一种脉冲功率放大器的IV测量方法技术

本发明专利技术属于微波测量技术领域，提出了一种针对大功率脉冲功率放大器的IV测量方法。该方法对电压V的测量和现有方法相同，对电流I的测量和现有方法不同。该方法使用电流表测量电源向脉冲功率放大器输出的平均电流，再根据功率放大器的脉冲电流和电源输出的平均电流的关系，计算功率放大器的脉冲电流。相比于现有方法，发明专利技术方法测试简单、普适性强，可以有效降低电压过冲、保护脉冲功率放大器，具有较高的实际应用价值。际应用价值。际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲功率放大器的IV测量方法

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[0001]本专利技术属于功率放大器测试领域，具体涉及一种大功率脉冲功率放大器的IV测量方法，可以减小功率放大器供电线的寄生电感，降低由寄生电感引起的电路过冲，提升测试安全性和可靠性。

技术介绍
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[0002]在脉冲体制雷达、收发分时电子对抗系统和猝发通信系统中，功率放大器工作在脉冲模式，脉冲调制方式有栅极电压调制和漏极电压调制两种。J.Dhar等人在2009年的论文“Performance enhancement of Pulsed Solid State Power Amplifier using Drain Modulation over Gate Modulation”中指出，与采用栅极电压调制的脉冲功率放大器比较，采用漏极电压调制的脉冲功率放大器可以获得更高的效率、更大的输出功率、更高的增益、更快的上升沿、更快的下降沿和更平坦的增益，因此采用漏极电压调制的脉冲功率放大器可以获得更好的性能。
[0003]随着第三代半导体材料GaN工艺的日渐成熟，微波功率放大器的输出功率不断提高，目前器件的输出功率已经突破kW级，E.Mitani等人在2007年发表的论文“A kW
‑
class AlGaN/GaN HEMT Pallet Amplifier for S
‑
band High Power Application”、L.Haapala等人在2016年发表的论文“Kilowatt
‑
level power amplifier in a single
‑
ended architecture at 352MHz”都记录了kW级功率放大器。
[0004]测量IV曲线是研究功率放大器的重要方法，I为漏极电流，V为漏极电压。若研究目标为脉冲功率放大器，则测量IV曲线需要测量脉冲开启时的瞬时电压和瞬时电流。现有方法中，可以使用电压探头和示波器测量瞬时电压，可以使用电流探头和示波器测量瞬时电流。
[0005]图1为测量瞬时电压和瞬时电流的现有技术的系统连接示意图。测量功放为漏极电压调制方式，栅极电压为负电压，漏极电压、电流为脉冲电压、电流。
[0006]系统连接关系为：
[0007](1)测量功放的栅极与信号源连接，中间加隔直电容，信号源向测量功放输出脉冲微波激励。
[0008](2)测量功放的栅极与负压直流电源连接，负压直流电源提供直流负压。
[0009](3)测量功放的漏极与电压调制电路连接，电压调制电路输出脉冲电压。
[0010](4)测量功放的漏极与功率计连接，中间加隔直电容，功率计检测测量功放的输出功率。
[0011](5)电压调制电路与高压直流电源连接，直流电源向电压调制电路输出高压，电压调制电路输出的脉冲电压幅度和直流电源的电压幅度相同。
[0012](6)电压调制电路与脉冲信号发生器连接，脉冲信号发生器向电压调制电路输出脉冲调制信号1，电压调制电路输出的脉冲电压的时序和脉冲调制信号1的时序相同
[0013](7)信号源与脉冲信号发生器连接，脉冲信号发生器向信号源输出脉冲调制信号
2，信号源输出的脉冲微波激励的时序和脉冲调制信号2的时序相同。
[0014](8)电流探头套在电压调制电路和测量功放漏极之间的连接线上，测量连接线通过的电流，同时也是测量功放的漏极电流。
[0015](9)电流探头与示波器连接，电流探头的测量结果通过示波器显示。
[0016](10)电压探头与测量功放的漏极接触，测量功放的漏极电压。
[0017](11)电压探头和示波器连接，电压探头的测量结果通过示波器显示。
[0018](12)脉冲调制信号1的前沿早于脉冲调制信号2的前沿，脉冲调制信号1的后沿晚于脉冲调制信号2的后沿。
[0019]脉冲调制信号1开启、脉冲调制信号2关闭时，功率放大器的漏级电压为V、漏极电流为I
q
；脉冲调制信号1开启、脉冲调制信号2开启时，功率放大器的漏极电流为I
q
，但是由于漏极供电路径有寄生电感L，会产生图2所示的漏极电压过冲V
s
，V
s
的计算公式见公式(1)，t
f
为脉冲微波激励的后沿时间：
[0020][0021]见公式(2)，漏极供电路径的寄生电感L由多方面组成：测量功放的本征寄生电感L
in
、测量功放漏级偏置电路的扼流电感L
choke
、电压调制电路和测量功放漏极之间的连接线电感L
C
。
[0022]L＝L
C
+L
choke
+L
in
ꢀꢀ
(2)
[0023]使用现有技术测量大功率脉冲功率放大器的瞬时电压时，电压探头对电路没有影响，现有技术可以测量大功率脉冲功率放大器的瞬时电压。
[0024]使用现有技术测量大功率脉冲功率放大器的瞬时电流时，需要量程超过百安培的电流探头，此类大量程探头尺寸很大，放置此类探头需要延长电压调制电路和测量功放漏极之间的连接线，造成连接线电感L
C
和漏极供电路径的寄生电感L大幅增加，进而造成电压过冲V
s
大幅增大，严重影响功率放大器的安全。

技术实现思路
：
[0025]针对传统方法使用电流探头测试大功率脉冲功率放大器的电流，会增加寄生电感并增大电压过冲的问题，本专利技术提供了一种脉冲功率放大器的IV测量方法，不再使用电流探头，能够有效减少寄生电感并减小电压过冲，有利于保证功率放大器的安全。
[0026]本专利技术的技术方案如下：
[0027]本专利技术的第一个方面提供了一种脉冲功率放大器的IV测量方法，该方法首先使用电流表测量电源向脉冲功率放大器输出的平均电流，再根据功率放大器的脉冲电流和电源输出的平均电流的关系，计算出IV测量需要的功率放大器的脉冲电流。
[0028]进一步地，该方法包括电压测量与电流测量两部分，
[0029]电压测量方法是电压探头与测量功放的漏极接触，测量功放的漏极电压；电压探头和示波器连接，电压探头的测量结果通过示波器显示；
[0030]电流测量包括以下步骤：
[0031]首先，建立功率放大器的漏极电流I
p
和电源输出的平均电流I
a
的关系式；
[0032]假设脉冲调制信号1的脉冲重复频率为PRF，脉冲宽度为τ；脉冲调制信号1开启时，
功率放大器的漏极电流为I
p
，脉冲调制信号1关闭时，功率放大器的漏极电流为I0，则可以建立如公式(3)所示的电流I
a
、漏极电流为I
p
、I0的关系式；
[0033]I
a
＝I
p
·
PRF
·
τ+I0(1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲功率放大器的IV测量方法，其特征在于，该方法首先使用电流表测量电源向脉冲功率放大器输出的平均电流，再根据功率放大器的脉冲电流和电源输出的平均电流的关系，计算出IV测量需要的功率放大器的脉冲电流。2.如权利要求1所述的脉冲功率放大器的IV测量方法，该方法包括电压测量与电流测量两部分，其特征在于，电压测量方法是电压探头与测量功放的漏极接触，测量功放的漏极电压；同时电压探头和示波器连接，电压探头的测量结果通过示波器显示；电流测量包括以下步骤：首先，建立功率放大器的漏极电流I
p
和电源输出的平均电流I
a
的关系式；假设脉冲调制信号1的脉冲重复频率为PRF，脉冲宽度为τ；脉冲调制信号1开启时，功率放大器的漏极电流为I
p
，脉冲调制信号1关闭时，功率放大器的漏极电流为I0，则可以建立如公式(3)所示的电流I
a
、漏极电流为I
p
、I0的关系式；I
a
＝I
p
·
PRF
·
τ+I0(1
‑
PRF
·
τ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)若已知PRF，并且可以调整脉冲宽度τ，则由公式(3)可以得到I
p
和I
a
的关系的另一种表达式，如公式(4)所示；然后，将脉冲调制信号1和脉冲调制信号2的脉冲重复频率PRF设定为合理数值，脉冲调制信号1的脉宽τ设置为合理的初始值τ1，记录此时的电流表测量值I
a1
；保持脉冲重复频率PRF重复不变，脉冲调制信号的脉宽τ依次变为τ2、τ3......、τ
n
，脉宽改变的间隔是Δτ，记录...

【专利技术属性】
技术研发人员：方文饶，付超，赵娟，王璐璐，黄文华，李佳伟，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：