[发明专利]一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构及控制方法

说明书

本发明公开了一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构，它包括控制器U1、LLC谐振电路、采样和保护电路和TR组件；所述控制器U1分别与LLC谐振电路和TR组件连接进行统一控制，所述采样和保护电路分别与所述控制器U1、LLC谐振电路和TR组件连接，实现电流电压的检测和限流过压保护。通过将传统射频电源管理芯片和TR组件控制芯片调整为同一的FPGA，同时对TR组件和LLC谐振电路统一控制，便于FPGA针对负载加载时间和时长实施更加智能的控制，同时避免了数字电路响应慢的缺点；可移植性强，针对不同的天线雷达阵列的供电，可以通过调整软件参数不需要更改硬件电路，可为后续电源和控制实现集成化。

技术领域

本发明涉及相控阵雷达技术领域，尤其涉及一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构及控制方法。

背景技术

有源相控阵天线设计的核心是T/R组件。T/R组件设计考虑的主要因素有：不同形式集成电路的个数，功率输出的高低，接收的噪声系数大小，幅度和相位控制的精度。一个T/R模块的基本芯片设置包括了3个MMIC组件和1个数字大规模集成电路(VLSI)。

理想情况下，所有模块的电路需要集成到一个芯片上，在过去的几十年，大家也都在为这个目标而努力。然而，由于系统对不同功能单元需求的差别，现有的工程技术在系统性能与实现难度上进行了折衷的考虑，因此普遍的做法是将电路按功能进行了分类，然后放置于不同的芯片上，再通过混合的微电路进行连接。而其中PA功率放大器目前市场主要器件为第二代工艺GaAs，其主要的特点为供电电压5-8V,单个PA的功率普遍在10W以下。随着第三代半导体技术GaN的日趋成熟，GaN半导体MMIC将在有源相控阵领域逐渐取代GaAs器件。由于相较于GaAs的5-8V的工作电压，GaN的工作电压可以达到28V-50V，供电电压的上升，相较于以前输出小电压大电流的电源供电场合，可以供选择的电源拓扑变得更加广泛。

在工业领域DCDC开关变换电路尤以LLC谐振回路最为热门，因为LLC谐振回路能够实现MOS管的软开通以及副边二极管的零电流关断，系统效率提高的同时能够提高系统的可靠性；能够减少对外的EMI辐射水平，使得EMC设计更加容易；因为输出本身为正弦波所以输出不需要加滤波电感；同时，由于本身LLC为隔离电路，能够更好的将输入和射频电源隔离起来。早期的GaAs器件，由于供电电压很小，所以输出电流非常大。如果使用LLC电路，输出电流过大的话会出现由于输出钽电容或者电解电容的内阻在纹波电流下发热过大，增加了系统的不可靠性。不得不增加大量的输出电容，使得射频电源的供电电路过于庞大。所以，早期的GaAs器件的PA放大器供电一般采用的是移相全桥的拓扑，而移相全桥拓扑的电源结构缺点有：轻载时工作在非软开关模式效率较低；副边二极管不能实现零电流关断且容易出现电压震荡；占空比容易丢失。

除了变换器的拓扑外，在控制方案上面大功率的电源目前市场也在朝着数字化发展。小功率的DCDC开关电源主要还是模拟的PMIC芯片占主导地位。大功率电源数字化的主要原因在于控制更加智能化，像机场助航灯动则30KW的功率，也已经慢慢切换到数字电源；水利水电的操作电源由原来的模拟电路慢慢过渡到数字电源。在有源相控阵雷达领域，射频电源做的比较好的VICOR，实际使用过程中，还是会存在一些可靠性问题。以前的有源相控阵雷达的射频供电和移相器的数字控制处理器(VLSI)是两个完全不相干的电路。主要的供电方式和传统的UPS供电一致，射频供电电源根据输出电压或者电流的变化进行调节。针对新的半导体技术特点和供电智能化的需求，提出了新的雷达TR组件供电控制架构，并提出了相关的控制策略满足TR组件对射频供电的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种中大功率有源相控阵雷达TR组件供电电路结构及控制方法，解决了传统相控阵雷达TR组件供电方法存在的缺陷。