射频系统结构组成如图1-6所示,主要由外部射频接口电路和射频驱动器部分组成。
图1-6 射频系统结构组成框图
一、射频(RF)接口板(见附录2图4)
1.功能
对发射机控制单元(TCU)输入的射频(RF)源提供一种保护、监测及接口,并把RF信号放大至合适电平,用于驱动功放单元(PB)的射频(RF)驱动链中余下的部分。
辅助功能:载频监测,RF故障检测,RF同步,VSWR切换及相位同步切换(IQM电路在本板中不用)。它还包括TCU RF开关及接口电路,板中RF输出至驱动合成母板,并由它转接至缓冲放大板。
2.接口板电路组成及说明
(1)外射频输入电路。
与DX晶振源电路相同,给PB提供基本工作条件,对TCU终端RF驱动源起保护作用。
(2)射频同步开关和输出驱动。
从外RF接口板上输出的RF信号需通过RF同步开关电路,U15把由J5正常输入的RF信号转接至PB驱动链中,成为驱动电路中的RF驱动信号,由J7送发射机RF驱动信号至驱动合成母板。当PB有VSWR时,同步开关被有效切换并延时350 ns,在此期间由从输出网络T4取样来的一个相位补偿RF电流同步取样信号来驱动缓冲放大器。
(3)射频同步电路。
功能是可进行本机调整数字延时线,以便于外RF与合成电流取样信号同步,由反馈回来的合成电流同步取样信号驱动RF,供给PB,这可有效与外RF在相位上同步,在VSWR状态下保护功放模板免受损坏。这种电路可安全地阻尼RF放大电路中的VSWR,直至其消除。
(4)射频同步检测。
用一个检测器来检测RF同步信号,它将根据外RF信号和数字相位调整输出的RF同步信号,由于两者间存在相位差,便产生一相关电平输出,这种输出只是经过001板,001板工作时不用在001板中,但提供一有效测试点TP11,用来检测RF同步故障。
(5)外射频同步检测复位电路。
同步检测器需从同步检测复位电路中送来一个+5VB电源供其正常工作,工作条件是当且仅当有外RF信号时,这个电路有助于锁定两路信号,可有效防止错误同步复位。
(6)频率监测输出。
本电路驱动外RF输入至J6(BNC头连接器),用于辅助RF测试和故障检测。
(7)射频输出检测器和射频故障检测器。
本电路监测PB的发射机驱动RF输出,传感RF晶振,并比较产生一恒定门限电平,在故障状态下将点亮对应的LED指示灯,输出“RF源故障逻辑低电平”信号至终端发射机接口板,另外J11-3还转接传送由电源故障检测器送来的“RF源故障信号”。
(8)电源故障检测。
本电路检测+/-5VDC,+/-15VDC稳压电源,当任一路稳压电源降至标称值的10%以下时,输出的信号作为“RF源故障逻辑低电平”信号送到终端发射机接口板,并点亮对应LED指示。
(9)IQM校正电路。
在放大处理RF驱动信号时,存在因器件非线性失真而引发RF驱动信号相位漂移的情况,IQM电路给予有效补偿校正。
二、射频驱动部分——结构组成框图与说明
射频驱动部分由缓冲放大器、预驱动级、预驱动级调谐、预驱动分配器、射频驱动级、射频驱动级合成器、射频驱动级调谐、射频驱动分配器、射频功率放大器等组成。
射频驱动器部分结构组成框图如图1-7所示。
1.缓冲放大器
功能:用于缓冲和推挽放大RF信号,RF信号从外RF接口板上输出并送到母板上的缓冲放大器作为射频输入,由缓冲放大器输出的RF信号驱动预驱动板上A/B两路预驱动部分,所有连接器和从缓冲放大器来的作为缓放故障传感电路均在预驱动合成母板上。缓冲放大器将射频接口板输出的TTL电平放大到近20Vpp值。
(1)缓冲放大器结构组成。
缓冲放大板上有两套独立电路部分,每部分A/B均可有效地驱动RF信号,并送到预驱动对应部分,每部分有两个放大等级,当由外RF接口板送来的4~4.5VDC峰值RF信号,经变压器T1/T2、初/次级变换,再经D类推挽放大,再经滤波驱动为对应预驱动部分。
(2)电源。
由低压电源板来的一路20~45 VDC缓冲电源经1R2电压调整,稳压在+15VDC,用于缓冲和提供直接的推挽放大。从驱动电源来的+125VDC经1R1进行电压调整,送到缓冲板上,经预驱动保险F1/F2(4 A)送到预驱动摸板,在任何时候,仅有一半预驱动直流电压,这由驱动编码板上S1和驱动母板上的K1决定。
2.预驱动放大器
功能:预驱动模板,用于放大缓冲放大器的RF输出信号并给驱动板D1-D14提供RF驱动,驱动模板包括预驱动模板也是插入式模板,并可与RF放大板互换使用。
(1)预驱动切换。
预驱动模板用于单路或半路工作方式,即放大器在任一时间仅有一半在工作,每半边预驱动接收由缓放来的半路RF驱动信号,预驱动RF输出经预驱动调谐板再到预驱动RF分配板A46,由它馈送RF驱动信号给D1-D14驱动板。
(2)预驱动电源。
图1-7 射频驱动器部分(www.daowen.com)
由驱动电源分接一路来的+125VDC电源经1R1预驱动电压调整,调整范围为+90至+125VDC,机器实际调至105VDC,作为预驱动电源送到驱动合成母板并转接到缓冲放大器上,其中有保险和保险故障指示,这样有助于预驱动模板与RF放大板互换使用,而无需再更换保险。
预驱动电压,电流仪表取样来自于驱动合成母板,可由RF多用表来监测。
3.预驱动级的调谐与波段选择
预驱动级的射频输出通过一个串联调谐的电感和电容网络传送到预驱动级分配器的变压器初级绕组上。电感和电容的数值由射频频率决定,其中电容的值由预驱动级波段选择板上的开关来选取。
4.预驱动分配器和驱动器驱动电缆
预驱动分配器上变压器的次级对射频信号进行分配,并驱动下级14个驱动放大器(D1-D14)。在分配器的外部有4个与驱动器驱动电缆连接的连接器,这些电缆的另一端连接在驱动器合成器母板上。
5.射频驱动器
功能:驱动器D1-D14用于放大预驱动射频(RF)输出并给所有大台阶和二进制射频(RF)放大器提供射频(RF)驱动,这些驱动放大器也为插入式模板,可与大台阶和二进制预驱动模板互换使用。
根据驱动器编码板上的跳线,决定D1到D10驱动器的使用数量。根据驱动器编码板AGC控制信号,决定AGC驱动器(D11-D14)的使用数量。通过改变驱动器的开通数量,来调节驱动器编码器对220块大台阶和4块小台阶射频放大器的射频驱动电平。
6.射频驱动器合成器
射频驱动放大器将输入射频信号进一步放大后,将输出信号回馈给自己对应的铁氧体磁环功率合成变压器的初级,次级为一铜棒。当次级通过一个合成变压器接到下一级时,合成变压器次级就将驱动器输出的射频电压进行累加。在次级铜棒的地端,射频电压很低或者为零,沿着射频分配器的通路方向电压逐渐增高。
7.驱动器调谐与T1变压器
驱动调谐通路可变电感和电容使合成铜棒处于谐振状态,环状磁芯变压器T1根据不同的频率,对驱动器发来的射频激励信号起到补偿或者降低的功能。
8.驱动分配器和驱动电缆
射频网络分配器的作用是将驱动合成器的合成输出信号进行分配,为每一个大台阶和二进制射频放大器提供合适的驱动电平。
合成器分配板有J1至J28共28个连接器,它们用来提供448个输出端,224个大台阶和二进制射频放大器的每个桥路的半边均有1个。每个连接器提供二组各8条同轴电缆的连接,每个连接器出来的16条同轴电缆,形成两束接到大台阶和二进制合成器母板的输入端。
9.射频放大器(见附录2图5)
(1)功能说明。
PB200发射机总共有239块RF功率放大器模板,每块模板构造相同,可互相代替,均为插接件,模板中包括:D级开关MOS管、主RF驱动变压器(耦合器),开通或关断控制开关,模板电缆联锁或保险故障检测器。
a:预驱动放大器PD1,用于功率放大缓冲放大器RF输出,并对驱动放大器D1-D14提供RF驱动。
b:驱动放大器D1-D14,用于功率放大预驱动放大器RF输出,并对大台阶RF放大器、二进制台阶放大器4块提供RF驱动。
c:二进制台阶放大器B9-B12,用于生成部分RF输出信号,进行阶梯补偿。
d:大台阶RF放大器RF1-RF220,用于生成主要RF输出信号。
(2)方框图与说明。
射频放大器模板工作在D级开关H桥式状态,如图1-8所示。
图1-8 射频放大器结构组成方框图
(3)射频驱动。
两个独立的等幅同相RF驱动正弦波信号进入模板,提供给两路,分别送到RF耦合变压器,经耦合输出馈送到一侧的两个MOS开关,每个耦合变压器提供相位差180°(两路输出)。
(4)MOS开关。
RF放大器模块有两套独立电路,为A、B两部分,A部分有一对MOS开关Q1/Q3(源极接功放电源),Q5/Q7(源极接地),每个开关由并列的两个MOS管组成,通过这一对MOS开关连接功放电源到地,B部分与A部分相同,Q2/Q4(源极接功放电源),Q6/Q8(源极通地),A、B两部分RF功率输出相位差180°(通过主合成变压器初级线圈连通,这种电路结构叫四边形桥式电路,每对MOS开关由RF耦合变压器提供的RF相位信号交替驱动使其处于饱和导通或截止状态,类似一个开关。MOS管需要一个合适的电压加在栅极上作为开通有效电平,在RF信号一个完整周期内,这对MOS开关中有一个开关处于饱和导通状态,另一个开关处于截止状态。如图1-8,在RF驱动信号前半个周期内,如左部分,上部开关接通,下部开关截止关断,在右部分中,上部开关关断,下部开关接通。在RF驱动信号后半个周期内,左上部开关关断,左下部开关接通,右上部开关接通,右下部开关关断,右、左两部分RF功率输出信号通过主合成变压器,随RF频率变化,交替输出0VDC。功放电压对于放大器是H桥式结构。通过主合成变压器的功放电压其有效电压为电源电压的2倍。
(5)开通或关断控制开关。
开或关控制信号从调制编码板发来,送到控制开关下部两个MOS开关(A、B部分下部均有一个受控MOS开关),作为驱动信号控制两个MOS开关开通通地(A部分为Q5/Q7,B部分为Q6/Q8),当开或关信号为逻辑高电平时,控制开关开通,驱动下部两个MOS开关处于关断状态,因而RF放大器处于关断状态;当开或关控制信号为低电平时,控制开关关断,驱动下部两个MOS开关处于开通状态,因而RF放大器处于开通工作状态。
(6)电缆联锁。
在RF放大器印刷电路板插接部分边缘又对应两种,其内部为短接线,专门传送模板或电缆联锁信号,当RF放大器模块从母板卡座取下或插接部分与卡座接触不良,闭锁信号处于关断状态,对应模板或电缆联锁板检测电路给出一个联锁故障信号,给出指示并且禁止PB开机。
(7)保险开路检测。
RF放大器模块上对RF驱动保险和功放电源保险均有相应保险开路检测电路,当保险开路时,电缆联锁线上有一个比正常值低的电平,它有效激发保险故障检测电路,同时通过对这两部分设定保险保护,可有效保护PB上与之相关的电路及器件。
10.功率合成器
13个主射频功率合成器和1个二进制射频功率合成器构成了整个功放单元的功率合成器,每个射频功率放大器大台阶和二进制小台阶的输出馈给各自的合成器变压器,所有的输出被相加在一起后被送到输出匹配网络。
三、输出匹配网络
输出匹配网络将射频功率合成器的输出阻抗从大约8Ω转换到42Ω。输出匹配网络是由一个组合式带通滤波器和“L”型匹配网络组成的。其中,带通滤波器具有滤波器和阻抗匹配网络的双重功能,可滤除功放输出中的小台阶、谐波和杂散信号。
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