声纳pwm脉宽调制发射电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种声纳PWM脉宽调制发射电路，其将输入的信号源信号处理后输出给换能器，所述信号源信号频率为6～9kHz，由电源为声纳PWM脉宽调制发射电路供电，其包括功率放大电路、低通滤波电路和匹配电路，且功率放大电路、低通滤波电路和匹配电路依次串接。其采用的SA12功率放大器是PWM功率放大器，将模拟信号转换成占空比可调的开关信号，仅仅通过改变信号的占空比就能获得连续变化的经滤波后的输出电平。因此它的工作效率比纯线性功放要高许多。电路能发射各种频率的编码调相信号，较好的抑制混响、抗干扰和完成战术通讯联系工作。
【专利说明】声纳PWM脉宽调制发射电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及声纳发射电路，特别涉及一种声纳PWM脉宽调制发射电路。
【背景技术】
[0002]声纳是利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信号处理，完成水下目标探测和通讯任务的设备。声纳发射电路产生电信号，再通过安放在水中的发射换能器变换成声信号辐射出去。声波在水中传播遇到物体会产生反射信号，根据声波往返的时间及其在所测区域水中的传播速度，探测出换能器到反射目标的直线距离。
[0003]混响是声纳发射的声波在海面、海底、海水中散射而返回到接收器的很多微弱声波的迭加，是声纳的主要背景干扰。传统声纳发射电路为开关功放电路，能发射单频和调频信号。抑制混响能力较差。在现代化声纳中，为了有效地实现一系列战技要求，信号形式也越来越复杂。传统线性功率放大发射电路已经无法满足要求。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:为了解决声纳发射电路中抑制混响、抗干扰和完成战术通讯联系工作的问题，本发明提供一种声纳PWM脉宽调制发射电路，来解决上述问题。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种声纳PWM脉宽调制发射电路，其将输入的信号源信号处理后输出给换能器，所述信号源信号频率为6?9kHz，由电源为声纳PWM脉宽调制发射电路供电，其包括功率放大电路、低通滤波电路和匹配电路，且功率放大电路、低通滤波电路和匹配电路依次串接。
[0006]其中，所述功率放大电路包括SA12功率放大器，SA12功率放大器是一种脉宽调制型运算放大器，其集成有电压放大模块、三角波发生器、比较器、脉冲整形电路和H桥电路，SA12功率放大器将接收到的信号源信号，经电压放大模块放大后与三角波发生器产生的三角波比较，通过脉冲整形电路形成200kHz脉冲驱动信号给H桥电路四个开关管发射；所述低通滤波电路将功率放大电路输出的200kHz大功率信号转化为6?9kHz的大功率信号输出；所述匹配电路通过阻抗匹配将低通滤波电路输出的6?9kHz的大功率信号加载到换能器上，形成声纳发射声波。
[0007]进一步优选的，所述SA12功率放大器包括12个I/O端口，分别为I/O端口一一I/O端口十二，I/O端口三接入信号源信号，I/O端口八和I/O端口i^一输出大功率信号，I/O端口九接入+120V的直流高压电源，I/O端口十接入+15V的直流低压电源。
[0008]进一步优选的，所述功率放大电路还包括隔离变压器和电容一，隔离变压器和电容一装设在输入端三之前，隔离变压器为1:1隔离变压器，电容一电容为0.01UF。
[0009]进一步优选的，所述功率放大电路还包括与直流低压电源连接的电容三，与直流高压电源连接的电容四，电容四上还并联一个电容五，电容三、电容四和电容五电容分别为
0.1uFU.0uF 和 10uF。
[0010]进一步优选的，所述功率放大电路还包括电阻一、电阻二、电阻三和二极管，所述I/O端口七与I/O端口十二短接后与电阻三串联后接地，I/O端口六与电阻一和电阻二串联后与I/O端口七和I/O端口十二的短接处连接，恢复脉冲信号与二极管正接后接入电阻一和电阻二之间。
[0011 ] 进一步优选的，所述低通滤波电路由电感一、电感二和电容六构成。
[0012]进一步优选的，所述匹配电路由升压输出变压器、电感三和电容七构成，电感三和电容七串联。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014]1.声纳PWM脉宽调制发射电路采用的SA12功率放大器是PWM功率放大器。SA12功率放大器将模拟信号转换成占空比可调的开关信号，随着输出电压的提高，开关置于开的时间也会随之增加。在开关频率的一个周期内将会发生一次开关动作。在这种工作方式下，损耗只是开关导通电阻于电感上的电阻之和。对PWM放大器，输出要么接近电源电压，要么接近于零。仅仅通过改变信号的占空比就能获得连续变化的经滤波后的输出电平。因此它的工作效率比纯线性功放要高许多。电路能发射各种频率的编码调相信号，较好的抑制混响、抗干扰和完成战术通讯联系工作。
[0015]2.由于采用匹配电路，使得换能器负载成纯阻状态，减少了无用功耗。能在较小电压下实现比较大的发射电功率，从而明显降低了功率电源的电压，增加了安全性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0017]图1是本发明声纳PWM脉宽调制发射电路系统框图。
[0018]图2是SA12功率放大器NI工作原理框图。
[0019]图3是功率放大电路100的电路图。
[0020]图4是低通滤波电路200的电路图。
[0021]图5是匹配电路300的电路图。
【具体实施方式】
[0022]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0023]作为本发明的实施例，如图1所示，本发明所述声纳PWM脉宽调制发射电路，其将输入的信号源信号处理后输出给换能器，所述信号源信号频率为6?9kHz，由电源为声纳PWM脉宽调制发射电路供电，包括功率放大电路100、低通滤波电路200和匹配电路300，且功率放大电路100、低通滤波电路200和匹配电路300依次串接。
[0024]其中，如图2-3所示，所述功率放大电路100包括SA12功率放大器NI，SA12功率放大器NI是一种脉宽调制型运算放大器，其集成有电压放大模块、三角波发生器、比较器、脉冲整形电路和H桥电路，SA12功率放大器NI将接收到的信号源信号，经电压放大模块放大后与三角波发生器产生的三角波比较，通过脉冲整形电路形成200kHz脉冲驱动信号给H桥电路四个开关管发射。SA12功率放大器NI能为负载提供3kW的传递功率，内部的400kHz振荡器不需要和外界连接。时钟输入级将振荡频率2分频，以提供基本的200kHz开关频率。电流传感器可以为每一个半桥电路提供幅度和方向数据。关断输入端能够关闭H桥电路的四个驱动管。H桥输出级的MOSFET管因其上有结点温度传感器所以具有过热保护。
[0025]所述低通滤波电路200将功率放大电路100输出的200kHz大功率信号转化为6?9kHz的大功率信号输出；所述匹配电路300通过阻抗匹配将低通滤波电路(200)输出的6?9kHz的大功率信号加载到换能器上,形成声纳发射声波。
[0026]所述功率放大电路100包括SA12功率放大器NI，如图3所示，所述SA12功率放大器NI包括12个I/O端口，分别为I/O端口一 I—I/O端口十二 12，I/O端口三3接入信号源信号，I/O端口八8和I/O端口i^一 11输出大功率信号，I/O端口九9接入+120V的直流高压电源Vs，I/O端口十10接入+15V的直流低压电源VCC。所述功率放大电路100还包括隔离变压器BI和电容一 Cl，隔离变压器BI和电容一 Cl装设在输入端三3之前。隔离变压器(BI)为1:1隔离变压器，能够隔离信号源和功率放大电路，防止大功率发射时对信号源的干扰。电容一 Cl电容为0.0luF，起滤波和抗干扰作用。
[0027]为了确保电源工作正常，防止有可能导致工作效率降低甚至输出端发生鸣叫的情况发生。所述功率放大电路100还包括与直流低压电源VCC连接的电容三C3，与直流高压电源Vs连接的电容四C4，电容四C4上还并联一个电容五C5，电容三C3、电容四C4和电容五C5电容分别为0.1uF、1.0uF和100uF。电容四C4和电容五C5直接和电源管脚相连，减少引线过长造成输出振荡。
[0028]所述I/O端口七7与I/O端口十二 12为两个负载电流感应端，所述I/O端口七7与I/O端口十二 12短接后与电阻三R3串联。为了避免由引脚过长而导致误差的产生，电阻三R3接地。当I/O端口七7与I/O端口十二 12测出电流超标，SA12功率放大器NI内部H桥关闭，发射电路不工作。I/O端口六6与电阻一 Rl和电阻二 R2串联后与I/O端口七7和I/O端口十二 12的短接处连接。恢复脉冲信号与二极管Dl正接后接入电阻一 Rl和电阻二 R2之间，能使SA12功率放大器NI重新工作。
[0029]低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。如图4所示，本发明所述低通滤波电路200由电感一 L1、电感二 L2和电容六C6构成。SA12功率放大器NI输出的200kHz大功率信号经过电感一 L1、电感二 L2和电容六C6组成的低通滤波器，利用电感电容充放电效应在负载上获得大功率频率6?9kHz信号。电感一 L1、电感二 L2为了防止其磁饱和，选用空心电感，并用环氧封装。
[0030]如图5所示，本发明所述匹配电路300由升压输出变压器B2、电感三L3和电容七C7构成，电感三L3和电容七C7串联。升压输出变压器B2的变比1.6?1.75，能在较小电压下实现比较大的发射电功率，从而降低了功率电源的电压，增加设备可靠性。升压输出变压器B2隔离也能防止换能器短路而引起设备损坏。电感三L3和电容七C7组成串联匹配电路调节换能器阻抗，使发射负载尽量接近纯阻状态，减少无功分量，保证换能器获得最大的电功率。
[0031]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【权利要求】
1.声纳PWM脉宽调制发射电路，其将输入的信号源信号处理后输出给换能器，所述信号源信号频率为6?9kHz，由电源为声纳PWM脉宽调制发射电路供电，其特征在于:包括功率放大电路(100)、低通滤波电路(200)和匹配电路(300)，且功率放大电路(100)、低通滤波电路(200)和匹配电路(300)依次串接，其中， 所述功率放大电路(100)包括SA12功率放大器(NI)，SA12功率放大器(NI)是一种脉宽调制型运算放大器，其集成有电压放大模块、三角波发生器、比较器、脉冲整形电路和H桥电路，SA12功率放大器(NI)将接收到的信号源信号,经电压放大模块放大后与三角波发生器产生的三角波比较，通过脉冲整形电路形成200kHz脉冲驱动信号给H桥电路四个开关管发身寸; 所述低通滤波电路(200)将功率放大电路(100)输出的200kHz大功率信号转化为6?9kHz的大功率信号输出； 所述匹配电路(300)通过阻抗匹配将低通滤波电路(200)输出的6?9kHz的大功率信号加载到换能器上，形成声纳发射声波。
2.根据权利要求1所述的声纳PWM脉宽调制发射电路，其特征在于:所述SA12功率放大器(NI)包括12个I/O端口，分别为I/O端口一(I) 一 I/O端口十二(12)，1/0端口三(3)接入信号源信号，I/O端口八(8)和I/O端口 i^一 (11)输出大功率信号，I/O端口九(9)接Λ +120V的直流高压电源(Vs)，I/O端口十(10)接入+15V的直流低压电源(VCC)。
3.根据权利要求2所述的声纳PWM脉宽调制发射电路，其特征在于:所述功率放大电路(100)还包括隔离变压器(BI)和电容一(Cl)，隔离变压器(BI)和电容一(Cl)装设在输入端三(3)之前，隔离变压器(BI)为1:1隔离变压器，电容一(Cl)电容为0.0luF。
4.根据权利要求2所述的声纳PWM脉宽调制发射电路，其特征在于:所述功率放大电路(100)还包括与直流低压电源(VCC)连接的电容三(C3)，与直流高压电源(Vs)连接的电容四(C4)，电容四(C4)上还并联一个电容五(C5)，电容三(C3)、电容四(C4)和电容五(C5)电容分别为0.1uFU.0uF和10uF。
5.根据权利要求2所述的声纳PWM脉宽调制发射电路，其特征在于:所述功率放大电路(100 )还包括电阻一(Rl)、电阻二( R2 )、电阻三(R3 )和二极管(DI)，所述I/0端口七(7)与I/O端口十二(12)短接后与电阻三(R3)串联后接地，I/O端口六(6)与电阻一(Rl)和电阻二(R2)串联后与I/O端口七(7)和I/O端口十二(12)的短接处连接，恢复脉冲信号与二极管(Dl)正接后接入电阻一(Rl)和电阻二(R2)之间。
6.根据权利要求1所述的声纳PWM脉宽调制发射电路，其特征在于:所述低通滤波电路(200)由电感一(LI)、电感二(L2)和电容六(C6)构成。
7.根据权利要求1所述的声纳PWM脉宽调制发射电路，其特征在于:所述匹配电路(300)由升压输出变压器(B2)、电感三(L3)和电容七(C7)构成，电感三(L3)和电容七(C7)串联。
【文档编号】H03K7/08GK104267391SQ201410467207
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】李金保, 朱渝宏 申请人:海鹰企业集团有限责任公司