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.
7
За прототип принят усилитель СВЧ мощности по патенту РФ №2152125, MПK 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.