ИМПУЛЬСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ Российский патент 2005 года по МПК H03F3/32 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в радиолокационной технике.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является импульсный двухступенчатый усилитель мощности СВЧ (см. патент на полезную модель №34050, МПК Н 03 F 3/32), выбранный в качестве прототипа. Известное устройство содержит развязывающие вентили, модулятор, первый каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор. При этом аноды ЛБВ и амплитрона, а также один из выводов вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной, катод амплитрона соединен с другим выводом вторичной обмотки импульсного трансформатора, а катод ЛБВ соединен с катодом амплитрона через согласующий резистор. Параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор, состоящий из конденсатора, диода и резистора, включенного параллельно диоду, при этом одна из обкладок конденсатора соединена с катодом амплитрона, другая обкладка конденсатора соединена с катодом диода, анод которого подключен к общей шине, а параллельно согласующему резистору включен другой конденсатор.

Недостатком устройства-прототипа является то, что при изменении скважности импульсов при фиксированных значениях емкости конденсатора и сопротивления резистора пикового детектора невозможно оптимизировать выравнивание вершины модулирующего импульса для каждого режима по скважности, что приводит к изменяющимся от режима к режиму по скважности импульсов искажениям фазы входного сигнала СВЧ на выходе усилителя мощности СВЧ.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание импульсного усилителя мощности СВЧ, обеспечивающего при переключениях режимов по скважности импульсов неизменную фазовую стабильность выходного сигнала СВЧ внутри импульса и от импульса к импульсу за счет стабилизации уровня выравнивания вершины модулирующего импульса на вторичной обмотке импульсного трансформатора, т.е. исключение зависимости искажений фазы входного сигнала СВЧ на выходе усилителя мощности СВЧ при изменении режимов по скважности импульсов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Заявляемый импульсный усилитель мощности СВЧ содержит так же, как и устройство-прототип, развязывающие вентили, модулятор, первый каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор, при этом аноды ЛБВ и амплитрона, а также один из выводов вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной, катод амплитрона соединен с другим выводом вторичной обмотки импульсного трансформатора, а катод ЛБВ соединен с катодом амплитрона через согласующий резистор, параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор, состоящий из конденсатора, диода и резистора, включенного параллельно диоду, при этом одна из обкладок конденсатора соединена с катодом амплитрона, другая обкладка конденсатора соединена с катодом диода, анод которого подключен к общей шине, а параллельно согласующему резистору включен другой конденсатор. В отличие от устройства-прототипа в импульсный усилитель мощности СВЧ введен высоковольтный ключ, включенный параллельно диоду и резистору пикового детектора, при этом коллектор ключа соединен с катодом диода, причем управляющий электрод ключа через драйвер и один из входов схемы управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) соединен с катодом диода, при этом другой вход схемы управления с ШИМ соединен с внешним источником импульсов запуска.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого импульсного усилителя мощности СВЧ.

Импульсный усилитель мощности СВЧ содержит развязывающие вентили 1 и 2, модулятор 3, первый каскад 4 усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад 5 усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор 6, при этом аноды ЛБВ и амплитрона, а также один из выводов вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной, катод амплитрона соединен с другим выводом вторичной обмотки импульсного трансформатора, а катод ЛБВ соединен с катодом амплитрона через согласующий резистор 7. Параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор 8, состоящий из конденсатора 9, диода 10 и резистора 11, включенного параллельно диоду 10. При этом одна из обкладок конденсатора 9 соединена с катодом амплитрона, другая обкладка конденсатора соединена с катодом диода 10, анод которого подключен к общей шине, а параллельно согласующему резистору 7 включен конденсатор 12.

В отличие от устройства-прототипа в импульсный усилитель мощности СВЧ введен высоковольтный ключ 13, включенный параллельно диоду 10 и резистору 11 пикового детектора 8, при этом коллектор ключа 13 соединен с катодом диода 10, причем управляющий электрод ключа 13 через драйвер 14 и один из входов схемы управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) 15 соединен с катодом диода 10, а другой вход схемы управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) 15 соединен с внешним источником импульсов запуска.

Устройство работает следующим образом.

Мощность СВЧ подается на вход развязывающего вентиля 1 с развязкой α=20 дБ. После усиления в первом каскаде 4 усиления сигнала СВЧ мощность СВЧ через вентиль 2 поступает на вход второго каскада 5 усиления сигнала СВЧ. С выхода СВЧ второго каскада 5 мощность СВЧ поступает в антенну.

Импульсная модуляция каскадов 4 и 5 усиления сигнала СВЧ производится так же, как и в устройстве-прототипе, от одного импульсного модулятора 3. Согласование модулятора 3 с каскадами 4 и 5 реализуется с помощью импульсного повышающего трансформатора 6. Импульсное напряжение на второй каскад 5 усиления сигнала СВЧ подается непосредственно с вторичной обмотки трансформатора 6, а на первый каскад 4 - с этой же вторичной обмотки через согласующий резистор 7.

Для уменьшения фазовых искажений на переднем фронте модулирующего импульса первого каскада 4 параллельно согласующему резистору 7 включен конденсатор 12.

Согласование модулятора 3 с каскадами 4 и 5 усиления сигнала СВЧ с помощью импульсного трансформатора 6 влечет за собой осцилляции и спад напряжения на вершине модулирующего импульса, обусловленные индуктивностью рассеяния и конечной величиной индуктивности намагничивания трансформатора 6, шунтирующих нагрузку, которой являются электронные лампы первого 4 и второго 5 каскадов усиления сигнала СВЧ.

Коррекция формы вершины модулирующего импульса в предлагаемом устройстве производится за счет уменьшения динамического сопротивления модулятора 3 на вершине модулирующего импульса с помощью пикового детектора 8. При подаче на пиковый детектор 8 модулирующего импульса конденсатор 9 заряжается до величины амплитудного значения импульса через диод 10. В паузе между импульсами конденсатор 9 разряжается через ключ 13 и вторичную обмотку трансформатора 6. Время разряда выбирается таким образом, чтобы пиковый детектор 8 "сгладил" осцилляции и спад модулирующего импульса, выравнивая вершину импульса. При изменении скважности импульсов изменяется уровень напряжения "ошибки", снимаемой с резистора 11 на схему управления с ШИМ 15, где этот уровень сравнивается с заданным опорным прецизионным напряжением. При этом схема управления с ШИМ 15, синхронизированная импульсом запуска, в паузе между импульсами запуска выдает задержанный относительно импульса запуска импульс управления ключом 13, длительность которого изменяется таким образом, чтобы уровень напряжения пикового детектора 8 сохранялся неизменным при любых режимах скважности импульсов. Изменяющийся по длительности импульс управления усиливается по мощности драйвером 14 и затем подается на управляющий электрод ключа 14, который открывается. При этом конденсатор 9 частично разряжается через ключ 14 и первичную обмотку трансформатора.

В предлагаемом устройстве в отличие от устройства-прототипа при переключениях режимов по скважности импульсов обеспечивается неизменная фазовая стабильность выходного сигнала СВЧ внутри импульса и от импульса к импульсу за счет стабилизации уровня выравнивания вершины модулирующего импульса на вторичной обмотке импульсного трансформатора, т.е. исключение зависимости величины искажений фазы входного сигнала СВЧ на выходе усилителя мощности СВЧ при изменении режимов по скважности импульсов.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в радиолокационной технике. Техническим результатом является исключение зависимости искажений фазы входного сигнала СВЧ на выходе усилителя мощности СВЧ при изменении режимов по скважности импульсов. Импульсный усилитель мощности СВЧ содержит развязывающие вентили, модулятор, первый каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор, при этом аноды ЛБВ и амплитрона, а также один из выводов вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной, катод амплитрона соединен с другим выводом вторичной обмотки импульсного трансформатора, а катод ЛБВ соединен с катодом амплитрона через согласующий резистор. Параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор, состоящий из конденсатора, диода и резистора, включенного параллельно диоду, при этом одна из обкладок конденсатора соединена с катодом амплитрона, другая обкладка конденсатора соединена с катодом диода, анод которого подключен к общей шине, а параллельно согласующему резистору включен другой конденсатор. Параллельно диоду и резистору пикового детектора включен высоковольтный ключ, при этом коллектор ключа соединен с катодом диода, причем управляющий электрод ключа через драйвер и один из входов схемы управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) соединен с катодом диода, а другой вход схемы управления с ШИМ соединен с внешним источником импульсов запуска. 1 ил.

Импульсный усилитель мощности СВЧ, содержащий первый и второй развязывающие вентили, модулятор, первый каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный, например, на лампе бегущей волны (ЛБВ), второй каскад усиления сигнала СВЧ, выполненный на амплитроне, импульсный трансформатор, при этом вход первого вентиля соединен с внешним источником сигнала СВЧ, выход первого вентиля соединен с входом СВЧ ЛБВ, выход СВЧ ЛБВ соединен с входом второго вентиля, выход которого соединен с входом СВЧ амплитрона, выход модулятора соединен с первичной обмоткой импульсного трансформатора, причем аноды ЛБВ и амплитрона, а также один из выводов вторичной обмотки импульсного трансформатора соединены с общей шиной, другой вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с катодом амплитрона непосредственно, а с катодом ЛБВ - через согласующий резистор, при этом параллельно вторичной обмотке импульсного трансформатора включен пиковый детектор, состоящий из конденсатора, диода и резистора, включенного параллельно диоду, одна из обкладок конденсатора соединена с катодом амплитрона, другая обкладка - с катодом диода, анод которого подключен к общей шине, а параллельно согласующему резистору включен другой конденсатор, отличающийся тем, что в пиковый детектор дополнительно введен высоковольтный ключ, включенный параллельно диоду и резистору пикового детектора, при этом коллектор ключа соединен с катодом диода, причем управляющий электрод ключа через драйвер и один из входов схемы управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) соединен с катодом диода, а другой вход схемы управления с ШИМ соединен с внешним источником импульсов запуска.