fā)射機在整個羅蘭脈沖時間段都可以實現(xiàn)全數(shù)字化階梯波合成。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述s1還包括：將參考激勵電壓幅值與直流電壓相除，根據(jù)相除結(jié)果確定工作在激勵模式或阻尼模式的d類固態(tài)功放單元數(shù)量。參考激勵電壓由調(diào)諧電感、發(fā)射天線等效阻抗和所要生成羅蘭c發(fā)射天線電流波形決定。

具體地，在驅(qū)動d類固態(tài)功放單元前，根據(jù)參考激勵電壓幅值和直流電壓的相除結(jié)果，確定工作在激勵模式或者阻尼模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量。而參考激勵電壓由調(diào)諧電感、發(fā)射天線等效阻抗和所要生成羅蘭c發(fā)射天線電流波形決定。例如，若相除結(jié)果為3.4，則確定工作在激勵模式或者阻尼模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量為3；若相除結(jié)果為5.7，則確定工作在激勵模式或者阻尼模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量為6。根據(jù)確定的工作在激勵模式或者阻尼模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量，可以得出工作在切出模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量，再根據(jù)確定的工作在不同模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量，驅(qū)動所有d類固態(tài)功放單元。則d類固態(tài)功放單元和合成變壓器可以合成與激勵電壓波形一致的階梯電壓波形，然后將合成的階梯電壓波形輸送至匹配調(diào)諧單元進行處理，最后在發(fā)射天線端產(chǎn)生羅蘭c電流波形。

在本發(fā)明實施例中，通過根據(jù)參考激勵電壓幅值與直流電壓的相除結(jié)果，確定工作在激勵模式或者阻尼模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量，使得d類固態(tài)功放單元能夠合成與參考激勵電壓波形一致的階梯電壓波形，為產(chǎn)生羅蘭c電流波形提供基礎(chǔ)。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述s2包括：通過設(shè)定匹配變壓器的變比，使d類固態(tài)功放單元的額定輸出阻抗與發(fā)射天線的等效阻抗相匹配；根據(jù)發(fā)射天線的容性電抗大小，調(diào)節(jié)調(diào)諧電感線圈的電感量，使天線調(diào)諧回路諧振。

其中，變比(transformationratio)包括變壓器變比、電壓互感器變比和電流互感器變比，是變壓器或電壓互感器一次繞組與二次繞組之間的電壓比或電流互感器一次繞組與二次繞組之間的電流比。變比是變壓器設(shè)計時計算誤差的一個概念，一般的變比大于3時，誤差需小于百分之0.5；變比小于等于3時，誤差需小于百分之1。

其中，電抗是指電感或電容在電路中對交流電的阻礙作用。阻抗即電阻與電抗的總合，用數(shù)學形式表示為：z即阻抗，單位為歐姆ω；r為電阻，單位為歐姆ω；x為電抗，單位為歐姆ω；j是虛數(shù)單位；當x>0時，稱為感性電抗；當x＝0時，電抗為0；當x<0時，稱為容性電抗。

具體地，d類固態(tài)功放單元和合成變壓器合成的階梯電壓波形輸送至匹配調(diào)諧單元后，通過設(shè)定匹配調(diào)諧單元中的匹配變壓器的變比，使得d類固態(tài)功放單元的額定輸出阻抗與發(fā)射天線的等效阻抗相匹配；以及通過調(diào)節(jié)匹配調(diào)諧單元中的調(diào)諧電感線圈的電感量，使得由調(diào)諧電感和發(fā)射天線等效阻抗組成的天線調(diào)諧回路諧振，即對階梯電壓波形進程濾波和調(diào)諧處理。同時天線調(diào)諧回路的q值在20-60之間，天線調(diào)諧回路等效為高q值lc二階帶通濾波器，起到抑制d類固態(tài)功放單元輸出電流的高次諧波的作用。從而在發(fā)射天線端生成標準的羅蘭c電流波形。

在本發(fā)明實施例中，通過調(diào)節(jié)匹配變壓器的變比使得d類固態(tài)功放單元輸出的額定阻抗與發(fā)射天線的等效阻抗相匹配；以及d類固態(tài)功放單元合成的階梯電壓波形，經(jīng)天線調(diào)諧回路的濾波調(diào)諧處理后，在發(fā)射天線端產(chǎn)生標準的羅蘭c電流波形。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，所述羅蘭c電流波形的函數(shù)為：

相應(yīng)地，所述參考激勵電壓波形的函數(shù)為：

其中為相位編碼，取值為0或π；τ為羅蘭脈沖上升到峰值點所需要的時間；llp＝2lt；ra為天線電阻；f0為中心頻率100khz。

具體地，結(jié)合如圖5所示的天線調(diào)諧回路的等效電路模型，說明在發(fā)射天線上產(chǎn)生羅蘭c電流波形所需要的參考激勵電壓波vsyn的函數(shù)形式。調(diào)節(jié)圖2所示的匹配調(diào)諧單元lc串聯(lián)回路中的調(diào)諧電感的電感量lt，使其自由諧振頻率為則lc串聯(lián)回路的帶寬為δfbp＝f0/q。由于q值較高，導致lc串聯(lián)回路的帶寬δfbp＜20khz。為了分析參考激勵電壓波vsyn的包絡(luò)線通過天線調(diào)諧回路的變化趨勢，忽略高頻成分，將lc串聯(lián)回路等效變換為lr低通濾波回路，如圖5所示。

如圖5所示的天線調(diào)諧回路的等效低通濾波電路模型，其中低通濾波電感l(wèi)lp＝2lt。標準羅蘭c電流波形也進行低通等效變換，去掉高頻成分，針對羅蘭信號的包絡(luò)線進行分析。羅蘭信號的包絡(luò)線可由下述公式表述：

其中，τ為羅蘭脈沖上升到峰值點所需要的時間。如圖4所示的等效低通濾波電路在s域表示為：

vsyn(s)＝(llps+ra)ia(s)(2)

所需的參考激勵電壓vsyn的包絡(luò)線在s域的表現(xiàn)形式為：

將上述s域方程變回到時域，則得到天線調(diào)諧回路所需要加載的參考激勵電壓波形的包絡(luò)線時域表達式為：

考慮參考激勵電壓波形的高頻成分，則得到完整的參考激勵電壓波形為：

從上面分析可看出，因為發(fā)射天線帶寬(f0/q)小于羅蘭信號帶寬(20khz)，所以給定的參考激勵電壓波形并不能直接采用羅蘭波形形式，為了使得發(fā)射天線獲得羅蘭c電流波形，需要對輸入到天線調(diào)諧回路的參考激勵電壓波形進行調(diào)整，調(diào)整后的波形函數(shù)如公式(5)所示。

以下對本發(fā)明實施例進行舉例說明，但不限制本發(fā)明的保護范圍。取發(fā)射天線的等效阻抗ra＝2.5ω，天線調(diào)諧回路的q＝55，合成變壓器和匹配變壓器的變比為1，直流電壓vd＝480v，d類固態(tài)功放單元個數(shù)為32個。對所述匹配調(diào)諧單元進行了建模仿真，仿真中激勵源為由d類固態(tài)功放單元和合成變壓器合成的階梯電壓波信號，其包絡(luò)線函數(shù)參照公式(4)。

根據(jù)天線調(diào)諧回路參數(shù)，按照包絡(luò)線公式(4)計算出在每個100khz周期內(nèi)參考激勵電壓幅值大小。將參考激勵電壓幅值與直流電源電壓vd相除，按照四舍五入的方法取整。按照取整結(jié)果，確定工作在激勵模式或者阻尼模式的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量，其他不參與波形合成的d類固態(tài)功放單元則處于切出模式，輸出零電壓。

合成的階梯電壓波形如圖7所示，在一個完整的羅蘭脈沖周期時間長度內(nèi)，共25個100khz的射頻周期序列。觸發(fā)工作的d類固態(tài)功放單元的數(shù)量序列分別為：17、29、32、27、18、12、6、2、-2、-4、-4、-6、-6、-6、-6、-4、-4、-4、-4、-2、-2、-2、-2、-2、-2，其中，正號表示前8個射頻周期中參與激勵模式的d類固態(tài)功放單元數(shù)量；負號表示后17個射頻周期中參與阻尼(回收能量)模式的d類固態(tài)功放單元數(shù)量。

圖7中振蕩正弦曲線則為經(jīng)過天線調(diào)諧回路處理后，輸出的羅蘭c電流波形：

從仿真波形可看出，在t1時間段，發(fā)射機輸出的合成階梯電壓波形vsyn與羅蘭c電流波形ia同相位，發(fā)射機向天線調(diào)諧回路輸出功率。而在t2時間段，改變階梯電壓波形vsyn相位，恰好與羅蘭c電流波形ia反相，使得天線調(diào)諧回路向發(fā)射機回饋功率，從而起到阻尼作用，保證羅蘭c信號下降沿的幅值緩慢下降。這就是基于d類固態(tài)功放單元的能量回收技術(shù)，采用此種方式發(fā)射羅蘭信號，在阻尼階段沒有能量損耗，從而使得發(fā)射機的效率提升70％以上。

上述各實施例提供的羅蘭c發(fā)射機主電路及其發(fā)射波形生成方法，該羅蘭c發(fā)射機在整個羅蘭脈沖時間段都可以實現(xiàn)全數(shù)字化階梯波合成，另外d類固態(tài)功放單元采用的mos管或者igbt，使得開關(guān)速度比可控硅要快很多，將脈沖相位抖動限制在ns量級水平，提升了時間控制精度。因此提高了對發(fā)射波形的控制能力，羅蘭波形相位的精度也隨之提升。并且d類固態(tài)功放單元本身具有高效率的特性，以及在阻尼階段采用能量回收式的有源阻尼技術(shù)，取代了無源阻尼電阻消耗功率的方式，使得系統(tǒng)整體效率可提升70％以上，降低了對輸入電源容量和散熱冷卻的要求。該主電路還可以通過串并聯(lián)的組合擴容方式，實現(xiàn)不同功率等級要求，例如100kw到2mw級別，針對不同要求發(fā)射機在工程實現(xiàn)上不需要重復設(shè)計。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。