一种TR组件射频信号脉冲调制电路及其信号收发装置的制作方法

一种tr组件射频信号脉冲调制电路及其信号收发装置
技术领域
1.本实用新型涉及脉冲调制技术领域，尤其涉及一种tr组件射频信号脉冲调制电路及其信号收发装置。


背景技术：

2.相控阵雷达是目前雷达技术研究的热门方向，采用时分双工的脉冲调制相控阵雷达，可避免发射信号泄露到接收通道对接收机形成阻塞或者影响放大器正常工作，也能避免接收的微弱回波信号被发射信号噪声淹没，从而提高对信号的检测能力。tr组件是脉冲相控阵雷达的核心部分，其中脉冲调制电路更是tr组件中关键的一环。
3.脉冲调制电路产生的脉冲信号宽度、脉冲上升沿、脉冲下降沿、幅度及脉冲波形等都会直接的影响到雷达的测量距离、测距分辨率、视频信号质量等，脉冲调制电路包括栅压调制、漏压调制、信号调制多种形式。栅压调制若电路损坏容易造成放大器烧毁；信号调制不关闭射频信号通过射频开关调制功耗大且接收时容易形成泄露。而传统负压保护及调制电路体积大，电路架构复杂，增大了故障发生概率；容性及感性电路较多会导致脉冲信号上冲和下冲，即会影响脉冲波形且脉冲调制上升沿较差，一般不会低于5us。
4.传统负压保护及调制电路原理图及框图分别如图1、图2所示，采用三极管和mos管进行搭建，由q5、q6组成的负压保护区(负压保护电路)、由q4(供电mos管开关)组成开关功能区、q2(灌电流开关管)组成的灌电流功能区及q3(放电管)组成放电回路构成。当q1(供电开关管)基极端输入高控制电平时，q1导通，通过电阻分压形成一个控制电压进入q2基极，此时q2导通q3不导通，由于mos管栅极呈容性，此时在q4栅极电压为vcc进行电荷充电到电压达到vcc后，n
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mos管q4导通，电压vout输出进入负载。当q1基极输入低控制电平时，q1不导通，q1、q2基极为低电平，q2不导通，q4栅极呈容性，由于此时q4栅极电压突然关断，还存在大量电荷，因此在q3发射极和基极间形成一个电压，q3导通将此电荷释放到地，当控制电平输入频率过高，则会使mos管q4栅极电并没有放完情况下(功放在未关断情况下)再开启关断状态，进而影响脉冲波形且脉冲调制上升沿较差，导致脉冲信号重复频率低(小于500khz)，电路无法良好工作在连续波或脉冲波发射或接收状态。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术中电路架构复杂、体积大、故障率较高，容性及感性电路较多，脉冲调制上升沿或下降沿较差、脉冲信号重复频率低的问题，提供了一种tr组件射频信号脉冲调制电路及其信号收发装置。
6.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种tr组件射频信号脉冲调制电路，包括发射调制电路和/或接收调制电路；所述发射调制电路或接收调制电路包括顺次连接的调制控制模块、集成驱动模块、供电开关和功放管，功放管连接至负载；所述调制电路还包括使能开关和功放漏极电源模块，功放漏极电源模块经使能开关分别与集成驱动模块、调制控制模块、供电开关连接。
7.在一示例中，所述调制电路还包括负压电源模块，所述负压电源模块输出端与功放管、集成驱动模块使能端连接。
8.在一示例中，所述调制电路包括发射调制电路、接收调制电路时，发射调制电路、接收调制电路共用调制控制模块、负压电源模块。
9.在一示例中，所述调制控制模块为单片机、fpga、dsp、arm中的任意一种。
10.在一示例中，所述供电开关、功放管、使能开关为场效应晶体管。
11.在一示例中，所述功放漏极电源模块和/或负压电源模块具体为稳压芯片。
12.在一示例中，所述集成驱动模块为大电流驱动器芯片。
13.在一示例中，所述功放管漏极经第一二极管、第二二极管连接至供电开关源极。
14.在一示例中，所述调制电路采用pcb工艺集成调制控制模块、集成驱动模块、供电开关、功放管、使能开关和功放漏极电源模块。
15.需要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。
16.本实用新型还包括一种tr组件射频信号脉冲调制电路的信号收发装置，所述信号收发装置包括如上任一示例所述调制电路。
17.与现有技术相比，本实用新型有益效果是：
18.(1)在一示例中，本实用新型采用集成化电路模块(芯片)构成调制电路，简化了电路架构与电路元件数量，进而减小电路体积，同时降低电路故障发生率，提高了电路可靠性；通过调制控制模块配合功放漏极电源模块控制使能开关的工作状态，进而控制功放管供电回路导通或者断开，以此实现功放管工作状态的控制，整个调制过程无需通过电容充放电实现，脉冲波形好且脉冲上升沿或下降沿良好，以使脉冲信号具有较高的重复频率。
19.(2)在一示例中，调制电路还包括负压电源模块，通过负压电源模块输出的负压信号控制集成驱动模块的工作状态，同时保证负压先于漏压供入负载端，以此防止功放管被烧毁。
20.(3)在一示例中，采用pcb工艺集成调制电路的电路元件，进一步减小了电路体积，并保证了电路的稳定性。
附图说明
21.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
22.图1为本实用新型传统负压保护及调制电路原理图；
23.图2为本实用新型传统负压保护及调制电路框图；
24.图3为本实用新型一示例中调制电路的电路框图；
25.图4为本实用新型一示例中调制电路的电路框图；
26.图5为本实用新型一示例中调制电路的电路原理图；
27.图6为本实用新型一示例中调制电路处于不同漏压、温度下脉冲上升沿仿真示意图；
28.图7为本实用新型一示例中调制电路处于不同漏压、温度下脉冲下升沿仿真示意图；
29.图8为本实用新型一示例中调制电路处于不同漏压下信号延时仿真示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
33.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
34.如图3所示，在实施例1中，一种tr组件射频信号脉冲调制电路，该调制电路包括发射调制电路或接收调制电路，且发射调制电路与接收调制电路结构相同。具体地，发射调制电路或接收调制电路具体包括顺次连接的调制控制模块、集成驱动模块、供电开关和功放管，功放管连接至负载；所述调制电路还包括使能开关和功放漏极电源模块，功放漏极电源模块经使能开关分别与集成驱动模块、调制控制模块、供电开关连接。其中，调制控制模块、集成驱动模块、功放漏极电源模块均为集成芯片；调制控制模块输出方波调制信号(脉冲信号)至集成驱动模块的信号输入端，集成驱动模块开始工作，即集成驱动模块对调制信号进行放大处理并输出至供电开关；同时，调制控制模块输出使能信号至使能开关，同时功放漏极电源模块为使能开关的控制端提供一定电压，使能开关、供电开关依次导通，则功放管供电回路导通，功放管处于工作状态，输出电压至负载。本示例中，采用集成化电路芯片构成调制电路，简化了电路架构与电路元件数量，进而减小电路体积，同时降低电路故障发生率，提高了电路可靠性；通过调制控制模块配合功放漏极电源模块控制使能开关的工作状态，进而控制功放管供电回路导通或者断开，以此实现功放管工作状态的控制，整个调制过程在外围配置合适的电容充放电实现，脉冲波形好且脉冲上升沿或下降沿良好，以使脉冲信号具有较高的重复频率，能够使调制电路良好工作于连续波或脉冲波发射或接收状态。
35.在一示例中，所述调制电路还包括负压电源模块，所述负压电源模块输出端与功放管、集成驱动模块使能端连接，通过负压电源模块输出的负压信号控制集成驱动模块的工作状态，同时保证负压先于漏压供入负载端，以此防止功放管被烧毁。具体地，本示例中
负压电源模块输出端直接与功放管栅极连接，以此保证负压电源模块输出的负压能够先于功放漏压电源模块漏压供入负载端；同时，负压电源模块输出端与集成驱动模块使能端连接，该负压信号为集成驱动模块的使能信号，当集成驱动模块没有负压输入时，集成驱动模块输出常高，即使开关脉冲信号输入，供电开关管开关也不会开启，功放管供电回路断开。
36.在一示例中，所述调制电路为tr调制电路时，即包括发射调制电路、接收调制电路时，发射调制电路、接收调制电路共用调制控制模块、负压电源模块，以此节约电路元件的成本开销。具体地，如图4所示，发射调制电路包括顺次连接的调制控制模块、第一集成驱动模块、第一供电开关和第一功放管，第一功放管连接至负载；所述发射调制电路还包括第一使能开关、第一功放漏极电源模块、负压电源模块，第一功放漏极电源模块经第一使能开关分别与第一集成驱动模块、调制控制模块、第一供电开关连接，负压电源模块输出端与第一功放管、集成驱动模块使能端连接。接收调制电路包括顺次连接的调制控制模块、第二集成驱动模块、第二供电开关和第二功放管，第二功放管连接至负载；所述接收调制电路还包括第二使能开关、第二功放漏极电源模块、负压电源模块，第二功放漏极电源模块经第二使能开关分别与第二集成驱动模块、调制控制模块、第二供电开关连接，负压电源模块输出端与第二功放管、集成驱动模块使能端连接。当发射电源(第一功放漏极电源模块)使能开启，接收电源(第二功放漏极电源模块)使能关闭，发射脉冲信号输入，tr调制电路处于发射脉冲工作状态，且接收不工作。当接收电源使能开启，发射电源使能关闭，接收脉冲控制信号输入，tr调制电路处于接收脉冲工作状态，且发射不工作。当发射和接收电源使能开启，发射和接收脉冲信号输入，tr调制电路处于发射及接收脉冲工作状态，即能发射又能接收，即本实用新型tr调制电路能够工作于单发射脉冲状态、单接收脉冲状态、收发脉冲共同工作状态，同时，由于脉冲信号具有较高的重复频率，本实用新型tr调制电路还能够工作于单接收连续波状态、单发射连续波状态，即可应用于多种使用状态，应用范围广。
37.在一示例中，所述调制控制模块为fpga，数据处理能力强，且成本低。
38.在一示例中，所述供电开关、功放管、使能开关均为场效应晶体管，其中供电开关为p
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mos管，使能开关为n
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mos管。具体地，p
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mos管栅极与集成驱动模块输出端(脉冲驱动端)连接，p
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mos管漏极与功放管漏极连接，p
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mos管源极与使能开关源极连接，且使能开关(n
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mos管)源极串联一百kω级接地电阻；使能开关漏极与功放漏极电源模块输出端连接，使能开关栅极与调制控制模块输出端连接，使能开关源极同时也与集成驱动模块的电源输入端连接。
39.在一示例中，所述功放漏极电源模块、负压电源模块具体为稳压芯片。本示例中，功放漏极电源模块包括若干稳压芯片(降压芯片和升压芯片)；功放漏极电源模块的输出电压范围为5v—18v，输出电流为5a；负压电源模块的输出电压范围为0v—
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2v。
40.在一示例中，所述集成驱动模块为大电流驱动器芯片。具体地，如图5所示，本示例中采用大电流驱动器芯片ncd25c
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09b作为集成驱动模块，大电流驱动器芯片的信号输入端(vin引脚)与fpga的i/o端连接，大电流驱动器芯片的输出端(脉冲驱动端)连接至p
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mos管栅极，p
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mos管源极经使能开关(图中未示出)连接至功放漏极电源(vcc)，p
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mos管漏极连接至功放管。进一步地，大电流驱动芯片的使能(en)引脚连接至负压电源模块的使能端，用于实现负压保护功能；大电流驱动芯片的cap引脚连接有接地电容，进而减小集成驱动模块的使能信号的延迟时间。作为一选项，功放管漏极经第一二极管、第二二极管连接至p
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mos管
源极，进而避免功放被烧坏。
41.在一示例中，所述调制电路采用pcb工艺集成调制控制模块、集成驱动模块、供电开关、功放管、使能开关、功放漏极电源模块、负压电源模块，采用pcb工艺集成调制电路的电路元件，进一步减小了电路体积，并保证了电路的稳定性。
42.为进一步说明本实用新型的电路性能，使调制电路处于不同漏压、不同温度下获取脉冲上升沿及下降沿时间及信号延迟时间如图6
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8所示，可以显而易见看出，电路性能相较于传统调制电路性能显著改善，脉冲上升沿及下降沿可做到15～50ns，相较于传统us级的脉冲沿性能大大提高，且优良的低信号延迟时间供电大于5v使用时＜45ns，可应用脉冲频率范围能够达到500khz，占空比可实现1％～100％范围任意调节。
43.本实用新型还包括一种tr组件射频信号脉冲调制电路的信号收发装置，所述信号收发装置包括如上述任一示例所述调制电路，以此实现射频信号的收发。
44.以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。