張譯

敵我識別是現(xiàn)代戰(zhàn)爭重要一環(huán)，堪稱戰(zhàn)爭舞臺另類角逐。敵我識別裝備性能 與對抗技術(shù)的發(fā)展，如今愈來愈引起各國軍方的廣泛關(guān)注。敵我識別器一般由詢問器和應(yīng)答器兩個部分組成并配合工作，其工作原理是詢問器發(fā)射事先編好的電子脈沖碼，應(yīng)答器接收到信號后會發(fā)射已約定好的脈沖編碼。

【關(guān)鍵詞】發(fā)射 關(guān)鍵技術(shù) 電磁兼容性

本文主要介紹了一個L頻段發(fā)射分機，主要功能是信號發(fā)射放大。設(shè)計主要從以下兩個方面進行考慮：選擇能夠?qū)崿F(xiàn)電性能和滿足環(huán)境適應(yīng)性要求的電路器件和能夠保證指標最優(yōu)化、可靠工作的結(jié)構(gòu)設(shè)計。本組件包括輸入濾波器、功放單元、輸出濾波器三個功能單元。

1 技術(shù)要求

1.1 產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)

1.1.1 輸入信號

（1）頻率：**頻段；

（2）信號寬度：*5MHz；

（3）功率：*4dBm±1.5dBm；

（4）輸入端濾波器矩形系數(shù)B-60Db/B-30dB≤3；

（5）輸入中頻脈沖特性：

①脈沖前后沿：≤0.06us；

②脈沖間隔容差：≤0.06us；

③信號發(fā)送最大持續(xù)時間：35us；

④每個脈沖頂部不平坦度：≤0.5dB；

⑤一次發(fā)射中脈沖之間的幅度差：≤0.5dB。

1.1.2 輸出信號（線性放大）

（1）輸出脈沖峰值功率：58dBm±2dB；

（2）頻率：**頻段；

（3）頻率容差：≤±10kHz（設(shè)計保證）；

（4）雜波抑制：≥70dBc；

（5）諧波抑制：≥60dBc；

（6）帶內(nèi)波動：≤1.2dB。

2 設(shè)計原理

本應(yīng)用按通用化、系列化和模塊化原則，在考慮滿足技術(shù)指標要求的同時考慮產(chǎn)品的電磁兼容性和可靠性、維修性、測試性、安全性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性要求。結(jié)合技術(shù)指標和環(huán)境適應(yīng)性要求進行優(yōu)化。

3 設(shè)計分析

3.1 信號發(fā)射功率放大分析

放大單元包括4級放大，第一級為放大單片，該單片工作在甲類狀態(tài)，提供高增益的同時具有良好的線性。第二級，第三級和末級分別為為LDMOS微波功率管，之所以采用LDMOS功率管是因為該功率管工作在甲乙類狀態(tài)，具有良好的微波特性，具體表現(xiàn)在兩個方面。一是優(yōu)秀的熱學(xué)性能，LDMOS功率管源電極直接接地，大大降低了熱阻，提高了效率。二是優(yōu)秀的電學(xué)性能。LDMOS的源電極直接接地，大大減少了源電感，在加上低反饋電容，低柵串聯(lián)電阻，使LDMOS的功率增益大大高于其他類別的功率管

3.2 主要性能分析

3.2.1 發(fā)射脈沖功率：58dBm±2dB

功放單元末級采用2個500W功率管功率合成，輸出功率在59dBm左右，末級隔離器、環(huán)形器和濾波器差損1dB，天線口輸出功率為58dBm，并且保證線性輸出。

3.2.2 發(fā)射脈沖功率控制

功率控制0～30dB；

步進2dB；

衰減精度≤1dB或功率控制*4%，取最大值。

數(shù)控衰減器采用兩級步進為0.25dB的高精度數(shù)據(jù)衰減器級聯(lián)的方式實現(xiàn)?？偹p量為48dB，滿足要求。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)難點

LDMOS功率管是專為射頻功率放大器設(shè)計的改進型n溝道MOSFET，常工作在A或AB類，在工作點附近具有負的溫度特性，即在一定的柵壓下，當溫度升高時，靜態(tài)電流dq升高，當工作溫度降低時，Idq降低，一般的當LDMOS管熱沉溫度從20度升高到100度時，其靜態(tài)工作電流Idq變化140%，當溫度降低至0度時，變化量也有30%。Idq變化會影響系統(tǒng)的增益，效率和線性等技術(shù)指標，因此在工作中維持功率管Idq恒定，是功放設(shè)計的關(guān)鍵點之一。

在溫度較高時，放大器的增益和效率都趨向于降低，但在一定的溫度范圍內(nèi)，只要保持Idq恒定，就能保持功放系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3.4 功放保護功能

（1）在加電、關(guān)電期間，不應(yīng)燒毀功放；

（2）輸入占空比大于6%的脈沖信號，不應(yīng)燒毀功放；

（3）輸入脈寬大于150us的脈沖信號時，不應(yīng)燒毀功放；

功放各級功率管，電源部分都有濾波電路，功率管輸出加電都加入了大容值鉭電解電容，使電源加電過沖降到最小，保護整體電路在加電時不損壞。

方波脈寬限制電路，對于輸入的任意脈寬的方波信號，如果其脈寬值小于電路預(yù)置脈寬值時，輸出方波信號的脈寬保持不變，當輸入的脈寬值大于電路的預(yù)置脈寬值時，超出部分的脈寬將被截斷，限定在電路預(yù)制置脈寬范圍內(nèi)，即實現(xiàn)了過脈寬保護功能。如圖1所示。

分機塊可實現(xiàn)技術(shù)協(xié)議中功放部分的脈寬保護功能的要求。

功放輸出端開路或短路不燒毀功放。末級功率輸出加一環(huán)形器，對功放起開短路保護作用，當功放輸出端口開路或短路時，負載阻抗為無窮大或無窮小，輸出端嚴重失配，信號全部反射到第三端口，而不至于反射到末級功率管，使功率管燒毀。

最大正向損耗：0.2dB

最小反向隔離：23dB

最大駐波系數(shù)：1.25

最大通過功率：10W

溫度范圍：-45℃-75℃

分機塊可實現(xiàn)技術(shù)協(xié)議中功放部分的輸出抗損壞保護功能的要求。

當駐波自檢大于3時，發(fā)射機應(yīng)故障報警。

駐波保護電路：主要通過在環(huán)形器第三端口耦合一個射頻信號，通過檢波二極管轉(zhuǎn)換為一直流電壓信號，根據(jù)輸出端口駐波比不同，耦合信號強弱不等，從而直流電壓信號高低不同的原理來實現(xiàn)。直流電壓信號通過快速比較器與提前設(shè)定好的參考電壓比較從而產(chǎn)生一個邏輯信號，此邏輯信號促發(fā)一延遲電路（用以設(shè)定保護時間），此延遲觸發(fā)器產(chǎn)生的脈沖信號即是駐波保護所需的邏輯信號，此信號與收發(fā)開關(guān)信號進行數(shù)字與的計算后用來控制PMOS管的導(dǎo)通和截止，從而起到給功率管開關(guān)電的作用。

4 電磁兼容設(shè)計原理及方案

應(yīng)將干擾源和干擾受體盡量隔離，消除干擾的耦合途徑，同時盡量降低干擾源的輻射，提高干擾受體的抗干擾能力。電磁兼容性設(shè)計基于以下三個方面：隔離、去耦、屏蔽。

電磁兼容性設(shè)計從設(shè)計階段開始，貫穿于電路原理圖設(shè)計、印制板圖設(shè)繪、元器件選用、印制板安裝引線等一系列環(huán)節(jié)中，主要采取下列措施：

4.1 測試性設(shè)計方案

測試性設(shè)計主要從以下幾個方面執(zhí)行：

（1）制定測試性工作計劃：明確工作項目；承擔工作項目的單位、人員及職責(zé)；完成各工作項目的具體措施、進度及質(zhì)量要求；評審時機及要求；測試性信息收集、傳遞的內(nèi)容及要求；各維修級別測試方法及要求等；

（2）測試性評審與可靠性設(shè)計評審?fù)瑫r進行；評審內(nèi)容：測試性設(shè)計能否滿足合同要求或產(chǎn)品設(shè)計輸入要求、測試性設(shè)計是否合理、可行等；

（3）確定測試性數(shù)據(jù)收集和分析的要求，這包括產(chǎn)品對有關(guān)的工作異常情況和維修活動的說明。此工作應(yīng)與可靠性、維修性和保障性分析數(shù)據(jù)收集過程相結(jié)合，要共享資源；

5 總結(jié)

為了使發(fā)射分機具有模塊化、通用化、系列化的性能，在方案設(shè)計階段我們做了一些工作。首先發(fā)射分機的外部接口都是熱插拔形式的，這樣可以增加模塊的可維修性和通用化。本文對于發(fā)射分機電路設(shè)計、指標分析與元器件選型工作，并結(jié)合對模塊的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、電磁兼容性設(shè)計和五性設(shè)計，我們了解到產(chǎn)品各項技術(shù)指標均可滿足要求。

參考文獻

[1]孫愛東，金寧德，趙奎.基于雙口RAM 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測量技術(shù)，2006，29（02）：90-94.

[2]段吉海，黃智偉.基于 CPLD/FPGA 的數(shù)字通信系統(tǒng)建模與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004，195-242.

作者單位

海軍裝備部重慶局 四川省成都市 610036