一种微波放大管栅压控制脉冲调制装置的制作方法

1.本实用新型涉及无线通信领域，特别涉及一种微波放大管栅压控制脉冲调制装置。


背景技术：

2.目前在射频微波通信系统中，发射放大器普遍采用脉冲式功率源进行发射功率的放大，而实现脉冲式微波功率放大的方法，一般有2大类方法：
3.一类是在激励源上(小信号)直接通过二极管的开关特性，实现脉冲调制，生成脉冲式激励，然后通过一个常开的，稳定的放大器去放大这个脉冲激励信号，从而获得大功率脉冲功率。
4.第二类为激励源为稳定的连续波信号，通过快速切换放大电路中的微波功率管的开启与关闭，以实现脉冲式的大功率脉冲功率。
5.现有技术中，第一类方法是比较常见的，实现简单，技术难度低，通常使用二极管及相关具备开关性质的器件去实现，其原理如下图所示。
6.1、小信号二极管脉冲调制原理
7.小信号二极管脉冲调制原理框图如图1所示：图中二极管d1和二极管d2为开关二极管，特性是随着偏置电压的变化，其射频插损也同步发生同比例变化，即正偏置时二极管导通，射频微波信号得以通过，反之则二极管关闭，射频微波信号被截止。输入信号也就是小信号激励源vi，电阻r1和电阻r2是在信号通道上的两个对地偏值电阻，脉冲开关信号经电感l1以后加入到信号通道中，小信号激励源vi经脉冲开关信号调制以后，输出vo；脉冲调制后的波形如图2所示。
8.2、大信号微波功率管开关脉冲调制
9.如图3为一个射频微波放大电路，放大器为射频微波功率管a1，射频微波功率管a1的工作状态由其栅极电压控制，这里是由激励输入信号，射频微波功率管a1以ldmos微波功率管为例，其栅极电压在大于0.2v时，为放大状态，电压越大导通角越大，即增益越高，反之为截止状态，一般为例获得较高放大增益，栅压设置为3v左右。即当栅压给3v时，微波功率管处于放大状态，当电压给0v时，微波功放管处于截止状态，当控制信号(栅压偏置)为脉冲方波时，其射频微波输出也随之变成脉冲功率信号。
10.上述脉冲调制，各自存在一些固有的缺陷。
11.1、小信号二极管脉冲调制时，调制电路后面的放大器一直处于放大状态，导致整个系统的功耗增加，进而使得散热代价及经济效益成为比较突出的问题。
12.2、大信号微波功率管开关脉冲调制，由于存在阻抗变换电路，即c4、c5的存在，使得通道对地电容比较大，外部控制信号对其进行上电与掉电控制时，由于电容的充放电，导致栅压存在响应时间，使得脉冲射频微波信号产生失真，如下图4所示为大信号微波功率管开关脉冲调制理想状态与实际结果对比。


技术实现要素：

13.本实用新型针对目前针对大信号微波功率管开关脉冲调制技术存在的不足之处，提供一种微波放大管栅压控制脉冲调制装置。
14.本实用新型为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种微波放大管栅压控制脉冲调制装置，包括工作状态由其栅极电压控制的射频微波功率管a1、用于匹配传输线阻抗跟射频微波功率管a1的输入阻抗的输入阻抗匹配网络、用于匹配传输线阻抗跟射频微波放大器的输出阻抗的输出阻抗匹配网络，射频微波功率管的偏置电阻r3，通过这个电阻r3给微波功率管a1提供偏置栅压；激励信号vi经输入阻抗匹配网络后进入到射频微波功率管a1的栅极、射频微波功率管a1源极接地，漏极接馈电信号，漏极还通过输出阻抗的输出阻抗匹配网络输出vo；所述的输入阻抗匹配网络包括电阻r2和电感l3的并联电路，设置在电阻r2和电感l3的并联电路两端的电容c5和电容c4，连接在电容c5和电容c4另一端的单刀双掷开关k1和k2；还包括单刀双掷开关k1和k2的控制装置。
15.进一步的，上述的微波放大管栅压控制脉冲调制装置中：所述的射频微波功率管a1为ldmos微波功率管。
16.进一步的，上述的微波放大管栅压控制脉冲调制装置中：在激励信号vi与输入阻抗匹配网络之间还串联有射频耦合电容c6。
17.进一步的，上述的微波放大管栅压控制脉冲调制装置中：所述的输出阻抗匹配网络包括电阻r1和电感l2的并联电路，分别在所述的电阻r1和电感l2的并联电路两端接地的电感c3和电感c2。
18.进一步的，上述的微波放大管栅压控制脉冲调制装置中：输出阻抗匹配网络与输出vo设置有射频耦合电容c1。
19.进一步的，上述的微波放大管栅压控制脉冲调制装置中：所述单刀双掷开关k1和k2为直流开关或者其它具有实现快速切换功能的器件。
20.本实用新型提供一种对栅极电容快速充放电的方法，可以快速的使栅压达到正常的开启或者关闭状态，使输出的射频微波脉冲波形不发生失真。
21.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细地说明。
附图说明
22.附图1为二极管调制电路原理框图；
23.附图2为图1所述二极管调制电路脉冲调制后的波形图；
24.附图3为信号微波功率管开关脉冲调制原理图；
25.附图4为大信号微波功率管开关脉冲调制理想状态与实际结果对比波形图；附图5本实用新型实施例1微波放大管栅压控制脉冲调制装置原理图。
具体实施方式
26.实施例1，如图5所示，本实施例是微波放大管栅压控制脉冲调制装置，提出了一种对栅极电容快速充放电的方法，可以快速的使栅压达到正常的开启或者关闭状态，使输出的射频微波脉冲波形不发生失真。该微波放大管栅压控制脉冲调制装置包括工作状态由其栅极电压控制的射频微波功率管a1、用于匹配传输线阻抗跟射频微波功率管a1的输入阻抗
的输入阻抗匹配网络、用于匹配传输线阻抗跟射频微波放大器的输出阻抗的输出阻抗匹配网络，射频微波功率管的偏置电阻r3，通过这个电阻r3给微波功率管a1提供偏置栅压；激励信号vi经输入阻抗匹配网络后进入到射频微波功率管a1的栅极、射频微波功率管a1源极接地，漏极接馈电信号，漏极还通过输出阻抗的输出阻抗匹配网络输出vo；所述的输入阻抗匹配网络包括电阻r2和电感l3的并联电路，设置在电阻r2和电感l3的并联电路两端的电容c5和电容c4，连接在电容c5和电容c4另一端的单刀双掷开关k1和k2；还包括单刀双掷开关k1和k2的控制装置。
27.构成本发明装置的主要功能器件(模块)及各器件的作用如图5所示：
28.射频耦合电容c6：隔直流，通交流(射频微波)。
29.电阻r2、电感l3、电容c4、c5：这四个器件组成输入阻抗匹配网络，用于匹配传输线阻抗跟射频微波放大器的输入阻抗。
30.直流开关k1、k2：为本发明的关键器件，负责切换-5v及地(0v)。
31.电阻r3：微波功率管的偏置电阻，通过这个电阻给微波功率管a1提供偏置栅压。
32.微波功率管a1：将小功率的射频微波信号，放大成大功率射频微波信号；本实施例中，射频微波功率管a1为ldmos微波功率管。
33.馈电电感l1：为微波功率管a1提供漏压偏置，起到隔交流(射频微波)，通直流作用。
34.电阻r1、电感l2、电容c2、c3：这四个器件组成输出阻抗匹配网络，用于匹配传输线阻抗跟射频微波放大器的输出阻抗。
35.射频耦合电容c1：隔直流，通交流(射频微波)。
36.本实施例的基本工作原理为：
37.初始状态：电阻r3输入端电平为低电平(0v)，放大器处于关闭状态，单刀双掷开关k1、k2的1—3导通，即电容c4、c5处于接地状态。
38.转开启状态：电阻r3输入端给一个高电平3.3v，同步的，k1、k2给一个切换控制信号，在ns级的时间内，k1、k2的1-3脚导通切换到1-2导通。即电容的一端直接接到了-5v电源上，由于没有电阻的存在，-5v电源会快速的给电容c4、c5充电，经过一个非常短暂的充电时间(一般为几个us)，电容完成充电至3v(压差)，此时，再给k1、k2一个切换控制信号，使得k1、k2的1-2导通切换成1-3导通。由于电容的电压不能瞬间变化的特性，当电容的一端的参考电位发生变化时，由于电容压差不变，那么，电容的另外一端(与r2连接处)，其电位就变成了 3v，根据图5可知，此时的微波放大器的栅压即为3v，此时微波功率管已经完成开启动作，处于放大开启状态。
39.转关闭状态：r3输入端给一个低电平0v，同步的，k1、k2给一个切换控制信号，在ns级的时间内，k1、k2的1-3脚导通切换到1-2导通。即电容的一端直接接到了-5v电源上，由于电容的电压不能瞬间变化的特性，当电容的一端的参考电位发生变化时，由于电容压差不变，因为原来电容压差为3v，电容的另外一端(与r2连接处)，其电位就变成了-2v，根据图5可知，此时的微波放大器的栅压即为-2v，此时微波功率管已经完成关闭动作，处于关闭状态。
40.上述的切换动作及状态变化过程中，激励始终存在。当微波功放管处于关闭状态时，c6端无功率信号输出，当微波功率管处于开启状态时，微波功率管a1具备放大功能，将
c1进来的小功率射频微波信号，放大成大功率射频微波信号，从c6输出。即完成了脉冲调制并对射频微波信号进行了放大。
41.本实施例的关键点就是用切换动作极快的直流开关，来控制切换滤波电容的一端的电位值，使得电容另一端的电压值(电位值)快速变化切换，最终使得微波功率管的偏置电压快速切换，达到快速的放大与关闭状态，最终使得脉冲射频微波输出表现出良好的波形特征。通过上述切换电容参考电位的方法，用于微波放大器的栅压切换；发明中所描述的k1、k2为直流开关，也可以用其他类似功能的器件替代，如mos管、三极管等，具有实现快速切换功能的器件都是可以的。
42.与小信号二极管脉冲调制技术对比，本实施例的区别在于：直接控制放大器的开启与关断，所以除了具备脉冲调制功能，还具备射频微波信号的放大功能。
43.与常规的放大器栅压控制脉冲调制技术对比，本实施例的区别在于：在直接控制栅压的开启与关闭的同时，对其匹配电容的电位进行开关操作，使放大器的栅压达到快速切换效果。