一种用于微波功率模块的控制保护模块的制作方法

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种可在电真空放大器和固态放大器上通用的控制保护模块。

背景技术：

用于微波功率模块(mpm)的控制保护模块是专门针对mpm使用的控制、保护模块。在mpm中，高功率放大器采用了行波管方案，由于行波管使用的是脉冲工作方式，而控制行波管工作的浮动调制器的脉冲信号就是经由控制保护模块给出。因此行波管能否正常工作，与控制保护模块对脉冲信号的检测和生成息息相关。

现有控制保护模块包括了很多单元，如电源单元、控制单元、脉冲单元等，与脉冲信号相关的为脉冲单元。由于脉冲信号是外部输入，传统的控制保护模块仅仅是对外部输入的脉冲信号进行简单的整形后就发送给调制器，对脉冲信号的内容一概不知。一旦发送到控制保护模块的脉冲信号不正确，就会造成行波管打火，甚至有损坏器件的可能性。

调制器和固态功率放大器(ssa)是相互配合来实现行波管工作的。但是，如果调制器与固态功率放大器的工作脉冲一致，根据行波管特性，会使行波管输出的功率检波波形的前后沿等指标降低，可能会使行波管输出检波波形发生震荡，甚至有打火和损坏器件的可能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种用于微波功率模块的控制保护模块，可以防止行波管由于脉冲信号不正确而造成的打火现象发生，并能够提高行波管输出的检波波形指标。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于微波功率模块的控制保护模块，包括脉冲检测单元和脉冲生成单元；所述脉冲检测单元用于识别输入脉冲信号的脉宽和重频，按照行波管工作特性需求发出保护使能信号；所述脉冲生成单元根据输入脉冲信号生成相互嵌套的调制器脉冲和固态功率放大器脉冲，分别作为调制器和固态功率放大器的输入脉冲信号，同时，脉冲生成单元根据保护使能信号决定是否将所述相互嵌套的调制器脉冲和固态功率放大器脉冲输出给调制器和固态功率放大器。

进一步，所述脉冲检测单元和脉冲生成单元均在fpga中实现。

进一步，所述脉冲检测单元包括脉冲信号隔离模块、脉冲信号整形模块、脉冲信号分离模块和工作比计算模块组成；所述脉冲信号隔离模块和脉冲信号整形模块依次对输入脉冲信号进行数模隔离和整形后送至脉冲信号分离模块；所述脉冲信号分离模块包括正脉宽计算电路和负脉宽计算电路；正脉宽计算电路用于计算出输入脉冲信号的正脉宽时间；负脉宽计算电路用于计算出输入脉冲信号的负脉宽时间；所述工作比计算模块根据所述正脉宽时间和负脉宽时间计算出输入脉冲信号的工作比，同时按照行波管的工作需求发送保护使能信号给脉冲生成单元；当超过规定的工作比时，工作比计算模块发送禁止信号，当在工作比范围时，工作比计算模块发送使能信号。

进一步，所述脉冲生成单元包括脉冲生成模块以及脉冲整形和隔离模块；所述脉冲生成模块根据输入脉冲信号生成相互嵌套的调制器脉冲和固态功率放大器脉冲，并根据使能信号输出调制器脉冲和固态功率放大器脉冲；所述脉冲整形和隔离模块对调制器脉冲和固态功率放大器脉冲进行整形和数模隔离后再分别输出给调制器和固态功率放大器。

进一步，脉冲生成模块包括第一脉冲展宽电路和第二脉冲展宽电路；所述第一脉冲展宽电路按照前沿延时时间对输入脉冲信号进行展宽获得内部基准脉冲；第二脉冲展宽电路根据内部基准脉冲分别生成调制器脉冲和固态功率放大器脉冲；第二脉冲展宽电路以内部基准脉冲前沿为触发条件成生成调制器脉冲，调制器脉冲的后沿在内部基准脉冲后沿的基础上按照后沿延时时间进行展宽；第二脉冲展宽电路按照前沿延时时间在内部基准脉冲前沿的基础上进行延时后再触发生成固态功率放大器脉冲，固态功率放大器脉冲后延以内部基准脉冲的后沿为触发条件同时触发。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)通过对外部脉冲信号正脉宽和负脉宽的计算，在知道外部脉冲工作比的情况下，能够按照行波管工作特性来设置具体的工作比保护门限，使行波管在正常的工作比范围内内工作，可以对输入错误脉冲信号和输入脉冲信号受到干扰而造成信号畸变进行检测，而防止行波管由于脉冲信号不正确造成的打火，以起到保护的作用；(2)根据脉冲行波管的工作特性，按照输入的脉冲信号生成的两个相互嵌套的脉冲，分别送至调制器和固态功率放大器，能够提高行波管输出的检波波形指标，使行波管工作在最佳状态；(3)脉冲检测单元和脉冲生成单元都在fpga硬核中实现，采用vhdl语言编写，能在几个脉冲期间计算出脉冲信号的脉宽和重频，并且能够实时输出调制器和固态功率放大器需要的脉冲信号，能够保证系统的响应速度快；(4)由于脉冲检测单元和脉冲生成单元主要都是在fpga中实现，因此脉冲检测单元和脉冲生成单元可以使用同一个保护、整形和隔离电路，以达到不增加电路的基础上，同时脉冲检测和脉冲生成的功能。

附图说明

图1为脉冲信号分离模块示意图。

图2为工作比计算模块示意图。

图3为脉冲生成模块示意图。

图4为生成两个相互嵌套脉冲的示意图。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明用于微波功率模块的控制保护模块的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

本发明在微波功率模块的控制保护模块中加入脉冲检测单元和脉冲生成单元。脉冲检测单元用于识别输入脉冲信号的脉宽和重频，按照行波管工作特性需求发出保护使能信号；脉冲生成单元根据输入脉冲信号生成两路相互嵌套的脉冲，即调制器脉冲和固态功率放大器脉冲，分别作为调制器和固态功率放大器的输入脉冲信号，同时，脉冲生成单元根据保护使能信号决定是否将所述两路相互嵌套的脉冲信号输出给调制器和固态功率放大器。两路相互嵌套的脉冲信号的延时可根据需求任意调节，以保证行波管输出功率检波波形的前后沿等指标达到要求。脉冲检测单元和脉冲生成单元都在fpga硬核中实现。

脉冲检测单元由脉冲信号隔离模块、整形模块、脉冲信号分离模块和工作比计算模块组成。其中，

脉冲信号隔离模块、整形模块依次对输入脉冲信号进行数模隔离和整形后送至脉冲信号分离模块。结合图1，脉冲信号分离模块包括正脉宽计算电路和负脉宽计算电路。正脉宽计算电路用于计算出输入脉冲信号高电平的时间，即正脉宽时间；负脉宽计算电路用于计算出输入脉冲信号低电平的时间，即负脉宽时间。在脉冲信号分离模块计算完输入脉冲信号的正脉宽和负脉宽时间后，将脉宽时间数据发送给工作比计算模块。

结合图2，工作比计算模块计算出输入脉冲信号的工作比，同时按照行波管的工作需求发送保护使能信号给脉冲生成单元，保护使能信号包括禁止信号和使能信号。当超过规定的工作比时，工作比计算模块输出禁止信号(此时使能信号为低电平)，当在工作比范围时，工作比计算模块输出使能信号(此时使能信号为高电平)。脉冲生成单元根据使能信号判断是否将生成的两个相互嵌套的脉冲信号输出。

脉冲生成单元由脉冲生成模块以及脉冲整形和隔离模块组成。脉冲生成模块将输入的脉冲信号生成为两个相互嵌套的脉冲信号。然后根据使能信号，来判断是否输出脉冲信号。当使能信号为低电平时，不输出相互嵌套的脉冲信号，当使能信号为高电平时，输出相互嵌套的脉冲信号。脉冲整形和隔离模块对这两个相互嵌套的脉冲信号进行整形和数模隔离后再分别输出给调制器和固态功率放大器。

行波管正常工作时其输出的检波信号的脉冲应该与输入脉冲信号保持一致。按照行波管工作特性，行波管输出检波信号与固态功率放大器信号基本一致，因此在脉冲生成单元输出的两路脉冲中，输出给固态功率放大器脉冲要与输入脉冲一致，而调制器脉冲需要适当展宽。

结合图3，脉冲生成模块由两个脉冲展宽电路共同组成。结合图4，外部脉冲信号输入到脉冲生成模块时，首先由第一个脉冲展宽电路对其进行展宽，展宽后生成一个内部基准脉冲。在第一个脉冲展宽模电路中，假设展宽的宽度为“前沿延时时间”，则“前沿延时时间”就是调制器脉冲和固态功率放大器脉冲前沿的延时。

第一个脉冲展宽电路生成的内部基准脉冲，作为第二个脉冲展宽电路的输入。第二个脉冲展宽电路共输出两个脉冲：调制器脉冲和固态功率放大器脉冲。结合图4，调制器脉冲以内部基准脉冲前沿为触发条件，与内部基准脉冲同时触发，其后沿在内部基准脉冲后沿的基础上进行适当的展宽，展宽宽度为“后沿延时时间”，“后沿延时时间”就是调制器脉冲和固态功率放大器脉冲后沿的延时。固态功率放大器脉冲在内部基准脉冲前沿的基础上，进行适当延时后再触发，延时时间为“前沿延时时间”，“前沿延时时间”就是调制器脉冲和固态功率放大器脉冲前沿的延时时间，固态功率放大器脉冲的后沿以内部基准脉冲的后沿为触发条件，同时触发。这样就生成了两个相互嵌套的调制器脉冲和固态功率放大器脉冲。这两个脉冲中，调制器脉冲在外部输入脉冲的基础上进行了展宽，而固态功率放大器，脉冲与外部输入脉冲抑制，并且两个嵌套脉冲的前后沿延时时间均可调。