Твердотельный усилитель импульсной сверхвысокочастотной мощности

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к усилителям сверхвысокочастотной (СВЧ) мощности и может быть использована в радиосвязи, радиолокации и других областях техники.

Сущность полезной модели заключается в том, что в твердотельном усилителе импульсной СВЧ мощности, содержащим источник питания, блок усиления, формирователь управляющих сигналов (ФУС) и детектор контроля входной мощности, блок усиления выполнен на полупроводниковом элементе, а источник питания - на низковольтном импульсном преобразователе, кроме того, усилитель снабжен, по меньшей мере, тремя предварительными каскадами усиления (ПКУ), контроллером управления ФУС, детектором контроля выходной мощности, по меньшей мере, двумя цифровыми аттенюаторами, а также датчиком температуры, при этом после включения источника питания, контроллер выдает набор управляющих сигналов ФУС, последний осуществляет управление аттенюаторами, ПКУ и блоком усиления, при этом контроль температуры осуществляется датчиком температуры, входной сигнал поступает в первый аттенюатор, где производится регулировка уровня его мощности, от первого аттенюатора сигнал поступает в первый ПКУ, где производится его предварительное усиление, одновременно с этим уровень мощности входного сигнала контролируется детектором контроля входной мощности, от первого ПКУ предварительно усиленный сигнал поступает во второй аттенюатор, где параллельно с первым аттенюатором производится дополнительная регулировка уровня его мощности, далее сигнал поступает во второй и третий ПКУ, где производится его дальнейшее предварительное усиление, и в блок усиления, где производится окончательное усиление, при этом уровень мощности выходного сигнала контролируется соответственно детектором контроля выходной мощности, затем сигнал необходимого уровня мощности поступает к потребителям, причем в случае несоответствия уровней сигнала входной или выходной мощности, сигналы обратной связи от детекторов поступают на контроллер для приведения параметров мощности до необходимого уровня.

Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении надежности, энергоэффективности и стабильности работы.

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к усилителям сверхвысокочастотной (СВЧ) мощности и может быть использована в радиосвязи, радиолокации и других областях техники.

За прототип принят усилитель СВЧ мощности по патенту РФ 2152125, MПK⁷ H03F 3/58, 1999 г., опубл. 27.06.2000 г.

Устройство - прототип содержит лампу бегущей волны (ЛБВ, блок усиления*,^*) название в заявляемом устройстве, здесь и далее), коллекторный вывод которой подключен к положительной шине коллекторного источника питания (КИП), отрицательная шина которого подключена к катоду ЛБВ, анодный источник питания (АИП) и источник питания модулятора (ИПМ), при этом отрицательная шина АИП соединена с положительной шиной КИП. Положительная шина АИП соединена с положительным выводом регулирующего каскада высоковольтного стабилизатора, отрицательный вывод которого соединен с корпусом, а управляющий вход - с регулируемым входом делителя напряжения, один вывод которого соединен с катодом ЛБВ, а второй - с корпусом. Общий вывод ИПМ соединен с катодом ЛБВ, отрицательная шина ИПМ соединена с эмиттером первого ключа, а положительная шина - с коллекторами второго и третьего ключей. Управляющий вход первого ключа соединен с последовательно включенным первым формирователем, первым детектором, первой ВЧ катушкой, импульсным генератором и разъемом запуска «коротких» импульсов. Коллектор первого ключа соединен с эмиттером третьего ключа, второй управляющей сеткой ЛБВ и через разделительный диод с первой управляющей сеткой ЛБВ, которая соединена с анодом разделительного диода, с эмиттером второго ключа, который через разрядный резистор соединен с эмиттером первого ключа. Управляющий вход второго ключа соединен с последовательно включенным вторым формирователем, вторым детектором, второй ВЧ катушкой, первым коммутатором, разъемом запуск «длинных» импульсов. Управляющий вход третьего ключа соединен с последовательно включенным третьим формирователем, третьим детектором, третьей ВЧ катушкой, вторым коммутатором и через инвертор с разъемом запуска «длинных» импульсов, а выход импульсного генератора соединен с ВЧ входами первого и второго коммутаторов.

Недостатками устройства - прототипа являются низкие надежность, энергоэффективность и нестабильность работы, обусловленные использованием лампы бегущей волны (ЛБВ), т.е. электровакуумного прибора, требующего высоковольтного электропитания, а также неустойчивого (возможность разгерметизации) к различным видам вибрации и т.п.

Решаемой задачей является повышение надежности, энергоэффективности и стабильности работы.

Сущность полезной модели заключается в том, что в твердотельном усилителе импульсной СВЧ мощности, содержащим источник питания, блок усиления, формирователь управляющих сигналов (ФУС) и детектор контроля входной мощности, блок усиления выполнен на полупроводниковом элементе, а источник питания - на низковольтном импульсном преобразователе, кроме того, усилитель снабжен, по меньшей мере, тремя предварительными каскадами усиления (ПКУ), контроллером управления ФУС, детектором контроля выходной мощности, по меньшей мере, двумя цифровыми аттенюаторами, а также датчиком температуры, при этом после включения источника питания, контроллер выдает набор управляющих сигналов ФУС, последний осуществляет управление аттенюаторами, ПКУ и блоком усиления, при этом контроль температуры осуществляется датчиком температуры, входной сигнал поступает в первый аттенюатор, где производится регулировка уровня его мощности, от первого аттенюатора сигнал поступает в первый ПКУ, где производится его предварительное усиление, одновременно с этим уровень мощности входного сигнала контролируется детектором контроля входной мощности, от первого ПКУ предварительно усиленный сигнал поступает во второй аттенюатор, где параллельно с первым аттенюатором производится дополнительная регулировка уровня его мощности, далее сигнал поступает во второй и третий ПКУ, где производится его дальнейшее предварительное усиление, и в блок усиления, где производится окончательное усиление, при этом уровень мощности выходного сигнала контролируется соответственно детектором контроля выходной мощности, затем сигнал необходимого уровня мощности поступает к потребителям, причем в случае несоответствия уровней сигнала входной или выходной мощности, сигналы обратной связи от детекторов поступают на контроллер для приведения параметров мощности до необходимого уровня.

Сущность полезной модели поясняется структурной схемой, где:

1 - источник питания,

2 - контроллер,

3 - формирователь управляющих сигналов,

4 - первый цифровой аттенюатор,

5 - второй цифровой аттенюатор,

6 - первый предварительный каскад усиления,

7 - второй предварительный каскад усиления,

8 - третий предварительный каскад усиления,

9 - блок усиления,

10 - датчик температуры,

11 - детектор контроля входной мощности,

12 - детектор контроля выходной мощности.

Заявляемый усилитель работает следующим образом.

После включения источника питания 1, контроллер 2 выдает набор управляющих сигналов ФУС 3, последний осуществляет управление аттенюаторами 4 и 5, ПКУ 6-8 и блоком усиления 9, при этом контроль температуры осуществляется датчиком температуры 10, входной сигнал поступает в первый аттенюатор 4, где производится регулировка уровня его мощности, от первого аттенюатора 4 сигнал поступает в первый ПКУ 6, где производится его предварительное усиление, одновременно с этим уровень мощности входного сигнала контролируется детектором контроля входной мощности 11, от первого ПКУ 6 предварительно усиленный сигнал поступает во второй аттенюатор 5, где параллельно с первым аттенюатором 4 производится дополнительная регулировка уровня его мощности, далее сигнал поступает во второй и третий ПКУ 7-8, где производится его дальнейшее предварительное усиление, и в блок усиления 9, где производится окончательное усиление, при этом уровень мощности выходного сигнала контролируется соответственно детектором контроля выходной мощности 12, затем сигнал необходимого уровня мощности поступает к потребителям, причем в случае несоответствия уровней сигнала входной или выходной мощности, сигналы обратной связи от детекторов 11 и 12 поступают на контроллер 2 для приведения параметров мощности до необходимого уровня.

Для конкретной реализации заявляемого усилителя могут быть использованы известные радиоэлектронные элементы, например:

- источник питания 1 может быть выполнен на низковольтном импульсном преобразователе и служить для электропитания цепей и элементов усилителя, при этом напряжение питания не превышает 40 В;

- контроллер 2 может быть выполнен на базе микросхемы C80551F120 фирмы «Silicon Lab» и служить для управления режимами работы усилителя, а также для контроля и диагностики его работы;

- формирователь управляющих сигналов 3 может быть выполнен на базе микросхем L1122680 MR и L117321 MF фирмы «National»;

- цифровые аттенюаторы 4 и 5 могут быть выполнены на базе микросхем HMC424LP3 фирмы «Hittite» и служить для регулировки мощности сигнала;

- предварительные каскады усиления 6-8 могут быть выполнены на базе микросхем HMC441LC33, HMC633LC4 и XP1006FA фирмы «Hittite»;

- блок усиления 9 может быть выполнен на базе микросхемы TGI8596-50 фирмы «Toshiba»;

- датчик температуры 10 может быть выполнен на базе микросхемы DS16245 фирмы «Dallas»;

- детекторы контроля входной и выходной мощности 11 и 12 могут быть выполнены на диодах CAT62-02W фирмы «Infineon».

Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении надежности, энергоэффективности и стабильности работы.

Указанный технический результат достигается совокупностью отличительных признаков, а именно выполнением блока усиления на полупроводниковом элементе, а источника питания - на низковольтном импульсном преобразователе, кроме того, снабжением усилителя, по меньшей мере, тремя предварительными каскадами усиления (ПКУ), контроллером управления ФУС, детектором контроля выходной мощности и, по меньшей мере, двумя цифровыми аттенюаторами, а также датчиком температуры.

Представленные описание и чертежи заявляемого усилителя позволяют, используя известные в приборостроении материалы, технологии и покупные радиоэлектронные изделия, изготовить его промышленным способом и использовать в радиосвязи, радиолокации и других областях техники.

Твердотельный усилитель импульсной сверхвысокочастотной мощности, содержащий источник питания, блок усиления, формирователь управляющих сигналов (ФУС) и детектор контроля входной мощности, отличающийся тем, что блок усиления выполнен на полупроводниковом элементе, а источник питания - на низковольтном импульсном преобразователе, кроме того, усилитель снабжен, по меньшей мере, тремя предварительными каскадами усиления (ПКУ), контроллером управления ФУС, детектором контроля выходной мощности и, по меньшей мере, двумя цифровыми аттенюаторами, а также датчиком температуры, при этом после включения источника питания контроллер выдает набор управляющих сигналов ФУС, последний осуществляет управление аттенюаторами, ПКУ и блоком усиления, при этом контроль температуры осуществляется датчиком температуры, входной сигнал поступает в первый аттенюатор, где производится регулировка уровня его мощности, от первого аттенюатора сигнал поступает в первый ПКУ, где производится его предварительное усиление, одновременно с этим уровень мощности входного сигнала контролируется детектором контроля входной мощности, от первого ПКУ предварительно усиленный сигнал поступает во второй аттенюатор, где параллельно с первым аттенюатором производится дополнительная регулировка уровня его мощности, далее сигнал поступает во второй и третий ПКУ, где производится его дальнейшее предварительное усиление, и в блок усиления, где производится окончательное усиление, при этом уровень мощности выходного сигнала контролируется соответственно детектором контроля выходной мощности, затем сигнал необходимого уровня мощности поступает к потребителям, причем в случае несоответствия уровней сигнала входной или выходной мощности сигналы обратной связи от детекторов поступают в контроллер для приведения параметров мощности до необходимого уровня.