專利名稱：全固態(tài)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制波形的頻譜控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二次雷達(dá)發(fā)射技術(shù)，尤其是一種適用于對(duì)波形為脈沖調(diào)制方式的全固態(tài)發(fā)射機(jī)的輸出頻譜進(jìn)行控制的方法，具體地說(shuō)是一種全固態(tài)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制波形的頻譜控制方法。
背景技術(shù)：
無(wú)線電頻譜是一種十分寶貴而又有限的自然資源，它既具有一般資源的共同特性，也具有一般資源所沒(méi)有的個(gè)性。首先是它的有限性，盡管它可以根據(jù)其空間、時(shí)間和頻率的三維要素進(jìn)行頻率復(fù)用，三者是互相關(guān)聯(lián)的，但是就某一頻段和頻率來(lái)講，它在一定區(qū)域、一定時(shí)間和一定條件下利用又是有限的；二是它的非耗竭性，這不同于土地、水、礦產(chǎn)等一類再生或非再生資源，對(duì)于它不利用是一種浪費(fèi)，使用不當(dāng)也是一種浪費(fèi)，甚至造成嚴(yán)重·危害；三是它的傳播固有性，它的傳播不受行政區(qū)域限制，傳播既無(wú)省界也無(wú)國(guó)界；四是它的易受污染性，對(duì)它如果使用不當(dāng)，就會(huì)受到干擾，使之無(wú)法準(zhǔn)確、有效地傳送信息。由于頻譜不受行政區(qū)域、國(guó)家邊界的限制，所以開(kāi)發(fā)和利用這些資源在國(guó)際上均有嚴(yán)格管理規(guī)定，任何部門(mén)、地區(qū)和個(gè)人，包括任何國(guó)家都不得隨意使用無(wú)線電頻譜，以避免造成相互干擾。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，對(duì)頻譜的需要越來(lái)越多，世界各國(guó)都面臨有限頻譜與無(wú)限需求的矛盾。在我國(guó)這一矛盾近年來(lái)日益突出，改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)無(wú)線電通信事業(yè)以每年20%-30%的增長(zhǎng)速度增加，無(wú)線電業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)，但同時(shí)也使我國(guó)的頻譜資源同趨緊張。因此，無(wú)線電頻譜資源的研究與開(kāi)發(fā)成為一個(gè)極為重要的問(wèn)題。二次雷達(dá)的信號(hào)鏈路由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、收發(fā)天線和空間的傳播路徑組成。相對(duì)其它無(wú)線電通信系統(tǒng)而言，二次雷達(dá)在頻率使用和/或背景噪聲等方面都可能是一個(gè)潛在的干擾源。作為航管設(shè)備的重要組成部分，二次雷達(dá)需24小時(shí)連續(xù)工作，在設(shè)備運(yùn)行中必然對(duì)機(jī)場(chǎng)其它設(shè)備、機(jī)場(chǎng)電磁環(huán)境產(chǎn)生影響，因此必須對(duì)二次雷達(dá)發(fā)射頻譜進(jìn)行控制，以滿足航管設(shè)備電磁兼容性的要求。國(guó)際民航組織(ICAO)發(fā)布的《國(guó)際民用航空公約》附件十《航空電信》、中國(guó)民用航空總局發(fā)布的《空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備技術(shù)規(guī)范》(MH 4010-2006)中都對(duì)二次雷達(dá)發(fā)射波形的頻譜特性作出了嚴(yán)格限制，從而保證航管設(shè)備之間電磁兼容性的要求。二次雷達(dá)工作在L波段，發(fā)射頻率為1030MHz±0. OlMHz,接收頻率為1090MHz ±3MHz。二次雷達(dá)為抑制旁瓣應(yīng)答，設(shè)有2個(gè)發(fā)射通道，分別是詢問(wèn)通道(Σ )和控制通道(Ω )。詢問(wèn)通道發(fā)射2個(gè)脈沖一Pl和P3，P1、P3之間的不同時(shí)間關(guān)系對(duì)應(yīng)于二次雷達(dá)的不同詢問(wèn)模式?？刂仆ǖ腊l(fā)射I個(gè)脈沖一P2，P2脈沖固定比P3脈沖延遲2 μ S。接收設(shè)備接收到詢問(wèn)通道(Σ )和控制通道(Ω )的發(fā)射信號(hào)后，通過(guò)比較Ρ2、Ρ3脈沖的幅度來(lái)判別當(dāng)前接收到的詢問(wèn)信號(hào)Pl和Ρ3是主瓣信號(hào)還是旁瓣信號(hào)。Ρ1、Ρ2、Ρ3脈沖波形需滿足下表的要求。脈沖寬度脈沖允差上升時(shí)間(M)下降時(shí)間CM) 耐獅 (μ5)(Ps),最小歉最小獻(xiàn)—
PI、Ρ2、Ρ3 O. B土O. I 0.05 O. I O. OS 0.
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的二次雷達(dá)易受其它設(shè)備、機(jī)場(chǎng)電磁等無(wú)線信號(hào)干擾的問(wèn)題，，發(fā)明一種既能保證二次雷達(dá)的發(fā)射機(jī)能產(chǎn)生滿足航管要求的脈沖調(diào)制波形和發(fā)射功率輸出，又要使二次雷達(dá)發(fā)射波形的頻譜特性能滿足國(guó)際民航組織(ICAO)發(fā)布的《國(guó)際民用航空公約》附件十《航空電信》、中國(guó)民用航空總局發(fā)布的《空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備技術(shù)規(guī)范》(MH 4010-2006)中對(duì)二次雷達(dá)發(fā)射波形的頻譜特性的要求的全固態(tài)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制波形的頻譜控制方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種全固態(tài)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制波形的頻譜控制方法，其特征是
首先，在發(fā)射機(jī)輸入端安裝一個(gè)PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器，以便對(duì)發(fā)射機(jī)的激勵(lì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)整形，將原本陡峭的射頻脈沖前后沿整形，使上升沿和下降沿變大，同時(shí)可以使遠(yuǎn)離工作頻率的頻譜分量大大減少，從而使發(fā)射頻譜特性有較大改善；
其次，使PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器的調(diào)制脈寬與發(fā)射輸出脈沖的寬度相等，但必須使激勵(lì)信號(hào)的脈沖寬度稍大于PIN開(kāi)關(guān)的調(diào)制脈寬，同時(shí)使PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器的調(diào)制脈沖與激勵(lì)信號(hào)之間需保持設(shè)定的時(shí)間關(guān)系；
第三，在發(fā)射機(jī)射頻放大鏈第一級(jí)采用漏級(jí)調(diào)制技術(shù)，并進(jìn)行嚴(yán)格的脈沖時(shí)序控制，通過(guò)調(diào)整功放模塊中儲(chǔ)能電容的充電時(shí)間，達(dá)到調(diào)整發(fā)射脈沖前沿的目的；通過(guò)調(diào)整功放模塊中儲(chǔ)能電容放電時(shí)間來(lái)改變放大器的后沿，達(dá)到進(jìn)一步改善發(fā)射機(jī)頻譜的目的。在所述發(fā)射機(jī)的饋電支路采用電阻電感濾波的方法，達(dá)到對(duì)發(fā)射機(jī)頻譜進(jìn)行控制的目的。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明在保證發(fā)射功率、占空比、發(fā)射波形滿足指標(biāo)要求的前提下，采取對(duì)發(fā)射脈沖前后沿進(jìn)行整形和控制的方法，輔助其他調(diào)制手段，大大減小發(fā)射信號(hào)的帶外頻譜分布，使得發(fā)射波形的頻譜滿足指標(biāo)要求。本發(fā)明的二次雷達(dá)全固態(tài)發(fā)射機(jī)波形頻譜控制方法。經(jīng)測(cè)試，頻譜控制后的二次雷達(dá)發(fā)射機(jī)波形頻譜完全滿足國(guó)際民航組織(ICAO)和中國(guó)民用航空總局相關(guān)規(guī)范的要求。


圖I是本發(fā)明二次雷達(dá)工作于3/A、C模式時(shí)的發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)時(shí)序圖。圖2是本發(fā)明二次雷達(dá)發(fā)射波形的頻譜必須滿足的特性圖。圖3是本發(fā)明中全固態(tài)發(fā)射機(jī)原理框圖。圖4是本發(fā)明輸入高頻脈沖與調(diào)制信號(hào)的時(shí)序關(guān)系圖。圖5是本發(fā)明中未采用頻譜調(diào)制的發(fā)射波形頻譜。圖6是本發(fā)明中已采用頻譜調(diào)制的發(fā)射波形頻譜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)構(gòu)附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1-6所示。一種二次雷達(dá)全固態(tài)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制波形的頻譜控制方法，常規(guī)二次雷達(dá)的工作方式有2種3/A模式、C模式。3/A模式詢問(wèn)飛機(jī)的A代碼，C模式詢問(wèn)飛機(jī)的氣壓高度碼。二次雷達(dá)工作在3/A模式時(shí)，二次雷達(dá)詢問(wèn)脈沖P1、P3之間的間隔為8 μ S，機(jī)載應(yīng)答機(jī)接收到該詢問(wèn)信號(hào)后，發(fā)送相應(yīng)的3/Α模式應(yīng)答碼；二次雷達(dá)工作在C模 式時(shí)，二次雷達(dá)詢問(wèn)脈沖Ρ1、Ρ3之間的間隔為21 μ S，機(jī)載應(yīng)答機(jī)接收到二次雷達(dá)的詢問(wèn)信號(hào)后，發(fā)出相應(yīng)的C模式應(yīng)答碼。二次雷達(dá)在每個(gè)詢問(wèn)周期發(fā)送一種詢問(wèn)，可單模式詢問(wèn)，也可3/Α模式、C模式詢問(wèn)交替進(jìn)行。同時(shí)要求發(fā)射機(jī)輸出脈沖功率不小于I. 5kW。發(fā)射波形時(shí)序關(guān)系如圖I所示。具體的頻譜控制方法包括以下幾個(gè)方面
首先，在發(fā)射機(jī)輸入端增加PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器，對(duì)發(fā)射機(jī)的激勵(lì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)整形，將原本陡峭的激勵(lì)脈沖信號(hào)上升沿和下降沿變大，同時(shí)可以使遠(yuǎn)離工作頻率的頻譜分量大大減少，從而改善發(fā)射機(jī)的激勵(lì)信號(hào)頻譜；
其次，利用前級(jí)放大器的漏極調(diào)制特性，采用合適的時(shí)序控制，有效調(diào)整前級(jí)放大器輸出波形前后沿大小，明顯改善發(fā)射機(jī)的頻譜特性；
第三，發(fā)射機(jī)的饋電支路采用電阻電感濾波的方法，達(dá)到對(duì)發(fā)射機(jī)頻譜進(jìn)行控制的目的。詳述如下
下面以二次雷達(dá)全固態(tài)發(fā)射機(jī)作進(jìn)一步說(shuō)明，二次雷達(dá)全固態(tài)發(fā)射機(jī)原理框圖如圖I所示，發(fā)射機(jī)由四級(jí)放大器組成。本發(fā)明對(duì)二次雷達(dá)全固態(tài)發(fā)射機(jī)波形頻譜控制的方法可進(jìn)一步概括為以下幾個(gè)方面
首先，在發(fā)射機(jī)輸入端裝有PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器，其作用是對(duì)發(fā)射機(jī)的激勵(lì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)整形。調(diào)制脈沖為T(mén)TL1，輸入射頻信號(hào)(RF IN)為脈沖信號(hào)，通過(guò)PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器后，RFIN的前后沿均變大，頻譜特性也有較大改善。PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器在打開(kāi)和關(guān)斷瞬間有一定的延遲特性，將原本陡峭的激勵(lì)脈沖信號(hào)上升沿和下降沿變大，同時(shí)可以使遠(yuǎn)離工作頻率的頻譜分量大大減少，從而改善發(fā)射機(jī)的激勵(lì)信號(hào)頻譜。必須使RF IN的寬度稍大于TTLl的寬度，一般RF IN信號(hào)較TTLl信號(hào)寬O. 4uS且提前O. 2uS即可，因?yàn)镻IN開(kāi)關(guān)調(diào)制器對(duì)RFIN信號(hào)的前后沿改變不會(huì)超過(guò)O. 2uS。TTLl時(shí)間內(nèi)射頻是持續(xù)有效的，因此，PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器最后的輸出脈沖包絡(luò)由TTLl決定。其次，第一級(jí)放大器是一個(gè)輸出功率為6W的功放模塊，此模塊供電電源采用漏級(jí)調(diào)制技術(shù)，TTL2為其調(diào)制脈沖，設(shè)計(jì)中利用了 6W放大器的漏極調(diào)制特性，采用合適的時(shí)序控制，有效調(diào)整前級(jí)放大器輸出波形前后沿大小，明顯改善發(fā)射機(jī)的頻譜特性。對(duì)6W放大器的后沿進(jìn)行調(diào)整的原理如下6W放大器的輸入射頻信號(hào)包絡(luò)近似與TTLl相同，tl為m模塊中電源調(diào)制器提前于其輸入射頻脈沖打開(kāi)的時(shí)間，t2為T(mén)TL2提前TTLl結(jié)束的時(shí)間，也就是6W放大器的漏極電源在t2時(shí)間內(nèi)已經(jīng)停止工作，此時(shí)放大器的后沿實(shí)際由功放模塊中儲(chǔ)能電容放電時(shí)間決定。另一方面對(duì)于儲(chǔ)能電容來(lái)說(shuō)，高頻通路是其負(fù)載電路，高頻信號(hào)的持續(xù)時(shí)間也會(huì)影響電容的放電時(shí)間。因此通過(guò)調(diào)整t2就可以改變儲(chǔ)能電容的放電時(shí)間，也就達(dá)到了調(diào)整6W功放模塊后沿的目的。同理，通過(guò)調(diào)整tl可以調(diào)整儲(chǔ)能電容的充電時(shí)間，以達(dá)到調(diào)整6W模塊的前沿的目的。第三，發(fā)射機(jī)的饋電支路采用電阻電感濾波及其它優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，達(dá)到對(duì)發(fā)射機(jī)頻譜進(jìn)行控制的目的。設(shè)計(jì)放大器饋電網(wǎng)絡(luò)的濾波電路時(shí)，除了采取常用的大電容小電容組合濾波的措施之外，在各級(jí)放大器饋電端，還采用了電阻電感組合濾波的方法。應(yīng)用此方法的關(guān)鍵是電感及電阻的量值一定要選擇合適，否則會(huì)對(duì)輸出射頻包絡(luò)前后沿及功率管增益產(chǎn)生負(fù)面影響。發(fā)射機(jī)是由多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)并聯(lián)組成，級(jí)間輸出端口駐波特性和放大器的飽和狀態(tài)都可能會(huì)對(duì)輸出頻譜產(chǎn)生一定的影響。因此，在設(shè)計(jì)放大器匹配電路時(shí)，一方面通過(guò)軟件仿真、調(diào)試等手段設(shè)計(jì)好放大器輸出匹配電路，同時(shí)盡量選擇性能穩(wěn)定、一致性較好的電容作為輸出端耦合電容，這些都有利于提高功放模塊輸出端的駐波特性。由于二次雷達(dá)發(fā)射機(jī)的工作頻帶不寬，控制好每一級(jí)放大器的激勵(lì)相對(duì)容易，可以通過(guò)在級(jí)間加衰減網(wǎng)絡(luò)等方法實(shí)現(xiàn)。此外，在模塊設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)高頻接地要求很高的點(diǎn)，采用孔金屬化接地技術(shù)，以保證接地良好。試驗(yàn)證明，上述措施的使用對(duì)改善發(fā)射機(jī)頻譜都有一定的效果。
本發(fā)明的有益效果在保證發(fā)射功率、占空比、發(fā)射波形滿足指標(biāo)要求的前提下，采取對(duì)發(fā)射脈沖前后沿進(jìn)行整形和控制的方法，輔助其他調(diào)制手段，大大減小發(fā)射信號(hào)的帶外頻譜分布，使得發(fā)射波形的頻譜滿足指標(biāo)要求。對(duì)比了頻譜控制技術(shù)使用前后發(fā)射機(jī)輸出頻譜特性和射頻脈沖波形的試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)頻譜特性有了很大的改善，輸出射頻波形也更加理想。圖4為發(fā)射機(jī)未采用頻譜控制技術(shù)的頻譜測(cè)試結(jié)果，在Λ f=-60MHz處，頻譜大約為_(kāi)41dB。圖5為發(fā)射機(jī)采用頻譜控制技術(shù)后的頻譜測(cè)試結(jié)果，在Λ f=-60MHz處，頻譜大約為_(kāi)54dB，具有明顯改善，并優(yōu)于指標(biāo)要求的_50dB。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種全固態(tài)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制波形的頻譜控制方法，其特征是 首先，在發(fā)射機(jī)輸入端安裝一個(gè)PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器，以便對(duì)發(fā)射機(jī)的激勵(lì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)整形，將原本陡峭的射頻脈沖前后沿整形，使上升沿和下降沿變大，同時(shí)可以使遠(yuǎn)離工作頻率的頻譜分量大大減少，從而使發(fā)射頻譜特性有較大改善； 其次，使PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器的調(diào)制脈寬與發(fā)射輸出脈沖的寬度相等，但必須使激勵(lì)信號(hào)的脈沖寬度稍大于PIN開(kāi)關(guān)的調(diào)制脈寬，同時(shí)使PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器的調(diào)制脈沖與激勵(lì)信號(hào)之間需保持設(shè)定的時(shí)間關(guān)系； 第三，在發(fā)射機(jī)射頻放大鏈第一級(jí)采用漏級(jí)調(diào)制技術(shù)，并進(jìn)行嚴(yán)格的脈沖時(shí)序控制，通過(guò)調(diào)整功放模塊中儲(chǔ)能電容的充電時(shí)間，達(dá)到調(diào)整發(fā)射脈沖前沿的目的；通過(guò)調(diào)整功放模塊中儲(chǔ)能電容放電時(shí)間來(lái)改變放大器的后沿，達(dá)到進(jìn)一步改善發(fā)射機(jī)頻譜的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全固態(tài)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制波形的頻譜控制方法，其特征是在所述發(fā)射機(jī)的饋電支路采用電阻電感濾波的方法，達(dá)到對(duì)發(fā)射機(jī)頻譜進(jìn)行控制的目的。
全文摘要
一種全固態(tài)發(fā)射機(jī)脈沖調(diào)制波形的頻譜控制方法，其特征是首先，在發(fā)射機(jī)輸入端增加PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器，對(duì)發(fā)射機(jī)的激勵(lì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)整形，將原本陡峭的激勵(lì)脈沖信號(hào)上升沿和下降沿變大，其次，使PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器的調(diào)制脈寬與發(fā)射輸出脈沖的寬度相等，但必須使激勵(lì)信號(hào)的脈沖寬度稍大于PIN開(kāi)關(guān)的調(diào)制脈寬，同時(shí)使PIN開(kāi)關(guān)調(diào)制器的調(diào)制脈沖與激勵(lì)信號(hào)之間需保持設(shè)定的時(shí)間關(guān)系；第三，在發(fā)射機(jī)射頻放大鏈第一級(jí)采用漏級(jí)調(diào)制技術(shù)，并進(jìn)行嚴(yán)格的脈沖時(shí)序控制。本發(fā)明大大減小了發(fā)射信號(hào)的帶外頻譜分布，使得發(fā)射波形的頻譜滿足指標(biāo)要求。
文檔編號(hào)G01S7/282GK102891665SQ201210405749
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者張虹, 任治國(guó) 申請(qǐng)人:南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司