CN113660004A - 一种多模复用收发前端电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模复用收发前端电路及控制方法,前级功率放大器PA1的输入端连接发射输入信号,输出端与选通网络的端口1连接,供电端与调制开关K1的输出端连接;末级功率放大器PA2的输入端与选通网络的端口2连接,输出端与环形器H1的端口1连接,供电端与调制开关K2的输出端连接;环形器H1和H2的端口2均与天线***连接;环形器H2的端口1与选通网络的端口3连接;环形器H1和H2的端口3通过隔离器与平衡式限幅低噪声放大器连接;平衡式限幅低噪声放大器与开关网络连接;本发明实现发射多模工作;且用一路接收电路实现两个接收回波的分时接收,并且发射部分的前级功率放大器及附属电路在不同模式下得到复用,降低了***复杂性,提高集成度。
Description
技术领域
本发明涉及雷达、通讯、电子对抗***收发技术领域,具体为一种多模复用收发前端电路及控制方法。
背景技术
随着电子技术的发展和日益复杂化的电磁环境,雷达、通信、电子战多功能一体化的电子装备逐渐成为当今国际上研究的热点。
多功能一体化的需求对收发前端电路的多模式工作提出了很高的要求,尤其是发射机的输出波形和功率量级可灵活调节。例如对于常规S波段相控阵雷达的单元发射通道,常规探测模式下脉冲峰值功率需达百瓦量级;若用于通信模式,则需要连续波功率十瓦量级;若用于电子对抗应用甚至高功率微波武器,峰值功率则需达千瓦量级,但脉宽较窄。
为了适应多模式的工作方式,一种方法是采用多套收发前端电路,该方法的优点是一种模式对应一种电路,不同模式切换可完全通过射频开关来实现,切换响应速度快(开关切换速度达纳秒量级),通道间一致性好;缺点是电路硬件庞大复杂,不利于***集成且成本高;另一种方法是采用单套电路硬件复用,通过改变功率放大器的工作偏置,即改变工作电压和输入信号功率,实现不同量级的功率输出。该方法的优点是电路简单、集成度高、成本低,缺点是模式切换响应速度慢(电源电压调整响应速度达秒级),而且作为高功率放大器的氮化镓功率管在不饱和区的工作状态下线性度较差,使得模式切换后输出功率一致性不易控制。
公开号为CN102545946A公开了一种射频前端电路,该专利通过控制切换开关的切换,选择性地使天线开关或双工器耦合至多模天线;射频前端电路通过采用GSM天线开关与切换开关的结合来实现GSM制式与CDMA或者WCDMA制式之间的切换。但该专利存在多套收发电路共存、电路复用度不高等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于:提供一种多模复用收发前端电路,实现多模式工作,降低***复杂性,提高集成度。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种多模复用收发前端电路,包括前级功率放大器PA1、选通网络、末级功率放大器PA2、环形器H1、环形器H2、隔离器G1、隔离器G2、平衡式限幅低噪声放大器、开关网络、驱动电路1、驱动电路2、电源V1、电源V2、调制开关K1、调制开关K2和天线***;
前级功率放大器PA1的输入端连接发射输入信号,输出端与选通网络的端口1连接,供电端与调制开关K1的输出端连接,调制开关K1的控制端与驱动电路1连接,供电端与电源V1连接;
末级功率放大器PA2的输入端与选通网络的端口2连接,输出端与环形器H1的端口1连接,供电端与调制开关K2的输出端连接,调制开关K2的控制端与驱动电路2连接,供电端与电源V2连接;
环形器H1的端口2与天线***连接,端口3通过隔离器G1与平衡式限幅低噪声放大器的端口1连接;
环形器H2的端口1与选通网络的端口3连接,环形器H2的端口2与天线***连接,环形器H2的端口3通过隔离器G2与平衡式限幅低噪声放大器的端口2连接;
平衡式限幅低噪声放大器的端口3与开关网络的端口1连接,端口4与开关网络的端口2连接;开关网络的端口3送出接收输出信号。
优点:本发明采用的电路结构,能够实现发射多模工作;且用一路接收电路实现两个接收回波的分时接收,并且发射部分的前级功率放大器及附属电路在不同模式下得到复用,降低了***复杂性,提高集成度。
优选地,前级功率放大器PA1和末级功率放大器PA2均包括硅基、砷化镓基、氮化镓基等半导体放大器。
优选地,环行器H1和环形器H2的信号传输方向均为端口1→端口2→端口3;前级功率放大器PA1的输出功率为Pout1,末级功率放大器PA2的输出功率为Pout2,环形器H2的耐功率不低于Pout1,环形器H1的耐功率不低于Pout2。
优选地,选通网络包含环行器或大功率射频开关或其组合。
优选地,隔离器G1和隔离器G2的信号传输方向均为端口1→端口2,且隔离器G1和隔离器G2的耐功率均不低于Pout2。
优选地,平衡式限幅低噪声放大器包括前端3dB电桥、限幅电路、低噪声放大器、后端3dB电桥;
前端3dB电桥包括两个输入端和两个输出端,前端3dB电桥的两个输入端分别为端口1和端口2;
后端3dB电桥包括两个输入端和两个输出端,后端3dB电桥的两个输出端分别为端口3和端口4;
前端3dB电桥的两个输出端分别通过限幅电路和低噪声放大器后与后端3dB电桥的两个输入端连接。
优选地,开关网络为高速射频开关网络。
优选地,调制开关K1和调制开关K2均采用N型MOS管或P型MOS管,包括硅基、砷化镓基、氮化镓基的半导体开关器件。
一种多模复用收发前端电路的控制方法,驱动电路1控制调制开关K1导通,驱动电路2控制调制开关K2导通,选通网路选择端口1→端口2的路径,将开关网络的端口2→端口3的路径导通;
发射时,发射输入信号先通过前级功率放大器PA1进行功率放大,随后经过选通网络的端口1→端口2、再通过末级功率放大器PA2的功率放大、环形器H1的端口1→端口2,最后将输出功率为Pout2的信号给天线***;
接收时,天线***接收回波信号,回波信号首先通过环形器H1的端口2→端口3,随后通过隔离器G1,从平衡限幅低噪声放大器的端口1进入,并从端口4输出,最后经过开关网络的端口2→端口3,从开关网络的端口3输出。
优选地,驱动电路1控制调制开关K1导通,驱动电路2控制调制开关K2关断,选通网路选择端口1→端口3的路径,将开关网络的端口1→端口3的路径导通;
发射时,发射输入信号依次通过前级功率放大器PA1、选通网络的端口1→端口3、环行器H2的端口1→端口2,最后将输出功率为Pout1的信号传递给天线***;
接收时,天线***接收回波信号,随后依次通过环形器H2的端口2→端口3、隔离器G2、平衡限幅低噪声放大器的端口2→端口3、开关网络的端口1→端口3,最后从开关网络的端口3输出。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)本发明采用的电路结构,实现发射多模工作。由于功率管一级放大增益可达十几个分贝,不同模式下发射输出功率可达数量级的改变,适用于雷达、通信、电子战多功能一体化电子装备中。
(2)本发明采用的电路结构,用一路接收电路实现两个接收回波的分时接收(省去了单刀双掷开关),并且发射部分的前级功率放大器及附属电路在不同模式下得到复用,降低了***复杂性,提高集成度,成本优势明显。
(3)本发明采用的电路结构,模式切换完全通过开关切换来实现,响应速度快。射频开关切换时间可控制在10ns以内,电源调制开关关断时间对本电路影响较小,相比较于调整电压改变功率管偏置点的方式,响应速度大幅提高。
(4)本发明采用的电路结构,每种模式下功率管偏置于最佳工作点,模式切换时工作偏置点不发生移动,功率管输入信号功率不需要改变,这对于线性度较差的氮化镓功率管(高功率优选)是极其有益的,从而可保证通道间输出功率的一致性,提升电路工作的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的电路连接示意图;
图2为本发明实施例的平衡式限幅低噪声放大器的连接示意图;
图3为本发明实施例的工作模式一的信号传输路径图;
图4为本发明实施例的工作模式二的信号传输路径图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明技术方案,现结合说明书附图对本发明技术方案做进一步的说明。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
如图1所示,本实施例公开了一种多模复用收发前端电路,包括前级功率放大器PA1、选通网络、末级功率放大器PA2、环形器H1、环形器H2、隔离器G1、隔离器G2、平衡式限幅低噪声放大器、开关网络、驱动电路1、驱动电路2、电源V1、电源V2、调制开关K1、调制开关K2和天线***。
前级功率放大器PA1的输入端连接发射输入信号,输出端与选通网络的端口1连接,供电端与调制开关K1的输出端连接,调制开关K1的控制端与驱动电路1连接,供电端与电源V1连接;
末级功率放大器PA2的输入端与选通网络的端口2连接,输出端与环形器H1的端口1连接,供电端与调制开关K2的输出端连接,调制开关K2的控制端与驱动电路2连接,供电端与电源V2连接;环形器H1的端口2与天线***连接;
环形器H2的端口1与选通网络的端口3连接,环形器H2的端口2与天线***连接;
环形器H1的端口3与隔离器G1的端口1连接,环形器H2的端口3与隔离器G2的端口1连接;
隔离器G1的端口2与平衡式限幅低噪声放大器的端口1连接,隔离器G2的端口2与平衡式限幅低噪声放大器的端口2连接;
平衡式限幅低噪声放大器的端口3与开关网络的端口1连接,平衡式限幅低噪声放大器的端口4与开关网络的端口2连接;开关网络的端口3输出接收输出信号。
前级功率放大器PA1和末级功率放大器PA2工作于脉冲或者连续波模式,包括但不局限于硅基、砷化镓基、氮化镓基等半导体放大器,前级功率放大器输出功率Pout1,驱动末级功率放大器并使之输出功率Pout2。
选通网络可以是环行器或者大功率射频开关或者其组合,实现信号传输路径选通网络的端口1→端口2和端口1→端口3的选择,耐功率不低于Pout1。
环行器H1和环形器H2的信号传输方向均为端口1→端口2→端口3,正向插损要求尽量低,反向隔离要求尽量高。其中环形器H2耐功率不低于Pout1,环形器H1耐功率不低于Pout2。
隔离器G1和隔离器G2的信号传输方向均为端口1→端口2,正向插损要求尽量低,反向隔离要求尽量高。隔离器G1和隔离器G2的耐功率均不低于Pout2,保护天线全反射状态下功率放大器的稳定工作。
开关网络为高速射频开关网络,当端口3与端口1导通时,端口2呈现出与***匹配的负载特性;当端口3与输出端口2导通时,端口1呈现出与***匹配的负载特性。
调制开关K1和调制开关K2包括但不局限于硅基、砷化镓基、氮化镓基等半导体开关器件,既可以是N管也可以是P管;
调制开关K1控制电源V1对前级功率放大器PA1的供电,调制开关K2控制电源V2对末级功率放大器PA2的供电。
如图2所示,平衡式限幅低噪声放大器包括前端3dB电桥、限幅电路、低噪声放大器、后端3dB电桥;
前端3dB电桥的两个输入端分别为端口1和端口2,两个输出端分别与一个限幅电路的输入端连接;两个限幅电路输出端分别与一个低噪声放大器的输入端连接;两个低噪声放大器输出端分别连接后端3dB电桥的两个输入端;后端3dB电桥的两个输出端分别为端口3和端口4。
本实施例还提供一种多模复用收发前端电路的控制方法:
通过控制调制开关K1、调制开关K2、选通网络、开关网络,可以实现多种工作模式的选择。
工作模式一:
如图3所示,在工作模式一中,通过驱动电路1控制调制开关K1导通,通过驱动电路2控制调制开关K2导通,选通网路选择端口1→端口2的路径,将开关网络的端口2→端口3的路径导通;
此时,前级功率放大器PA1工作,末级功率放大器PA2工作;发射时,发射输入信号先通过前级功率放大器PA1进行功率放大,随后经过选通网络的端口1→端口2、再通过末级功率放大器PA2的功率放大、环形器H1的端口1→端口2,最后将输出功率为Pout2的信号给天线***;
接收时,天线***接收回波信号,回波信号首先通过环形器H1的端口2→端口3,随后通过隔离器G1,从平衡限幅低噪声放大器的端口1进入,并从端口4输出,最后经过开关网络的端口2→端口3,从开关网络的端口3输出。
工作模式二:
如图4所示,在工作模式二中,将通过驱动电路1控制调制开关K1导通,通过驱动电路2控制调制开关K2关断,选通网路选择端口1→端口3的路径,将开关网络的端口1→端口3的路径导通;
此时,前级功率放大器PA1工作,末级功率放大器PA2不工作;因此发射时,发射输入信号依次通过前级功率放大器PA1、选通网络的端口1→端口3、环行器H2的端口1→端口2,最后将输出功率为Pout1的信号传递给天线***;
接收时,天线***接收回波信号,随后依次通过环形器H2的端口2→端口3、隔离器G2、平衡限幅低噪声放大器的端口2→端口3、开关网络的端口1→端口3,最后从开关网络的端口3输出。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内,不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述实施例仅表示发明的实施方式,本发明的保护范围不仅局限于上述实施例,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种多模复用收发前端电路,其特征在于:包括前级功率放大器PA1、选通网络、末级功率放大器PA2、环形器H1、环形器H2、隔离器G1、隔离器G2、平衡式限幅低噪声放大器、开关网络、驱动电路1、驱动电路2、电源V1、电源V2、调制开关K1、调制开关K2和天线***;
前级功率放大器PA1的输入端连接发射输入信号,输出端与选通网络的端口1连接,供电端与调制开关K1的输出端连接;调制开关K1的控制端与驱动电路1连接,供电端与电源V1连接;
末级功率放大器PA2的输入端与选通网络的端口2连接,输出端与环形器H1的端口1连接,供电端与调制开关K2的输出端连接;调制开关K2的控制端与驱动电路2连接,供电端与电源V2连接;
环形器H1的端口2与天线***连接,端口3通过隔离器G1与平衡式限幅低噪声放大器的端口1连接;
环形器H2的端口1与选通网络的端口3连接,端口2与天线***连接,端口3通过隔离器G2与平衡式限幅低噪声放大器的端口2连接;
平衡式限幅低噪声放大器的端口3与开关网络的端口1连接,端口4与开关网络的端口2连接;开关网络的端口3输出接收输出信号。
2.根据权利要求1所述的多模复用收发前端电路,其特征在于:前级功率放大器PA1和末级功率放大器PA2均包括硅基、砷化镓基、氮化镓基的半导体功率放大器。
3.根据权利要求1所述的多模复用收发前端电路,其特征在于:环行器H1和环形器H2的信号传输方向均为端口1→端口2→端口3;前级功率放大器PA1的输出功率为Pout1,末级功率放大器PA2的输出功率为Pout2,环形器H2的耐功率不低于Pout1,环形器H1的耐功率不低于Pout2。
4.根据权利要求1所述的多模复用收发前端电路,其特征在于:选通网络包含环行器或大功率射频开关或其组合。
5.根据权利要求1所述的多模复用收发前端电路,其特征在于:隔离器G1和隔离器G2的信号传输方向均为端口1→端口2,且隔离器G1和隔离器G2的耐功率均不低于Pout2。
6.根据权利要求1所述的多模复用收发前端电路,其特征在于:平衡式限幅低噪声放大器包括前端3dB电桥、限幅电路、低噪声放大器、后端3dB电桥;
前端3dB电桥包括两个输入端和两个输出端,前端3dB电桥的两个输入端分别为端口1和端口2;
后端3dB电桥包括两个输入端和两个输出端,后端3dB电桥的两个输出端分别为端口3和端口4;
前端3dB电桥的两个输出端分别通过限幅电路和低噪声放大器后与后端3dB电桥的两个输入端连接。
7.根据权利要求1所述的多模复用收发前端电路,其特征在于:开关网络为高速射频开关网络。
8.根据权利要求1所述的多模复用收发前端电路,其特征在于:调制开关K1和调制开关K2均采用N型MOS管或P型MOS管,包括硅基、砷化镓基、氮化镓基的半导体开关器件。
9.权利要求1至8任一项所述的多模复用收发前端电路的控制方法,其特征在于:驱动电路1控制调制开关K1导通,驱动电路2控制调制开关K2导通,选通网路选择端口1→端口2的路径,将开关网络的端口2→端口3的路径导通;
发射时,发射输入信号先通过前级功率放大器PA1进行功率放大,随后经过选通网络的端口1→端口2、再通过末级功率放大器PA2的功率放大、环形器H1的端口1→端口2,最后将输出功率为Pout2的信号给天线***;
接收时,天线***接收回波信号,回波信号首先通过环形器H1的端口2→端口3,随后通过隔离器G1,从平衡限幅低噪声放大器的端口1进入,并从端口4输出,最后经过开关网络的端口2→端口3,从开关网络的端口3输出。
10.权利要求9所述的多模复用收发前端电路的控制方法,其特征在于:驱动电路1控制调制开关K1导通,驱动电路2控制调制开关K2关断,选通网路选择端口1→端口3的路径,将开关网络的端口1→端口3的路径导通;
发射时,发射输入信号依次通过前级功率放大器PA1、选通网络的端口1→端口3、环行器H2的端口1→端口2,最后将输出功率为Pout1的信号传递给天线***;
接收时,天线***接收回波信号,随后依次通过环形器H2的端口2→端口3、隔离器G2、平衡限幅低噪声放大器的端口2→端口3、开关网络的端口1→端口3,最后从开关网络的端口3输出。
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