專利名稱：控制脈沖模式放大器雙峰值功率電平的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如一種峰值功率控制裝置，用于控制寬帶脈沖射頻功率
發(fā)射機，這種發(fā)射機能夠產(chǎn)生稱為標(biāo)稱功率和減小功率的兩個峰值功率電平。
對于必須利用離散控制信號產(chǎn)生n分貝減小功率的功率脈沖發(fā)射機，
已知有如下方法可用
在發(fā)射機的輸出端增加一個功率開關(guān)，用于打開或關(guān)閉一個n 分貝衰減器；
在兩個低功率級之間增加一個開關(guān)，用于打開或關(guān)閉一個n分
貝衰減器或者一個n分貝放大器級； 改變n個C類雙極性級的直流電源。 但是，這些裝置存在一些缺點
功率開關(guān)會帶來損耗。于是，功率放大器必須能夠產(chǎn)生比工作
需要的還要大的功率。所以，必須總是工作在最大功率上。此
夕卜，布局必須允許將衰減器安裝進(jìn)去。
困難在于對于兩個功率電平中的每一個，要保證后續(xù)級具有相
同的增益。對于寬帶放大器，這個問題是無法解決的問題。
功率變化范圍限制在每個C類雙極性級2分貝以內(nèi)。
本發(fā)明涉及一種裝置，用于控制工作于脈沖模式的放大器的至少兩個 峰值功率電平，其特征在于它至少包括以下單元 預(yù)調(diào)制級，該級至少包括-
第一放大器級，該級包括至少一個放大器和適合用于提供方波
信號給所述放大器的處理裝置， 第二放大器級，該級包括至少一個放大器和適合用于提供信號 的處理裝置，該信號具有和所用調(diào)制形狀粗略相同的形狀； 功率鎖定級，該級至少包括 耦合器和檢測器，用于對放大子系統(tǒng)輸出上的至少一部分信號
進(jìn)行采樣，并將它發(fā)送給視頻放大器， 峰值檢測器和電平鑒別器，適合用于產(chǎn)生給放大器的調(diào)制信號， 所述放大器的電源模塊。 本發(fā)明的裝置和方法具有以下優(yōu)點
系統(tǒng)能夠確保發(fā)射的高斯脈沖的完整性，準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)所涉及的
整個頻帶內(nèi)的峰值功率電平，獲得不隨溫度變化的性能； 用于船載應(yīng)用的減小的尺寸、重量和體積；
系統(tǒng)足夠快，能夠確保功率以足夠快的速度改變，以及最大的 改變范圍，而不會犧牲準(zhǔn)確性。
通過參考附圖，閱讀本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，會非常清楚本發(fā)明的其 它特征和優(yōu)點，其中的示例性實施例僅僅是用于進(jìn)行說明，在這些附圖中

圖1說明本發(fā)明中可以用于控制兩個峰值功率電平的裝置的結(jié)構(gòu)； 圖2A和2B說明對應(yīng)于控制信號和調(diào)制信號的不同時序圖； 圖3說明可以用于本發(fā)明的方案的脈沖電壓控制的放大器的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的裝置和方法依賴于放大子系統(tǒng)中n級的增益控制，而不是利 用衰減裝置，這種衰減與無意義的損耗沒有區(qū)別。
通過一方面檢測發(fā)射的信號，另一方面使用可變增益射頻放大器，本 發(fā)明產(chǎn)生高斯形脈沖信號，其幅度受控于數(shù)字鎖定系統(tǒng)，具有可以用離散 信號選擇的兩個或多個峰值功率電平。
圖1原理性地說明本發(fā)明中的示例性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它包括，例如，從屬 功率級和一個或多個預(yù)調(diào)制級。下面詳細(xì)描述這些級。
第一放大級
第一射頻放大級使用例如具有脈沖漏極電源，工作在AB類的LDMOS 晶體管1。為此，電源2!連接到處理裝置3，處理裝置3接受發(fā)射同步信號，
據(jù)此發(fā)送控制信號，允許放大器的電源工作在開關(guān)模式。
第一級的增益受控于根據(jù)例如SEPROM 5中儲存的兩個數(shù)字表產(chǎn)生的 可變直流電壓4，用于控制數(shù)字電位器4，從而能夠調(diào)整調(diào)制信號的幅度，它的形式通過圖中以直流電壓源為基準(zhǔn)的直流產(chǎn)生。減小功率和標(biāo)稱功率
模式中的每個頻率都對應(yīng)于直流電壓。處理裝置6根據(jù)要發(fā)射的頻率Fr叫 和"標(biāo)稱功率/減小功率"控制信號對兩個表進(jìn)行尋址。由此產(chǎn)生的調(diào)制信 號被發(fā)送到放大器l。
在可變增益射頻放大器1輸出端，這一操作的結(jié)果是具有半功率差間 隔的兩個峰值功率電平。兩個功率電平中的每一個都按照頻率固定。如果 需要，可以進(jìn)行預(yù)加重。
在放大器l的輸出端，獲得方波RF脈沖，其峰值功率根據(jù)減小功率控 制離散信號(PNR)的狀態(tài)，按照頻率取兩個固定值。將這些脈沖發(fā)送給 第二功率放大器。
最大功率和減小功率之差受限于這一級的增益倒數(shù)。為了保持良好的 準(zhǔn)確度并保持在控制電壓范圍內(nèi)，找到最不可能的差值，其中給定帶寬約 束。能夠達(dá)到的最大差限制在例如7 8分貝。
第二放大級
第二射頻放大級使用例如具有脈沖漏極電源22，工作在AB類的 LDMOS晶體管7。這一級的增益受控于可變幅度已調(diào)制電壓。
如果晶體管輸入端的兩個功率電平之差超過7~8分貝就使用這一級。 從SEPROM 8中儲存的n*2個數(shù)字表產(chǎn)生調(diào)制信號的最大幅度信息， 這個SEPROM 8是按照要發(fā)射的頻率和Pnormal/Preduced離散信號尋址的， 根據(jù)發(fā)射脈沖中間幅度寬度的測量結(jié)果來對n尋址，于是，所產(chǎn)生的信號 也是寬度受控的。處理裝置9接收發(fā)射同步信號、PNR和所需要的要發(fā)射 的頻率Freq。
通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC (調(diào)制源)30從Pnormal/Preduced控制信號選擇 的n*2個數(shù)字表產(chǎn)生調(diào)制信號的形狀。它由發(fā)射控制同步。可以用電位器 IO來改變調(diào)制信號的幅度(調(diào)制信號2)。
這個調(diào)制信號和電源鎖定級使用的調(diào)制信號相同或粗略相同。兩個后 續(xù)級上的調(diào)制能夠保持要發(fā)射的脈沖在它們底部區(qū)域的完整性。根據(jù)功率 電平對n*2個不同表的使用與LDMOS放大器級增益曲線的非線性相聯(lián)系。
在第二放大級輸出端(放大器7的輸出端)，這一操作的結(jié)果是具有所 有必要功率差間隔的兩個輸出峰值功率電平。兩個功率電平中的每一個根據(jù)頻率固定。如果需要，可以進(jìn)行預(yù)加重。
于是，在第二放大級的輸出端獲得射頻脈沖，其形狀對應(yīng)于所用調(diào)制 (晶體管柵極極化調(diào)制)，其峰值功率可以根據(jù)減小功率控制離散信號
(PNR)的狀態(tài)按照頻率取兩個固定值。通過控制調(diào)制信號來控制寬度。 功率受控級
功率級具體包括 可變增益射頻放大器20;
耦合器和檢測器，將它們標(biāo)為21，它們不隨溫度變化。
將檢測到的信號"V^:提供給視頻放大器22，其增益受控于數(shù)字電
位器，這個數(shù)字電位器具有串行控制總線，用來為射頻放大器提供頻率和
溫度補償。此外，按照減小功率控制(PNR)，視頻放大器22具有兩個增 益設(shè)置范圍。
峰值檢測器24和電平鑒別器25從設(shè)置點值"Ref DEC"發(fā)送峰值功率 信息給處理控制裝置26，后者產(chǎn)生同步控制，利用向上/向下接口上調(diào)或下 調(diào)數(shù)字電位器27，從而根據(jù)調(diào)制信號產(chǎn)生射頻級的調(diào)制信號，這個調(diào)制信 號是通過DAC轉(zhuǎn)換器28從Pnormal/Preduced離散信號(和前一級使用的 一樣)選擇的兩個數(shù)字表產(chǎn)生的。
于是，將輸出峰值功率一個脈沖一個脈沖地伺服控制到一個值，使得 檢測出來作為視頻放大器輸出22的信號等于或粗略等于這個設(shè)定點值。射 頻輸出功率具體依賴于視頻放大器的增益，它受控于它從頻率、溫度和按 照PNR編制了索引的數(shù)字表29得到的增益控制。
=|^設(shè)置點丫 ——L爿"，
其中-
K:隨著檢測系統(tǒng)的頻率和溫度敏感性改變，合適的時候還隨著伺服控 制環(huán)外面，插在輸出功率采樣耦合器(21)和視頻放大器射頻輸出端之間 的元件(環(huán)行器、HAR濾波器等)的頻率和溫度敏感性改變。
A:視頻放大器的增益受控于系統(tǒng)，產(chǎn)生自頻率、溫度和按照PNR編 制了索引的數(shù)字表。它能夠補償K的影響。為了使Ppeak恒定，乘積AK 必須恒定。設(shè)置點值利用電壓基準(zhǔn)產(chǎn)生。
電平鑒別器從兩個MAX和MIN門限值(基準(zhǔn)電壓的一部分)產(chǎn)生兩 個指示信號P太高和P太低。MAX和MIN之間的電壓差產(chǎn)生獲得鎖定收 斂所必需的滯后，從而確定鎖定準(zhǔn)確性。
可以用具有功率-噪聲比PNR控制的預(yù)調(diào)制級來獲得信號，用來調(diào)制最 相鄰的伺服控制級，不論是否施加Pnormal或Preduced，因為受控射頻級的 增益保持幾乎恒定。這樣就能夠獲得從標(biāo)稱功率到減小功率以及反過來的 最小過渡時間，在腦子里記住后者依賴于要發(fā)射的脈沖數(shù)量和調(diào)制電平控 制電位器糾正步驟的值。
圖2A和2B是放大子系統(tǒng)各個點處控制信號和調(diào)制信號的時序圖。
從頂部開始，在時間軸上畫出如下內(nèi)容 對于PN/PR處理操作
同步信號，
子系統(tǒng)各晶體管的功率控制， PN/PR控制，
第一級調(diào)制信號，
第二級調(diào)制信號，
在第一級輸出端獲得的功率，
在第二級輸出端獲得的功率；
對于峰值功率處理
同步信號，
調(diào)制信號，
第3級的輸出功率；
對于寬度處理 同步信號， 調(diào)制信號， 第3級的輸出功率。
圖3畫出了具有功率射頻放大，工作于脈沖模式的LDMOS晶體管。 晶體管的柵極G接收頻率調(diào)制信號，并且由柵極電源供電。漏極D通 過低損耗開關(guān)31連接到直流電源。開關(guān)31由已調(diào)制信號的發(fā)射同步信號sync控制。漏極電流只在給漏極供電的時候才存在。鉗位值在LDMOS晶 體管漏極峰值電源和漏-源飛弧電壓之間的快速雙定向電壓峰值鉗位裝置 33，針對這種操作固有過壓提供有效的保護(hù)。電容器23用于射頻去耦。
必要的瞬時能量由大容量儲能電容器32和串聯(lián)小電阻提供，電容器32 的電容值是根據(jù)發(fā)射機的充電率計算出來的。選擇這一 電容器的目的是使 損耗最小。
低損耗開關(guān)是用例如MOSPOWER晶體管實現(xiàn)的。因此很容易實現(xiàn)， 能夠承受很高的峰值漏極電流，并且具有低損耗的特點。 柵極電源VG可以是
可變增益控制直流電壓，例如可變增益放大器； 用作調(diào)制器的級的調(diào)制信號。 柵極電壓可以是幅度受控的，用來調(diào)整空閑漏極電流，調(diào)整這一級的 射頻增益。
權(quán)利要求
1.一種控制工作于脈沖模式的放大器的至少兩個峰值功率電平的裝置，其特征在于它至少包括以下單元預(yù)調(diào)制級，該級至少包括第一放大器級，該級包括至少一個放大器(1)和用于提供方波信號給所述放大器(1)的處理裝置(6)；第二放大器級，該級包括至少一個放大器(7)和用于提供信號的處理裝置(9)，該信號具有和所用調(diào)制形狀大致相同的形狀；功率鎖定級，該級至少包括耦合器和檢測器(11)，用于對放大子系統(tǒng)輸出端上的一部分信號進(jìn)行采樣，并將它發(fā)送給視頻放大器(22)；峰值檢測器(24)和電平鑒別器(25)，適合用于產(chǎn)生給放大器(20)的調(diào)制信號；所述放大器的電源模塊(21、22、23)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一放大級包括用于 AB類具有脈沖漏極電源的LDMOS晶體管。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述第一放大器級的增益受 控于可變直流電壓，該直流電壓是從按照發(fā)射頻率尋址的數(shù)字表以及標(biāo)稱 功率/減小功率比產(chǎn)生的。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第二放大級包括用于 AB類具有脈沖漏極電源的LDMOS晶體管。
5. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于所述級的增益受控于可變幅 度調(diào)制的電壓。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于包括按照發(fā)射頻率尋址的兩數(shù)字表以及Pnormal/Preduced離散信號。
7. —種在工作于脈沖模式的放大子系統(tǒng)中控制或產(chǎn)生至少兩個峰值功 率電平的方法，其特征在于至少包括以下步驟產(chǎn)生方波或大致方波信號，并將該信號應(yīng)用于第一放大器；產(chǎn)生調(diào)制信號，該信號具有和要放大的信號形狀大致相同的形狀，并 將它應(yīng)用于第二放大級；產(chǎn)生峰值功率電平和受控寬度的信號，并將它應(yīng)用于從所述第二放大 步驟獲得的信號。
全文摘要
控制工作于脈沖模式的放大器至少兩個峰值功率電平的一種裝置，其特征在于至少包括預(yù)調(diào)制級和功率鎖定級。所述預(yù)調(diào)制級至少包括第一放大器級，該級包括至少一個放大器(1)和適合用于提供方波信號給所述放大器(1)的一個處理裝置(6)；第二放大器級，該級至少包括一個放大器(7)和適合用于提供信號的一個處理裝置(9)，該信號具有和所用調(diào)制形狀粗略相同的形狀。所述功率鎖定級至少包括耦合器和檢測器(11)，用于對放大子系統(tǒng)輸出上的至少一部分信號進(jìn)行采樣，并將它發(fā)送給視頻放大器(22)；峰值檢測器(24)和電平鑒別器(25)，適合用于產(chǎn)生給放大器(20)的調(diào)制信號；所述放大器的電源模塊(2₁、2₂、2₃)。
文檔編號H03G3/30GK101297478SQ200680040210
公開日2008年10月29日 申請日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者A·勒唐普勒 申請人:塔萊斯公司