一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)，包括開關(guān)電路、保護電路、單極性脈沖電路三個部分，開關(guān)電路分為兩個部分：發(fā)射機到天線的發(fā)射電路；天線到接收機的接收電路，保護電路為過流保護，單極性脈沖電路為收發(fā)共用提供門控大脈沖。本實用新型主要用于高頻雷達系統(tǒng)和短波通信系統(tǒng)，為其實現(xiàn)收發(fā)共用提供一個可靠、穩(wěn)定的平臺。系統(tǒng)工作于發(fā)射期時，收發(fā)開關(guān)快速可靠地使天線與發(fā)射機接通而與接收機斷開；而在接收期，收發(fā)開關(guān)快速可靠地使天線與接收機接通而與發(fā)射機斷開。本實用新型既保護了短波系統(tǒng)的接收機不受損壞，又使天線的占地面積大大減少，是高頻雷達系統(tǒng)和短波通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。
【專利說明】一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于短波【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]高頻地波雷達工作在短波段，它利用垂直極化波，在高導(dǎo)電性的海水表面繞射傳播，能夠探測到視距以外的海上移動船艦、低空飛行目標(biāo)以及大面積的海洋動力學(xué)狀態(tài)參數(shù)。用于探測海洋表面動力要素的中、遠程高頻地波雷達一般采用相控陣天線或單極子交叉環(huán)天線，為了獲得高的靈敏度和高精度，相控陣天線的天線口徑很大，可能達到數(shù)百米至數(shù)千米，在海邊尋找可以提供建設(shè)這種雷達站的地帶絕非易事，在便攜式高頻地波雷達中，也需要一根四分之一波長單極子天線作為發(fā)射天線和一根單極子交叉環(huán)天線作為接受天線，兩根天線必然會使便攜式雷達系統(tǒng)變得復(fù)雜，也會使天線的架設(shè)難度增大，并且需要占用面積較大的地帶。短波通信是無線電通信的一種，工作在短波段，主要有地波傳播、天波傳播和直射波傳播等方式，在短波通信系統(tǒng)中，為了降低系統(tǒng)成本，減少整機系統(tǒng)的體積與重量，很多短波通信系統(tǒng)都使用一付天線來實現(xiàn)收發(fā)共用功能，隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的快速發(fā)展，電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)的發(fā)展水平越來越高，為在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的電子對抗中處于優(yōu)勢地位，把握信息戰(zhàn)的主動權(quán)，短波通信系統(tǒng)的發(fā)射功率也越來越大，這就要就收發(fā)開關(guān)能夠傳輸更大的發(fā)射功率，同時為了滿足組網(wǎng)通信的需要，各通信系統(tǒng)需要接受、處理和發(fā)送大量的信息，因此對收發(fā)開關(guān)的要求也越來越高，特別是在電子對抗，電子干擾中，要想有效地壓制對手，就必須在發(fā)射信號功率上占有絕對優(yōu)勢，所有這些新的要求，都需要收發(fā)開關(guān)同時具有通過功率大、各端口間隔離度高、開關(guān)的切換速度快，同時具有高可靠等特點:在通信對抗的應(yīng)用中，為適應(yīng)跳頻跟蹤干擾的需要，偵察干擾設(shè)備必須具備有在收發(fā)之間快速轉(zhuǎn)換的能力，而且要求寬帶干擾時不能對偵察設(shè)備產(chǎn)生影響，這就要求收發(fā)開關(guān)的轉(zhuǎn)換速度要快、寬帶要大、損耗要小，并能承受一定的功率；在艦船短波通信系統(tǒng)中，艦船與岸上的短波通信十分重要，為節(jié)省資源同時也為了使通信系統(tǒng)更為簡潔，利用收發(fā)開關(guān)將一付天線收發(fā)共用十分必要。近年來也出現(xiàn)過收發(fā)開關(guān)的研制，主要用于微波雷達和微波通信且功率小，如TR組件，適用于短波段的大功率收發(fā)開關(guān)的研究比較少且技術(shù)還不成熟:例如武漢大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版)第47卷第5期中的高頻地波雷達寬帶收發(fā)開關(guān)，這部收發(fā)開關(guān)主要用于高頻地波雷達0SMAR2000，它較好地實現(xiàn)了一付天線收發(fā)共用，開關(guān)電路簡潔，性能也達到了所需的指標(biāo)，但它的門控脈沖電路采用三極管組成的雙極性脈沖電路，電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在長時間工作時不穩(wěn)定且容易燒毀，并且由于開關(guān)電路采用單PIN 二極管結(jié)構(gòu)隔離度只能達到81dB左右；又如無線電工程第28卷第5期中的寬帶通過式大功率收發(fā)開關(guān)，該收發(fā)開關(guān)應(yīng)用于通信對抗中系統(tǒng)中的跳頻干擾設(shè)備，比較好地解決了跳頻干擾設(shè)備中收發(fā)共用的難題，但其收發(fā)開關(guān)的轉(zhuǎn)換時間較長約為40us。因此它們的主要缺陷為:硬件系統(tǒng)不穩(wěn)定、不能長時間工作，系統(tǒng)比較復(fù)雜，收發(fā)開關(guān)的轉(zhuǎn)換時間較長，由收發(fā)開關(guān)引入接收機的噪聲功率較大，功率損耗也較大。實用新型內(nèi)容
[0003]針對【背景技術(shù)】存在的問題，本實用新型提供一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)，包括開關(guān)電路、保護電路、單極性脈沖電路；開關(guān)電路包括發(fā)射電路、接收電路，發(fā)射電路的輸出端與保護電路的輸入端相連，保護電路的輸出端與接收電路的輸入端相連，單極性脈沖電路的三路輸出端與開關(guān)電路的電源輸入端相連；保護電路為過流保護電路。
[0006]所述單極性脈沖電路包括整形電路、驅(qū)動電路、IGBT半橋電路；整形電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，驅(qū)動電路的兩路輸出端與IGBT半橋電路的兩路輸入端相連。
[0007]所述發(fā)射電路包括雙PIN 二極管對稱電路、濾波電路、兩個偏置電路、兩個旁路電路、隔直電路；濾波電路的輸出端與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端相連，兩個偏置電路的輸入端分別與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端和輸出端相連，兩個旁路電路的輸入端與分別與兩個偏置電路的輸入端相連，雙PIN 二極管對稱電路的輸出端與隔直電路的輸入端相連。
[0008]所述接收電路包括雙PIN 二極管對稱電路、單PIN管電路、濾波電路、兩個偏置電路、兩個旁路電路、隔直電路、耦合電路；濾波電路的輸出端與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端相連，兩個偏置電路的輸入端分別與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端、雙PIN 二極管對稱電路的輸出端相連，兩個旁路電路的輸入端與分別與兩個偏置電路的輸入端相連，雙PIN二極管對稱電路的輸出端與隔直電路的輸入端相連。
[0009]所述濾波電路為T型高通濾波電路。
[0010]所述濾波電路為高通濾波電路。
[0011]本實用新型主要用于高頻雷達系統(tǒng)和大功率短波通信系統(tǒng)。本實用新型使用一根天線實現(xiàn)收發(fā)共用:發(fā)射期，本實用新型快速可靠地使天線與發(fā)射機接通而與接收機斷開，使大功率發(fā)射信號以很小的插入損耗經(jīng)天線發(fā)射出去，并且以高的隔離度阻斷大功率發(fā)射信號進入接收機；在接收期，本實用新型快速可靠地使天線與接收機接通而與發(fā)射機斷開，此時小功率回波信號以很小的傳輸損耗經(jīng)天線進入接收機，并且通過發(fā)射電路阻斷回波信號傳輸?shù)桨l(fā)射機。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用新的硬件系統(tǒng)，單極性脈沖電路采用超快速IGBT管，根據(jù)小電壓控制大電壓的原理，設(shè)計出了能穩(wěn)定快速工作的開關(guān)脈沖生成電路，使本實用新型硬件系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，能長時間工作，隔離度達到93dB，插入損耗和傳輸損耗均達到0.4dB以下，收發(fā)開關(guān)的轉(zhuǎn)換時間更短達到1.5us以下，且引入接收機的噪聲功率較小，功率損耗也較小，系統(tǒng)比較簡單，既保護了接收機不受損壞，又使天線的占地面積大大減少，是高頻雷達系統(tǒng)和短波通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型整體的電路框圖；
[0014]圖2是本實用新型中開關(guān)電路的發(fā)射機到天線的發(fā)射電路原理圖；
[0015]圖3是本實用新型中開關(guān)電路的天線到接收機的接收電路原理圖；
[0016]圖4是本實用新型中單極性脈沖電路的電路框圖；[0017]圖5是本實用新型中單極性脈沖電路的整形電路原理圖；
[0018]圖6是本實用新型中單極性脈沖電路的驅(qū)動電路和IGBT半橋電路的原理圖；
[0019]圖7是本實用新型中單極性脈沖電路的輸入和輸出脈沖電壓時序圖；
[0020]圖8是本實用新型現(xiàn)場實驗得到的二維距離多普勒譜圖；
[0021]圖9是本實用新型現(xiàn)場實驗得到的多普勒譜圖；
[0022]圖10是本實用新型現(xiàn)場實驗得到的距離譜圖。
[0023]其中，1—發(fā)射電路，2—保護電路，3—接收電路，4一單極性脈沖電路，4-1
[0024]一整形電路，4-2—驅(qū)動電路和IGBT半橋電路，4_3—電源模塊。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及試驗結(jié)果，對本實用新型作進一步詳細的描述。
[0026]如圖1所示，本實用新型包括開關(guān)電路中的發(fā)射機到天線的發(fā)射電路1，保護電路2，開關(guān)電路中的天線到接收機的接收電路3，單極性脈沖電路4。發(fā)射電路1的輸出端與保護電路2的輸入端相連，保護電路2的輸出端與接收電路3的輸入端相連，單極性脈沖電路4的三路輸出端與開關(guān)電路的電源輸入端相連；保護電路為過流保護電路。
[0027]發(fā)射電路包括雙PIN 二極管對稱電路、濾波電路、兩個偏置電路、兩個旁路電路、隔直電路；濾波電路的輸出端與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端相連，兩個偏置電路的輸入端分別與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端和輸出端相連，兩個旁路電路的輸入端與分別與兩個偏置電路的輸入端相連，雙PIN 二極管對稱電路的輸出端與隔直電路的輸入端相連。圖2為本實用新型中開關(guān)電路的發(fā)射機到天線的發(fā)射電路部分，其中C1、C2、L1組成T型高通濾波器，對發(fā)射機輸入的大功率發(fā)射信號進行濾波，同時L2和L3也會對高頻信號進行阻斷使其順利送到天線；D11和D12為大功率PIN 二極管，它們在電路中組成對稱結(jié)構(gòu)，其旁邊為偏置電路，PIN 二極管在正偏時呈現(xiàn)一個很小的純電阻Rs (0.5Ω左右)，其值隨正偏電流增大而減小，在反偏時呈現(xiàn)一個很小的電容Ct (lpF左右)，其值是反向偏壓的函數(shù)。
[0028]接收電路包括雙PIN 二極管對稱電路、單PIN管電路、濾波電路、兩個偏置電路、兩個旁路電路、隔直電路、耦合電路；濾波電路的輸出端與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端相連，兩個偏置電路的輸入端分別與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端、雙PIN 二極管對稱電路的輸出端相連，兩個旁路電路的輸入端與分別與兩個偏置電路的輸入端相連，雙PIN 二極管對稱電路的輸出端與隔直電路的輸入端相連。圖3為本實用新型中開關(guān)電路的天線到接收機的接收電路，其中D21和D22為高反壓PIN 二極管，它們在電路中組成對稱結(jié)構(gòu)，其旁邊為偏置電路，D3、D4、D5、D6、D7均為小功率低反壓PIN 二極管，其旁邊為偏置電路、濾波電路和隔直電路，圖2和圖3共同組成開關(guān)電路。
[0029]單極性脈沖電路包括整形電路4-1、驅(qū)動電路和IGBT半橋電路4-2、電源模塊4-3 ;整形電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，驅(qū)動電路的兩路輸出端與IGBT半橋電路的兩路輸入端相連。在發(fā)射期:由圖4所示單極性脈沖電路產(chǎn)生的VCC1為0V，VCC2為240V，VCC3為24V，此時，D11和D12均正偏，呈現(xiàn)電阻特性，大功率發(fā)射信號以很小的插入損耗進入天線；D21和D22均反偏，呈現(xiàn)電容特性，由于反偏電壓很大(228V)，容值很小約為
0.62pF，因此對高頻信號呈現(xiàn)一個很大的阻抗，從而使大功率發(fā)射信號在接收支路被阻隔，保護了接收機；D3反偏，D4、D5、D6、D7均正偏，它們對進入到接收支路的發(fā)射信號進一步衰減，發(fā)射支路的插入損耗達到0.5dB以下，整個接收支路對發(fā)射信號的隔離度達到91dB，從而使發(fā)射信號以很小的損耗進入天線，并且保護了接收機。在接收期，由圖4所示單極性脈沖電路產(chǎn)生的VCC1為12V，VCC2為0V，VCC3為0V，此時，D11和D12均反偏，呈現(xiàn)電容特性，容值很小約為2pF，對由天線接收的回波信號呈現(xiàn)一個較大的阻抗，從而使小功率回?fù)苄盘栐诎l(fā)射支路被阻斷；D21、D22、D3均正偏，呈現(xiàn)電阻特性，正偏電流均為60mA，阻值約為0.7 Ω，從而使小功率回波信號以很小的傳輸損耗經(jīng)接收支路進入接收機；D4、D5、D6、D7均反偏，呈現(xiàn)電容特性，容值很小約為2pF，對有用的小功率回波信號呈現(xiàn)一個較大的阻抗，從而使回波信號不會被衰減，整個接收支路對回波信號的衰減達到0.5dB以下，現(xiàn)場試驗證明，回波信號能較好地被檢測到，信噪比為30dB到40dB。
[0030]圖5為本實用新型中單極性脈沖電路的整形電路，發(fā)射控制脈沖TPIN經(jīng)施密特觸發(fā)反相器整形后輸出邊沿陡峭的TP0UTH和TP0UTL兩路控制脈沖，同樣，壓地波控制脈沖TBIN經(jīng)施密特觸發(fā)反相器后輸出邊沿陡峭的的TB0UTH和TB0UTL兩路控制脈沖，經(jīng)過整形后，所輸出的四路控制脈沖的前后沿均達到了 1.2us以下，整形效果較好。
[0031]圖6為本實用新型中單極性脈沖電路的驅(qū)動電路和IGBT半橋電路，本實用新型采用IRS2304作為IGBT半橋電驅(qū)動芯片，利用IRGB4064組建IGBT半橋電路:IRS2304內(nèi)部死區(qū)時間為100ns，高端偏置電壓高達600V，且生成的驅(qū)動脈沖邊沿陡峭傳輸延時短，因此是驅(qū)動電路中驅(qū)動芯片的首選；IRGB4064為超快速IGBT管，VCES高達600V，開通延時低至27ns，關(guān)斷延時低至79ns，組成的半橋能穩(wěn)定地輸出具有陡峭邊沿的高壓脈沖。整個脈沖電路輸出三路脈沖電壓，VCC1為0V和24V, VCC2為0V和240V, VCC3為0V和24V，三路脈沖的前后邊沿均很陡峭達到1.5us以下，單極性脈沖電路為本實用新型的核心，其性能直接影響了本實用新型的性能。
[0032]圖7為本實用新型中單極性脈沖電路的輸入和輸出脈沖電壓時序圖，其中發(fā)射控制脈沖TPIN和壓地波控制脈沖TBIN為同相同周期，TBIN的前沿較TPIN提前▽ ^，后沿較TPIN滯后▽ t2，V tl和▽ t2根據(jù)生成脈沖的邊沿而定，這樣做是使接收支路在發(fā)射期提前關(guān)斷，在接收期延后接收，從而保護了接收機。VCC1、VCC2、和VCC3與TPIN、TBIN的對應(yīng)時序關(guān)系如圖7所示，TPIN為高電平時VCC1為低電平，TPIN為低電平時VCC1高電平，TBIN為高電平時VCC2、VCC3均為高電平，TBIN為低電平時VCC2、VCC3均為低電平。
[0033]圖8、圖9、圖10為本實用新型應(yīng)用在便攜式高頻地波雷達中現(xiàn)場實驗得到的數(shù)據(jù)圖，在便攜式高頻地波雷達中，其天線為單極子交叉環(huán)天線，本實用新型使一根單極子交叉環(huán)天線中的單極子作為收發(fā)共用通道，使其中的交叉環(huán)作為兩個接收通道，一根單極子交叉環(huán)天線依靠收發(fā)開關(guān)實現(xiàn)一發(fā)三收收發(fā)共用:發(fā)射期，收發(fā)開關(guān)快速可靠地使天線與發(fā)射機接通而與接收機斷開；在接收期，收發(fā)開關(guān)快速可靠地使天線與接收機接通而與發(fā)射機斷開。從現(xiàn)場實驗得到的數(shù)據(jù)圖中可以看出，本實用新型效果較好，數(shù)據(jù)中有豐富的風(fēng)、浪、流信息和目標(biāo)信息，信號的信噪比為30dB到40dB，能比較好地提取風(fēng)、浪、流和目標(biāo)信肩、Ο
【權(quán)利要求】
1.一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)，其特征在于:包括開關(guān)電路、保護電路、單極性脈沖電路；開關(guān)電路包括發(fā)射電路、接收電路，發(fā)射電路的輸出端與保護電路的輸入端相連，保護電路的輸出端與接收電路的輸入端相連，單極性脈沖電路的三路輸出端與開關(guān)電路的電源輸入端相連；保護電路為過流保護電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)，其特征在于:所述單極性脈沖電路包括整形電路、驅(qū)動電路、IGBT半橋電路；整形電路的輸出端與驅(qū)動電路的輸入端相連，驅(qū)動電路的兩路輸出端與IGBT半橋電路的兩路輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)，其特征在于:所述發(fā)射電路包括雙PIN 二極管對稱電路、濾波電路、兩個偏置電路、兩個旁路電路、隔直電路；濾波電路的輸出端與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端相連，兩個偏置電路的輸入端分別與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端和輸出端相連，兩個旁路電路的輸入端與分別與兩個偏置電路的輸入端相連，雙PIN 二極管對稱電路的輸出端與隔直電路的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)，其特征在于:所述接收電路包括雙PIN 二極管對稱電路、單PIN管電路、濾波電路、兩個偏置電路、兩個旁路電路、隔直電路、耦合電路；濾波電路的輸出端與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端相連，兩個偏置電路的輸入端分別與雙PIN 二極管對稱電路的輸入端、雙PIN 二極管對稱電路的輸出端相連，兩個旁路電路的輸入端與分別與兩個偏置電路的輸入端相連，雙PIN 二極管對稱電路的輸出端與隔直電路的輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)，其特征在于:所述濾波電路為T型聞通濾波電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大功率短波寬帶收發(fā)開關(guān)，其特征在于:所述濾波電路為聞通濾波電路。
【文檔編號】H04B1/48GK203519823SQ201320668814
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】周浩, 方繁, 文必洋, 田應(yīng)偉, 譚劍 申請人:武漢大學(xué)