一种实现高速切换的收发电路的制作方法

1.本技术涉及雷达技术领域，尤其是涉及一种实现高速切换的收发电路。


背景技术：

2.相控阵雷达中收发电路通常采用分时体制，当收发电路接收信号时，会关闭发射通道放大器的电源；当收发电路发射信号时，会关闭接收通道放大器的电源，以此来提高接收通道和发射通道之间的隔离度；否则，很容易引起收发电路环路自激，导致收发电路乃至雷达系统不能正常工作。
3.关闭收发电路中放大器的电源，需要对放大器的漏极或栅极进行调制，来实现放大器漏极或栅极工作电压的开启和关断。通常，对放大器进行漏极调制方案，是在漏极电源通路上引入功率pmos调制开关电路，对放大器进行栅极调制方案，是在栅极电源通路上引入ttl驱动电路。这里，pmos是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的mos管。ttl（transistor-transistor-logic）驱动电路是一种晶体管-晶体管逻辑电路，属于数字集成电路的一大门类，采用双极型工艺制造，具有高速度和品种多等特点。
4.目前，相控阵雷达的收发电路中常用漏极调制方案电路如附图1所示，是放大器正常工作时的栅极电源，是放大器正常工作时的漏极电源，是控制功率pmos晶体管的使能电源；通过切换电压来控制功率pmos晶体管的开启与关断，当功率pmos晶体管关断时，与放大器断开，放大器停止工作；当功率pmos晶体管开启时，与放大器连接，放大器开始工作。
5.相控阵雷达的收发电路中常用栅极调制方案电路如附图2所示，是放大器正常工作时的栅极电源，是放大器正常工作时的漏极电源，是ttl驱动电路的外部电源，是ttl驱动电路的控制电源；通过控制电压，使得在高低电平间切换，当为低电平时，放大器停止工作，为高电平时，放大器开始工作。
6.常规收发电路中的放大器拓扑结构如附图3所示，包括晶体管、栅极偏置电路和漏极偏置电路；其中，栅极偏置电路由电阻、电感和电容组成；栅极偏置电路一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端，栅极偏置电路另一端连接栅极电源；漏极偏置电路由电感和电容组成；漏极偏置电路一端与晶体管的漏极连接，同时晶体管的漏极连接至射频信号输出端，漏极偏置电路另一端连接漏极电源。
7.综合漏极调制方案电路、栅极调制方案电路以及放大器拓扑结构电路可知，栅极
调制方案的收发切换时间主要受ttl驱动电路、电阻和电容的影响，漏极调制方案的收发切换时间主要受功率pmos晶体管和电容的影响。电路中的时间常数τ表示过渡反应的时间过程常数,在电阻、电容的电路中τ是电阻和电容的乘积：。若电容c的单位是uf(微法),电阻r的单位是mω（毫欧），时间常数τ的单位是秒。若要减小时间常数τ，可以从减小电阻r或电容c入手。
8.常规收发电路中放大器拓扑结构中电阻r在100～1000ω之间，电容在1～10pf之间，则时间常数τ在100～10000ns之间。在相控阵雷达某些要求收发切换时间≤40ns的应用场景下，现有常规技术无法达到要求。


技术实现要素：

9.为了实现相控阵雷达中收发电路的收发高速切换，本技术提供了一种实现高速切换的收发电路。
10.本技术提出了一种实现高速切换的收发电路，收发电路中放大器的栅极电源通路上设置栅极调制电路；所述收发电路的结构包括栅极调制电路、晶体管和漏极偏置电路；其中，所述栅极调制电路包含一调制模块，用于快速切换放大器栅极工作电压的开启或关断；所述栅极调制电路一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端，所述栅极调制电路的另一端连接至外部电源；晶体管的源极接地；晶体管的漏极与漏极偏置电路一端连接，同时连接至射频信号输出端；漏极偏置电路另一端连接至漏极电源。
11.优选的，所述栅极调制电路还包括电阻和电感；其中，所述调制模块一端连接至外部控制电源；所述调制模块另一端与电阻一端连接，同时与电感一端连接，电阻另一端连接至外部电源；电感另一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端。
12.优选的，所述栅极调制电路中调制模块的结构包括晶体管和电阻；栅极调制电路中，电阻一端连接至外部控制电源，电阻另一端与晶体管的栅极连接；晶体管的源极接地，晶体管的漏极与电阻连接，电阻另一端连接至外部电源；同时晶体管的漏极与电感一端连接；电感另一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端。
13.优选的，所述漏极偏置电路的结构包括电容和电感，电感一端与晶体管的漏极连接；电感另一端接入栅极电源，同时与电容一端连接；电容另一端接地。
14.优选的，所述栅极调制电路一端增加设置一个ttl驱动电路，用于缩小所述收发电
路的收发切换时间。
15.优选的，所述ttl驱动电路连接至外部电源和外部控制电源；ttl驱动电路的输出端与电阻一端连接，向电阻提供控制电源，电阻一端连接至外部电源。
16.优选的，所述外部控制电源在高/低电之间切换，所述ttl驱动电路的输出电压相应的在高/低电平之间切换。
17.优选的，所述ttl驱动电路的输出电压切换至低电平，晶体管截止；外部电源的电源电压通过电阻和电感输入到晶体管的栅极，导致晶体管截止，此时放大器关断；所述ttl驱动电路的输出电压切换至高电平，晶体管导通；晶体管的栅极通过电感和晶体管接地，导致晶体管导通，此时放大器开启。
18.优选的，所述晶体管采用hemt或mesfet类型的放大晶体管。
19.优选的，所述晶体管采用fet类型的开关晶体管。
20.综上所述，本技术实现高速切换的收发电路具有如下有益效果：通过在放大器的栅极电源通路上设置栅极调制电路，同时增设ttl驱动电路，实现快速切换放大器栅极工作电压的开启或关断；解决了常规放大器栅极或漏极调制方案用时较长的问题；放大器的栅极调制电路的响应时间可以控制在30ns以内，满足收发电路切换时间≤40ns的应用场景下，克服了现有常规技术无法解决的技术问题，填补行业技术空白，具有显著的进步性；实现对相控阵雷达收发电路中放大器的高速调制，显著提高了相控阵雷达收发电路的切换速度；有效提高相控阵雷达探测目标时的分辨率；并且电路结构设计简单，实现方便，在行业应用中具有很好的实用性。
附图说明
21.图1是收发电路中常用漏极调制方案电路图。
22.图2是收发电路中常用栅极调制方案电路图。
23.图3是收发电路中常规放大器拓扑结构示意图。
24.图4是实施例2收发电路的结构示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-4及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
26.本技术提出了一种实现高速切换的收发电路，对收发电路中放大器的栅极进行调制，在放大器的栅极电源通路上设置栅极调制电路；其电路结构包括栅极调制电路、晶体管
和漏极偏置电路；其中，栅极调制电路一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端，栅极调制电路的另一端连接至外部电源；晶体管的源极接地；晶体管的漏极与漏极偏置电路一端连接，同时连接至射频信号输出端；漏极偏置电路另一端连接至漏极电源。
27.区别于常规栅极调制方案电路，本技术收发电路中栅极调制电路包含一调制模块，通过该调制模块能够快速切换放大器栅极工作电压的开启或关断；栅极调制电路还包括电阻和电感；其中，调制模块一端连接至外部控制电源，调制模块另一端与电阻一端连接，同时与电感一端连接；电阻另一端连接至外部电源，电感另一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端。
28.本技术提出的实现高速切换的收发电路，通过改进放大器晶体管的栅极偏置电路，实现快速切换放大器栅极工作电压的开启或关断；相控阵雷达收发电路使用改进后的栅极调制电路，解决了常规放大器栅极或漏极调制方案用时较长的问题。
29.实施例1实施例1是本技术实现高速切换的收发电路的一种具体实施方式，给出栅极调制电路中调制模块的一种具体实现方式，本技术的保护范围包括但不限于该具体实现方式。
30.实施例1实现高速切换的收发电路，栅极调制电路中调制模块的结构包括晶体管和电阻；栅极调制电路中，电阻一端连接至外部控制电源，电阻另一端与晶体管的栅极连接；晶体管的源极接地，晶体管的漏极与电阻连接，电阻另一端连接至外部电源；同时晶体管的漏极与电感一端连接；电感另一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端。
31.该实现高速切换的收发电路中，漏极偏置电路的设计结构包括电容和电感，电感一端与晶体管的漏极连接；电感另一端接入栅极电源，同时与电容一端连接；电容另一端接地。
32.实施例1的实现高速切换的收发电路，只对放大器的栅极进行调制，能够快速切换放大器栅极工作电压的开启或关断，显著提高了相控阵雷达收发电路的切换速度；并且电路结构设计简单，实现方便，在行业应用中具有很好的实用性。
33.实施例2实施例2是本技术实现高速切换的收发电路的一种具体实施方式，给出收发电路中栅极调制电路的另外一种具体实现方式，本技术的保护范围包括但不限于该具体实现方式。
34.实施例2的实现高速切换的收发电路是在实施例1的基础之上，在栅极调制电路一端增加设置一个ttl驱动电路，进一步缩小该收发电路的收发切换时间，使得该收发电路获
得更加高速的收发切换效果，更好的满足实际应用中对相控阵雷达收发电路提出的较高要求。
35.实施例2实现高速切换的收发电路，如附图4所示，ttl驱动电路连接至外部电源和外部控制电源，为ttl驱动电路提供电源电压，为ttl驱动电路提供控制电压；ttl驱动电路的输出端与栅极调制电路中的电阻一端连接，向电阻提供控制电源；电阻的另一端连接晶体管的栅极，晶体管的源极接地，晶体管的漏极与电阻一端连接，同时电阻另一端连接至外部电源；并且，晶体管的漏极与电感一端连接；电感另一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端；晶体管的源极接地；晶体管的漏极与电感一端连接，同时连接至射频信号输出端；电感另一端与电容一端连接，同时连接至漏极电源；电容另一端连接。
36.实施例2实现高速切换的收发电路的工作原理如下：外部电源向ttl驱动电路提供电源电压，外部控制电源向ttl驱动电路提供控制电压，ttl驱动电路向电阻输出控制电压；当外部控制电源在高/低电之间切换时，ttl驱动电路的输出电压也会相应的在高/低电平之间切换；当ttl驱动电路的输出电压切换至低电平时，晶体管截止；外部电源的电源电压通过电阻和电感以后输入到晶体管的栅极，导致晶体管截止，此时放大器关断；当ttl驱动电路的输出电压切换至高电平时，晶体管导通；晶体管的栅极通过电感和晶体管接地，导致晶体管导通，此时放大器开启。
37.采用实施例2实现高速切换的收发电路，在实施例1的基础上增加一个ttl驱动电路，进一步缩短放大器栅极工作电压开启或关断的切换时间，实现了对相控阵雷达收发电路中放大器的高速调制，从而相控阵雷达收发电路获得更加高速的收发切换，有效提高相控阵雷达探测目标时的分辨率。
38.实施例3实施例3是本技术实现高速切换的收发电路的一种具体实施方式，给出晶体管和晶体管的一种具体实现方式，本技术的保护范围包括但不限于该具体实现方式。
39.实施例3实现高速切换的收发电路是实施例2的一种较优实现方式，该收发电路中晶体管采用hemt或mesfet类型的放大晶体管，和/或，栅极调制电路中晶体管采用fet类型的开关晶体管。
40.mesfet（metal-semiconductor field effect transistor）放大晶体管是由
schottky势垒栅极构成的场效应晶体管，具有优良的微波、高速、大功率和低噪音等性能，不仅频率高、噪声低，而且饱和电平高、可靠性高；hemt（high electron mobility transistor）放大晶体管是高电子迁移率晶体管，利用具有很高迁移率的二维电子气来工作，能够工作于超高频（毫米波）、超高速领域；hemt放大晶体管的栅极往往是schottky势垒栅，也可以看成是性能更加优良的超高频、超高速的mesfet晶体管；fet（field effect transistor）场效应晶体管由多数载流子参与导电，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大等优点，易于集成造价低，没有二次击穿现象，安全工作区域较高。综上可知，实施例3提出了一种具有切换频率高、稳定可靠等优良性能的收发电路。
41.结合附图4可知，放大器的开启和关断切换时间受ttl驱动电路和晶体管的影响，由ttl驱动电路和晶体管的响应时间共同决定；常用ttl驱动电路响应时间在15～20ns之间；电阻取值在1000ω左右，晶体管的栅源等效电容值在0.01pf左右，由此可知晶体管的响应时间在10ns左右，则实施例3中放大器的栅极调制电路的响应时间可以控制在30ns以内，满足收发电路切换时间≤40ns的应用场景下，克服了现有常规技术无法解决的技术问题，填补行业技术空白，具有显著的进步性。
42.上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

技术特征：
1.一种实现高速切换的收发电路，在收发电路的放大器的栅极电源通路上设置栅极调制电路，其特征在于：所述收发电路的结构包括栅极调制电路、晶体管和漏极偏置电路；其中，所述栅极调制电路包含一调制模块，用于快速切换放大器栅极工作电压的开启或关断；所述栅极调制电路一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端，所述栅极调制电路的另一端连接至外部电源；所述晶体管的源极接地；所述晶体管的漏极与漏极偏置电路一端连接，同时连接至射频信号输出端；所述漏极偏置电路另一端连接至漏极电源。2.根据权利要求1所述收发电路，其特征在于：所述漏极偏置电路的结构包括电容和电感；所述电感一端与所述晶体管的漏极连接；所述电感另一端接入栅极电源，同时与电容一端连接；所述电容另一端接地。3.根据权利要求2所述收发电路，其特征在于：所述栅极调制电路还包括电阻和电感；其中，所述调制模块一端连接至外部控制电源；所述调制模块另一端与电阻一端连接，同时与电感一端连接，所述电阻另一端连接至外部电源；所述电感另一端与所述晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端。4.根据权利要求3所述收发电路，其特征在于：所述栅极调制电路中调制模块的结构包括晶体管和电阻；所述电阻一端连接至外部控制电源，电阻另一端与晶体管的栅极连接；所述晶体管的源极接地，所述晶体管的漏极与电阻连接，所述电阻另一端连接至外部电源；同时，所述晶体管的漏极与电感一端连接；所述电感另一端与晶体管的栅极连接，同时连接至射频信号输入端。5.根据权利要求4所述收发电路，其特征在于：所述栅极调制电路一端增加设置一个ttl驱动电路，用于缩小所述收发电路的收发切换时间。6.根据权利要求5所述收发电路，其特征在于：所述ttl驱动电路连接至外部电源和外部控制电源；所述ttl驱动电路的输出端与所述电阻一端连接，向电阻提供控制电源，所述电阻一端连接至所述外部电源。7.根据权利要求6所述收发电路，其特征在于：所述外部控制电源在高/低电之间切换时，所述ttl驱动电路的输出电压相应的在高/低电平之间切换。8.根据权利要求7所述收发电路，其特征在于：所述ttl驱动电路的输出电压切换至低
电平，所述晶体管截止；所述外部电源的电源电压通过电阻和电感输入到晶体管的栅极，导致所述晶体管截止，则放大器关断；所述ttl驱动电路的输出电压切换至高电平，所述晶体管导通；所述晶体管的栅极通过电感和晶体管接地，导致所述晶体管导通，则放大器开启。9.根据权利要求1至8任一所述收发电路，其特征在于：所述晶体管采用hemt或mesfet类型的放大晶体管。10.根据权利要求3至8任一所述收发电路，其特征在于：所述栅极调制电路中晶体管采用fet类型的开关晶体管。

技术总结
本申请提出一种实现高速切换的收发电路，收发电路中放大器的栅极电源通路上设置栅极调制电路，栅极调制电路设置一调制模块，能够快速切换放大器栅极工作电压的开启或关断；该收发电路还包括晶体管和漏极偏置电路；栅极调制电路一端与晶体管的栅极连接，另一端连接至外部电源；晶体管的源极接地；晶体管的漏极与漏极偏置电路一端连接，漏极偏置电路另一端连接至漏极电源。本申请解决了常规放大器栅极或漏极调制方案用时较长的问题；实现对相控阵雷达收发电路中放大器的高速调制，显著提高了相控阵雷达收发电路的切换速度；有效提高相控阵雷达探测目标时的分辨率；电路结构相对简单，具有很好的实用性。具有很好的实用性。具有很好的实用性。


技术研发人员：杨洲 黄华 陈普锋 全金海
受保护的技术使用者：中科海高（成都）电子技术有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/7/20