一种低静态噪声固态发射机及降低静态噪声的方法与流程

1.本发明涉及固态发射机技术领域，具体涉及一种低静态噪声固态发射机及降低静态噪声的方法。


背景技术：

2.静态噪声是固态发射机在没有射频输入激励信号时的输出噪声。在全双工收发系统中，发射机的静态噪声会抬高系统噪底，导致接收灵敏度下降，降低接收机的接收能力。因此，需要固态发射机具有低静态噪声。
3.固态发射机的静态噪声的计算公式见式(1)，其中p
out
为输出噪声功率，pa为输入噪声功率，f为固态发射机的噪声系数，g为固态发射机的增益，所有参数单位均为db。因此，可以通过采用减小固态发射机的噪声系数和固态发射机的增益的方法来降低固态发射机的静态噪声。
4.p
out
＝pa f g
ꢀꢀꢀ
(1)
5.现有的降低固态发射机的静态噪声的方法以减小固态发射机的噪声系数的为主，减小固态发射机的增益的方法却还没有人提出和应用，造成这种结果的主要原因为，固态发射机饱和工作时增益压缩比较严重，特别是gan固态发射机，饱和工作时增益压缩在10db以上，减小固态发射机的小信号增益，固态发射机将因为饱和增益同步下降而不能达到额定输出功率。仅仅依靠减小固态发射机的噪声系数的方法静态噪声的降低空间很小，往往只有几个db的效果。
6.因此，现有的固态发射机的静态噪声控制方法还需要进一步的提高，故需要提出更为合理有效的方法，解决现有技术中存在的问题，满足固态发射机的静态噪声控制需求。


技术实现要素：

7.为了解决上述内容中提到的现有技术缺陷，本发明提供了一种低静态噪声固态发射机及降低静态噪声的方法，通过对发射机的改进，满足全双工收发系统对高接收灵敏度的要求。
8.为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：
9.一种低静态噪声固态发射机，包括发射机，发射机内包括依次电连接的低噪声小信号驱动放大模块、耦合模块和末级功率放大模块，耦合模块与末级功率放大模块之间设置有检波与栅压产生模块，检波与栅压产生模块的输入端连接至耦合模块的耦合输出端，检波与栅压产生模块的输出端连接至末级功率放大模块。
10.上述公开的固态发射机，对静态噪声的控制进行优化改进，尤其是在控制信号的增益上进行处理，对低噪声进行放大、耦合处理，筛选其中的部分信号进入末级功率放大模块，同时筛选部分信号进入检波与栅压产生模块产生栅极电压，栅极电压传递至末级功率放大模块作为起到增益调节的参考，从而可通过调节增益的方式避免出现过多的静态噪声。所谓的低噪声，是指其噪声系数小于10db，这样筛选的目的是为了降低噪声系数，小信
号是指相对于末级功率放大模块而言功率较低的信号。
11.进一步的，本发明中，检波与栅压产生模块用于对耦合器发送的信号进行处理，其具体处理方式并不唯一限定，此处进行优化处理并举出其中一种可行的选择：所述的检波与栅压产生模块包括功分器模块，功分器模块的输入端连接耦合器的耦合输出端，功分器模块的输出端通过两路检波放大支路连接至末级功率放大模块。采用如此方案时，可将末级功率放大模块分别接收两处检波放大支路发送的信号，并根据接收的信号对耦合器直接发送至末级功率放大模块的功率增益进行合理调节，从而起到减少静态噪声的目的。
12.再进一步，在本发明中，检波放大电路所采用的组成结构并不唯一限定，在此处进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的检波放大支路包括检波单元和反向放大单元。采用如此方案时，检波放大支路中的检波单元和反向放大单元依次连接。
13.进一步的，本发明中的末级功率放大单元结构并不唯一限定，可被构造成多种可行的方案，此处进行优化并举出其中一种可行的选择；所述的末级功率放大模块包括电连接的第一末级功率放大单元和第二末级功率放大单元，所述的两路检波放大支路分别连通至第一末级功率放大单元和第二末级功率放大单元。
14.上述公开的内容对低静态噪声固态发射机进行了说明，本发明还公开了实现上述低静态噪声固态发射机的方法，现进行说明。
15.一种降低固态静态噪声的方法，应用于上述固态发射机，包括：
16.对射频信号进行驱动放大处理，并进行功率耦合；
17.经过功率耦合的射频信号中分出部分进行检波和反向放大以产生随输入射频信号增大而增大的栅极电压；
18.经过功率耦合的射频信号中分出部分进行末级功率放大，且根据栅极电压值的增大同步提高末级功率放大的增幅。
19.进一步的，本发明中采取检波和反向放大具体包括如下方式：射频信号在进行检波和反向放大之前，进行功率分配并形成两路信号，分别进行检波和反向放大。
20.再进一步，本发明中，两路信号分别被检波和反向放大后均传输至末级功率放大模块，末级功率放大模块包括两个依次连接的末级功率放大单元，其中一路信号传输并依次通过两个末级功率放大单元，而另一路信号则传输通过后一级末级功率放大单元。
21.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
22.本发明可以降低固态发射机的静噪水平，提高全双工收发系统的接收能力，特别是对于使用gan功率放大器的固态发射机，静噪水平降低幅度可以达到10db以上。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
24.图1为低静态噪声固态发射机原理框图。
25.图2为末级功率放大模块的增益与栅极电压的关系曲线。
26.图3为传统固态发射机的静态噪声功率谱密度曲线。
27.图4为本发明固态发射机的静态噪声功率谱密度曲线。
28.图5为低静态噪声固态发射机实施例1的组成模块。
29.上述附图中，各个标记的含义为：1、低噪声小信号驱动放大模块；2、耦合模块；3、末级功率放大模块；31、第一末级功率放大单元；32、第二末级功率放大单元；4、检波放大支路；41、第一检波单元；42、第一反向放大单元；5、功分器模块；61、第二检波单元；62、第二反向放大单元。
具体实施方式
30.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
31.在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
32.实施例1
33.针对现有的固态发射机存在的静态噪声过大的问题，本实施例进行优化改进以解决现有技术中存在的缺陷。
34.具体的，如图1、图5所示，本实施例提供一种低静态噪声固态发射机，包括发射机，发射机内包括依次电连接的低噪声小信号驱动放大模块1、耦合模块2和末级功率放大模块3，耦合模块2与末级功率放大模块3之间设置有检波与栅压产生模块，检波与栅压产生模块的输入端连接至耦合模块2的耦合输出端，检波与栅压产生模块的输出端连接至末级功率放大模块3。
35.优选的，本实施例中低噪声小信号驱动放大模块1采用低噪声小信号驱动放大器，耦合模块2采用耦合器。
36.低噪声小信号驱动放大器，用于实现低噪声增益放大，将输入信号低噪声放大到末级功率放大器所需的激励功率，具有低噪声系数和增益压缩量小的特点。
37.耦合器，用于对低噪声小信号驱动放大器的输出功率进行功率耦合，取出部分射频功率送检波和栅压产生电路进一步处理。
38.上述公开的固态发射机，对静态噪声的控制进行优化改进，尤其是在控制信号的增益上进行处理，对低噪声进行放大、耦合处理，筛选其中的部分信号进入末级功率放大模块3，同时筛选部分信号进入检波与栅压产生模块产生栅极电压，栅极电压传递至末级功率放大模块3作为起到增益调节的参考，从而可通过调节增益的方式避免出现过多的静态噪声。
39.本实施例中，检波与栅压产生模块用于对耦合器发送的信号进行处理，其具体处理方式并不唯一限定，此处进行优化处理并采用其中一种可行的选择：所述的检波与栅压产生模块包括功分器模块5，功分器模块5的输入端连接耦合器的耦合输出端，功分器模块5的输出端通过两路检波放大支路4连接至末级功率放大模块3。采用如此方案时，可将末级功率放大模块3分别接收两处检波放大支路4发送的信号，并根据接收的信号对耦合器直接发送至末级功率放大模块3的功率增益进行合理调节，从而起到减少静态噪声的目的。
40.在本实施例中，检波放大电路所采用的组成结构并不唯一限定，在此处进行优化
并采用如下一种可行的选择：所述的检波放大支路4包括检波单元和反向放大单元。采用如此方案时，检波放大支路4中的检波单元和反向放大单元依次连接。
41.优选的，所述的检波单元采用检波器，所述的反向放大单元采用反向放大器。
42.固态发射机的低静态噪声特性主要通过检波和栅压产生电路实现，检波和栅压产生电路的作用有二：检波功能和栅压产生功能，检波功能指对耦合器的耦合输出进行射频检波得到检波电压，该检波电压经过运算放大等处理后产生栅极电压。需要特别说明的是，检波和栅压产生电路的输入功率和产生的栅极电压的关系为：输入功率越大则栅极电压越大。
43.本实施例中的末级功率放大单元结构并不唯一限定，可被构造成多种可行的方案，此处进行优化并采用其中一种可行的选择；所述的末级功率放大模块3包括电连接的第一末级功率放大单元31和第二末级功率放大单元32，所述的两路检波放大支路4分别连通至第一末级功率放大单元31和第二末级功率放大单元32。
44.优选的，所述的第一末级功率放大单元31和第二末级功率放大单元32均采用末级功率放大器。
45.末级功率放大器，作为低静态噪声固态发射机的功率输出级，将小信号驱动放大器的射频输出功率进行功率放大产生低静态噪声固态发射机所需的射频输出功率，一般的，末级功率放大器多采用gan功率放大器，具有饱和工作时增益压缩量大的特点。
46.本实施例中的固态发射机实现低噪声的原理是：
47.射频信号输入小信号驱动放大器，耦合器对小信号驱动放大器进行功率耦合并送入检波和栅压产生电路使得检波和栅压产生电路产生一个随输入射频信号增大而增大的栅极电压。图2是末级功率放大器的增益(单位db)随栅极电压的变化曲线(分析中采用gan功放)，末级功率放大器的增益随其栅极电压增大而增大。因此，本发明的固态发射机在无射频输入信号和射频输入信号较小时增益较低从而具备低静态噪声的特性，当射频输入信号增加时，增益提升获得功率放大的效果。对图1的固态发射机(分析中小信号驱动放大器增益为20db，末级功率放大器具有图2中的特性)，末级功率放大器静态时即无射频输入信号时检波和栅压产生电路产生的栅极电压为-3.4v；当固态发射机饱和工作时，检波和栅压产生电路产生的栅极电压为-2.7v，由于图2中末级功率放大器在栅极电压为-2.7v时比栅极电压为-3.4v时增益提高了10db，所以，本发明的固态发射机的静态噪声比末级功率放大器栅极电压一直为-2.7v时的固态发射机的静态噪声低10db。图3为没有采用本发明(即末级功率放大器的栅极电压一直为-2.7v)时固态发射机的静态输出噪声功率谱密度，最大值为-87.8dbm；图4为本发明的固态发射机的静态输出噪声功率谱密度，最大值为-97.6dbm，采用本发明后固态发射机的静态输出噪声减小9.8db。
48.实施例2
49.上述公开的内容对低静态噪声固态发射机进行了说明，本实施例还公开了实现上述低静态噪声固态发射机的方法，现进行说明。
50.一种降低静态噪声的方法，应用于上述固态发射机，包括：
51.对射频信号进行驱动放大处理，并进行功率耦合；
52.经过功率耦合的射频信号中分出部分进行检波和反向放大以产生随输入射频信号增大而增大的栅极电压；
53.经过功率耦合的射频信号中分出部分进行末级功率放大，且根据栅极电压值的增大同步提高末级功率方大的增幅。
54.本实施例中采取检波和反向放大具体包括如下方式：射频信号在进行检波和反向放大之前，进行功率分配并形成两路信号，分别进行检波和反向放大。
55.本实施例中，两路信号分别被检波和反向放大后均传输至末级功率放大模块，末级功率放大模块包括两个依次连接的末级功率放大单元，其中一路信号传输并依次通过两个末级功率放大单元，而另一路信号则传输通过后一级末级功率放大单元。
56.优选的，本实施例采用实施例1中公开的固态发射机，具体的，低静态噪声固态发射机中，第一检波器和第二检波器采用对数检波器ad8317，第一反相放大器和第二反相放大器采用运放构成的反相放大器，在输入功率范围内，第一反相放大器的输出电压范围为-2.8v～-1.8v，第二反相放大器的输出电压范围为-3v～-2v，第一末级功率放大器和第二末级功率放大器为gan功率放大器，采用本实施例比直接给第一末级功率放大器和第二末级功率放大器分别施加-1.8v和-2v栅极电压的情况，静态噪声改善在18db以上。
57.以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。