一种宽带固态功率放大器的线性控制系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种宽带固态功率放大器的线性控制系统及其控制方法，系统包括控制单元、前级功放单元、末级功放单元，其特征在于，所述前级功放单元和末级功放单元依次串联，所述控制单元与前级功放单元和末级功放单元分别相连。本发明采取射频输入功率衰减控制和芯片漏极电压调节组合控制，实现了超宽带范围内的发射功率线性多档控制，具有超宽带功率线性可调、功率自动快速调节、控制精度高、控制实现简单、运行成本低等优点。

说明书

技术领域

本发明属于功放控制技术领域，具体为一种宽带固态功率放大器的线性控制系统及其控制方法。

背景技术

非合作军用目标的电磁散射特性测量设备是评估真实军事目标、特别是隐身目标的隐身效果的关键设备，随着国外军事强国各种武器平台的大量出现，急需要开展外军目标电磁散射特性的测量工作，对武器装备的目标雷达散射截面(RCS)进行测量是评估其电磁散射特性的主要手段。

飞机、舰船等军事目标一般均配备电子侦察与对抗设备，而测量设备的辐射信号特性与火控雷达相似，该类型的辐射特性以及高的SNR(意味着较大的功率)极易被军事目标的电子侦察设备截获、判断为高威胁信号并告警，被测目标会采取机动、主动干扰、告警等措施规避、干扰测量任务的继续执行。因此，外军非合作军事目标的电磁散射特性测量设备必须具备伪装能力，降低自身信号的威胁等级，不会引起对方的警觉，为测量工作的持续执行提供有利时机。此外在各个频率上对目标的散射特性进行精细分辨，是后续目标检测和识别的基础。

为实现测量雷达的伪装及精细分辨，需要雷达尽可能覆盖宽的频率范围；功率放大器输出功率需要在超宽带范围内线性多档可调，从而保证测量雷达能够伪装多种雷达的发射功率参数。

相比行波管放大器(TWTA)，固态功率放大器因其低供电电压、高可靠性、软性失效、长寿命等诸多优点，在多个应用场合，已经成为发射机的首选。

目前对固态功率放大器的线性控制方法主要为射频输入功率衰减控制，受限于GaN功率芯片、宽带功分合成器，该方法一般应用于窄带(局限某一频率范围内)，当其应用到宽带甚至超宽带时(3倍频程以上)，放大器的线性度、功率增益平坦度难以满足要求，线性区间小不适合精细的线性工作控制；实际使用中，单一控制方法已不能满足宽带频率范围内的线性控制，会造成实际控制灵敏度和有效性的不足。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种宽带固态功率放大器的线性控制系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽带固态功率放大器的线性控制系统，包括控制单元、前级功放单元以及末级功放单元，所述前级功放单元和末级功放单元依次串联，所述控制单元与前级功放单元和末级功放单元分别相连；

所述控制单元，通过MCU微处理器实时采集末级功放单元的输出功率和状态量，接收上位机根据伪装参数下达的输出功率命令，将命令给定的输出功率与实际采集的输出功率作差进行PID运算得出控制状态量，对前级功放单元进行射频衰减控制，对末级功放单元进行漏极电压调制控制，并向上位机传递固态功放的工作状态信息；

所述前级功放单元，用于放大射频输入信号，并响应射频衰减控制；

所述末级功放单元，用于对前级输出进行功率放大与合成，输出所需功率，响应漏极电压调制控制。

较佳地，所述控制单元，包括射频衰减控制电路，漏极电压调制电路，MCU微处理器，采样调理电路；其中，

所述射频衰减控制电路与MCU微处理器相连，所述漏极电压调制电路与MCU微处理器相连，所述采样调理电路与MCU微处理器相连；

采样调理电路，用于将采样的输出功率转换为相应的电平信号并送与MCU微处理器；MCU微处理器实现与上位机通讯，将固态功放的工作状态和实时数据上传，并实时接收伪装所需的输出功率值，计算给定输出功率与实际输出功率的差值并进行PID运算，发出两路控制命令分别给射频衰减控制电路和漏极电压调制电路进行实时动态调制；射频衰减控制电路用于给出相应的调制脉冲；漏极电压调制电路用于给出相应的漏极电压。

较佳地，所述前级功放单元，包括射频开关，温度补偿器，数控衰减器，推动放大器；其中，

所述射频开关、温度补偿器、数控衰减器、推动放大器依次串联；

射频开关，用于控制功率放大器的开关；温度补偿器，用于补偿增益随温度的起伏；数控衰减器，用于接收控制单元的调制脉冲并输出相应的射频功率；推动放大器，用于将射频功率进行一定比例的放大。

较佳地，所述末级功放单元，包括功分器，放大器，合成器；其中，

所述功分器、放大器、合成器依次串联；

功分器，用于将前级输入功率分解成多路；放大器，用于接收控制单元的漏极电压调制将多路功率分别放大相应倍数；合成器，用于将多路放大后的功率进行合成并输出。

本发明还提出了一种宽带固态功率放大器的线性控制方法，包括以下步骤：

步骤1：根据伪装参数，确定固态功放所需的输出功率，通过上位机通信发送至控制单元，得到线性控制系统的输出功率基准；

步骤2：采样固态功放实时的输出功率并送至控制单元，控制单元将基准值与实际输出功率作差，并进行PID运算，通过射频衰减控制电路和漏极电压控制电路得到两路控制信号；

步骤3：两路控制信号分别送与前级功放单元和末级功放单元进行线性区增益控制和漏极电压控制，得到所需的固态功放输出功率。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)宽带功率放大器的全频带内多档线性控制：采取射频输入功率衰减控制和芯片漏极电压组合控制，克服了宽带GaN功率芯片、宽带功分合成器的功率增益起伏大等缺陷，实现了功率放大器在超宽带下功率线性多档可调，与雷达系统多工作模式完全匹配；

(2)采用数字化PID控制，实现了功率放大器的输出功率自动快速调节，提高了系统的控制精度(全量程内优于1dB)，无需人工干预，降低了运行成本；

(3)本发明的控制电路结构简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明的一种宽带固态功率放大器的线性控制系统及其控制方法的原理框图。

图2为本发明的控制单元的原理框图。

图3为本发明的前级功放单元的原理框图。

图4为本发明的末级功放单元的原理框图。

图5为本发明的一种宽带固态功率放大器的线性控制方法的逻辑流程图。

其中，1-控制单元，2-前级功放单元，3-末级功放单元，11-射频衰减控制电路，12-漏极电压调制电路，13-MCU微控制器，14-采样调理电路，21-射频开关，22-温度补偿器，23-数控衰减器，24-推动放大器，31-功分器，32-放大器，33-合成器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，一种宽带固态功率放大器的线性控制系统，包括控制单元1、前级功放单元2以及末级功放单元3；前级功放单元2和末级功放单元3依次串联，控制单元1与前级功放单元2和末级功放单元3分别相连；

控制单元1，通过MCU微处理器实时采集末级功放单元3的输出功率和状态量，接收上位机根据伪装参数下达的输出功率命令，将命令给定的输出功率与实际采集的输出功率作差进行PID运算得出控制状态量，对前级功放单元2进行射频衰减控制，对末级功放单元3进行漏极电压调制控制，完成对固态功放输出功率的实时控制，并向上位机传递固态功放的工作状态信息；

前级功放单元2，用于放大射频输入信号，并响应射频衰减控制；

末级功放单元3，用于对末级功放单元3输出进行功率放大与合成，输出所需功率，响应漏极电压调制控制。

如图2所示，进一步的实施例中，所述控制单元1，包括射频衰减控制电路11，漏极电压调制电路12，MCU微处理器13，采样调理电路14；其中，

射频衰减控制电路11与MCU微处理器13相连，漏极电压调制电路12与MCU微处理器13相连，采样调理电路14与MCU微处理器13相连；

工作过程与原理：

采样调理电路14，用于将采样的输出功率转换为相应的电平信号并送与MCU微处理器13；MCU微处理器13实现与上位机通讯，将固态功放的工作状态和实时数据上传，并实时接收伪装所需的输出功率值，计算给定输出功率与实际输出功率的差值并进行PID运算，发出两路控制命令分别给射频衰减控制电路11和漏极电压调制电路12进行实时动态调制；射频衰减控制电路11用于给出相应的调制脉冲送至前级功放单元2；漏极电压调制电路12用于给出相应的漏极电压送至末级功放单元3。

如图3所示，为本发明的前级功放单元的电路框图，所述前级功放单元2，包括射频开关21，温度补偿器22，数控衰减器23，推动放大器24；其中，

射频开关21、温度补偿器22、数控衰减器23、推动放大器24依次串联；

工作过程与原理：

射频开关21用于控制功率放大器的开关；温度补偿器22用于补偿增益随温度的起伏；数控衰减器23用于接收控制单元1的调制脉冲并输出相应的射频功率；推动放大器24用于将射频功率进行一定比例的放大。

如图4所示，为本发明的末级功放单元的电路框图，所述末级功放单元3，包括功分器31，放大器32，合成器33；其中，

功分器31、放大器32、合成器33依次串联；

工作过程与原理：

功分器31用于将前级输入功率分解成多路；放大器32用于接收控制单元1的漏极电压调制将多路功率分别放大相应倍数；合成器33用于将多路放大后的功率进行合成并输出。

本发明采取射频输入功率衰减控制和芯片漏极电压调节组合控制，分别向固态功放提供两路功率控制命令，实现发射功率在超宽带范围的线性多档控制

如图5所示，一种宽带固态功率放大器的线性控制方法，具体步骤为：

步骤S101：根据伪装参数，确定固态功放所需的输出功率，通过上位机通信发送至控制单元1，得到线性控制系统的输出功率基准；

步骤S102：采样固态功放实时的输出功率并送至控制单元1，控制单元1将基准值与实际输出功率作差，并进行PID运算，通过射频衰减控制电路11和漏极电压控制电路12得到两路控制信号；

步骤S103：两路控制信号分别送与前级功放单元2和末级功放单元3进行线性区增益控制和漏极电压控制，得到所需的功率放大器输出功率。

最后应当说明的是：以上仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。所述领域的普通技术人员应当理解，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。