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1、第三节 雷达发射机 一、组成及各部分作用 雷达发射机由脉冲调制器(一般包括预调制器和调制器)、磁控管振荡器及发射机电源等 部分组成，如图123所示。 1预调制器 在触发脉冲控制下，预调制器产生一个具有一定宽度、一定幅度的正极性矩形脉冲(预调制脉冲)去控制调制器的工作。对预调制脉冲的波形和幅度的要求，视所用调制器的类型而定。在刚性调制器中，预调制脉冲的宽度和波形决定着发射脉冲的宽度和波形，因此对预调制器有着较严格的要求，而且，雷达脉冲宽度的转换在这一级进行。 3磁控管振荡器 磁控管振荡器是一种被调制大功率超高频振荡器，它在调制脉冲的控制下产生宽度与调制脉冲相同的大功率超高频振荡脉冲(射频脉冲)经
2、波导送天线向外辐射。触发脉冲及发射机各级波形的时间关系如图l一24所示。 4发射机电源 发射机电源提供发射机所需的各种交直流电源及调制器、磁控管工作所需的特高压电源。分别设有保险丝及指示灯。保险丝及指示灯一般都装在明显易见又便于拆装的地方。 低压电源与接收机电源装在一起，产生除特高压以外的其他所需的各种交直流电源。由变压器及各整流滤波电路组成。 高压电源部件一般与调制器、磁控管振荡器一起装在一个标有醒目“高压危险”(DANGER!HIGH VOLTAGE)字样的屏蔽盒(罩)内，以引起使用维护人员的注意。高压电源的输入电路中一般都有几个继电器控制触点。 中频电源经过收发机总保险丝、高压保险丝、雷
3、达高压(发射1)开关控制的触点、高压自动延时电路控制的触点及门开关控制的触点才能送到高压变压器的初级绕组，以实现对人及对雷达设备的安全保护。 高压自动延时电路的作用是为了保证磁控管有足够的(3 min5 min)的预热时间。 二、发射机主要技术指标 1工作波长 发射机的工作波长就是磁控管振荡器产生的超高频脉冲波的波长。船用雷达的工作波长允许的范围是： S波段 15 cm7.5 cm X波段3.75 cm2.4 cm 目前船用雷达使用的频率范围为： S波段2 900 MHz3 100 MHz X波段 9 300 MHz9 500 MHz 2脉冲宽度 脉冲宽度就是射频脉冲振荡持续的时间，一般用表示
4、。在船用雷达中常用s(微秒)为单位。船用雷达中，考虑了各种要求，一般选在0.05 s2s之内。 3发射功率 发射功率可分为峰值功率(Peak Power)Pk和平均功率(Average Power)Pm。 峰值功率是指在脉冲期间的射频振荡的平均功率，一般较大，船用雷达的峰值功率在3 kW75 kW之内。 平均功率是指在脉冲重复周期内输出功率的平均值，因此，数值很小。它们之间的关系为：4脉冲波形 这里指的是发射脉冲的波形，即发射脉冲的包络形状。 波形越接近矩形越好。在相同的脉冲宽度下，越接近矩形，能量越大，作用距离越远； 前后沿越陡，测距精度和距离分辨力越高； 矩形脉冲顶部越平坦，脉冲持续期中的
5、发射功率和频率越稳定。 5发射脉冲频谱 发射脉冲频谱就是组成射频脉冲信号的所有频率成分的能量分布。矩形射频脉冲的理想频谱如图125所示。由图可见：大部分发射能量集中在f。1 的频带内。为保持原来的脉冲波形，接收机通频带宽度至少不能小于2 。对发射脉冲频谱通常要求谱线稳定、对称；旁瓣的最大值不大于主瓣最大值的25。 三、磁控管振荡器 1磁控管的结构 磁控管振荡器中的磁控管由灯丝、阴极、阳极、永久磁铁和输出耦合装置等组成。磁控管外形如图126所示，内部结构如图127所示。 磁控管阴极为圆柱形旁热式的氧化物阴极，它位于磁控管中央。阴极表面具有很强的发射能力。阴极圆筒里面装有灯丝，以加热阴极。灯丝电压
6、一般为63 V，也有用12 V的。交直流均有使用。灯丝一端与阴极相连，两根引线穿过高压绝缘罩接入负向高压调制脉冲和灯丝电压。 阳极是一块厚约1 cm的圆形大铜环。圆孔中央放着阴极，阴极和阳极块同心。阴极和阳 极之间的空间称为作用空间。阳极块圆环四周沿其轴线方向开有偶数个(一般为8个14个) 圆孔(谐振腔)。 腔体(圆孔及缝隙)的尺寸大小基本决定了磁控管的振荡频率。工作时阳极块会发热，为了便于散热，阳极块外面往往装有散热片。 另外，为了安全及便于高压与机壳间绝缘。磁控管的阳极接地(接机壳)而把负极性调制脉冲接到阴极上。 永久磁铁用来产生控制电子运动的恒定磁场，磁力线与阴极轴线平行。磁场要有一定的
7、强度和均匀性。波长越短，所需磁场强度越大。 输出耦合装置的作用是通过装在一个谐振腔中的耦合环将磁控管振荡器产生的所有振荡能量取出并通过同轴线或波导耦合至主波导中去。 2磁控管的工作条件 要使磁控管正常工作，除磁控管本身要完好外，还必须满足如下条件： 1)灯丝加上额定工作电压，将阴极加热到一定温度； 2)阴一阳极间加上额定的负极性调制脉冲； 3)应保证磁控管的输出负载匹配，即波导与天线应连续、不变形及内部光洁等，否则，磁控管输出功率及频率将发生波动，甚至使磁控管跳火，以至损坏。 3磁控管振荡原理 1）起振 2）能量补充 4磁控管的检查 1)磁控管未通电时 可用万用表测灯丝电阻，阻值应为几个欧姆，
8、再用兆欧表测阳一阴极间绝缘电阻，阻值应大于200 M 。 2)磁控管通电工作时 可用下列方法进行检查： (1)查磁控管电流 这是常用的方法。各量程段的电流值应分别在相应的规定范围内。如电流为零，说明磁控管不工作，无发射； 如电流偏大或偏小，说明高压偏高或偏低，或磁控管已衰老；如电流表指针抖动或很大(满刻度)，表示磁控管内部有打火现象。 (2)用氖灯检查 用此法检查时，要先关掉高压，拆开收发机口波导接头并把波导从收发机口完全移开(不能半遮半开)，然后将氖灯放在收发机波导出口处，再开高压。氖灯一般应在离波导口10 cm15 cm 发亮。如不亮，说明磁控管未工作。 用此法时应特别注意两点： 开高压时
9、切勿用睛眼直视波导口，以防大功率射频脉冲损伤眼睛； 试后立即关高压，以免损伤磁控管。 5磁控管使用注意事项1)在检修维护保养时，要谨防特高压触电伤人，接触管子阴极前，应先关机，并将高压放电。2)严防大功率超高频电磁波损伤人脑及眼睛。雷达发射时不要站在开口波导前或天线辐射窗面前。 3)接触磁控管时，应先脱去手表，以防手表磁化。4)加高压前，应保证阴极已充分预热(3 min5 min)。频繁使用雷达，可不关低压只关高压，以免灯丝忽冷忽热而损坏。这样可保护阴极发射性能和延长使用寿命。5)要注意保护磁场。存放时离开铁磁体至少10 cm，两个磁控管间至少离开20 cm。严禁敲打、震动。6)要保证负载匹配
10、。要防止波导或天线内积水或有污物堵塞或断裂、变形或连接不良等现象发生，否则，会使输出功率、频率发生变化，使磁控管内发生打火，甚至损坏。 7)新管或长期保存(超过6个月)未用的管子，加高压前要先进行“老练”。 “老练 ”的方法是：先给磁控管加上灯丝电压半小时以上，然后再加较低的高压，工作半小时或几小时，再将高压加到正常值。“老练”的时间视具体情况而定，应保持在逐渐加大高压的过程中管内不打火。 实践证明，轮流使用备品管，可延长管子使用寿命。 四、脉冲调制器 1作用与要求 脉冲调制器(Modulator)的作用如本节“一”中所述。 由于调制脉冲的形状直接决定了磁控管振荡器工作的好坏，如前所述，调制脉
11、冲的波形也要求前后沿要陡，平顶波动要小。 2组成及原理 磁控管需要的高压调制脉冲的脉冲功率很大，而平均功率却很小。脉冲调制器是产生这种高压调制脉冲的装置，一般由“储能元件”、“限流元件”、“调制开关” 及“储能通路”元件组成，如图l一210所示。 在脉冲休止期内(预调制脉冲未到时)，调制开关断开，特高压电源通过限流元件、储能通路元件缓慢地向储能元件充电。在脉冲持续期(预调制脉冲作用期问)，调制开关接通，储能元件通过调制开关向负载(磁控管)放电形成调制脉冲。 3分类及特点 根据所用开关元件的不同，调制器可分为刚性调制器、软调制器、磁调制器及可控硅调制器。 后两者称为固态调制器 。 不同的调制器，
12、所用的限流元件、储能元件也不同。刚性调制器常用电容作储能元件，软调制器和可控硅调制器常用仿真线作储能元件，磁调制器常用电容或仿真线作储能元件。 磁调制器及可控硅调制器不需要预调制器。五、发射机调整 发射机的调整项目一般包括如下两项： 1高压自动延时电路调整 雷达先停机冷却15 min30 min，再开机核查高压自动延时电路的继电器是否在3 min5 min内动作(或预备指示灯是否在规定时间内接通)。如不符合要求，则调整自动延时电位器或直接更换自动延时元件。 2磁控管电流的调整 雷达发射后，检查各种脉宽(相应量程段)时的磁控管电流是否符合说明书要求。如不符合则改变高压变压器初级输入端抽头位置，使电流符合要求。六、发射机状态判断 发射机正常与否，实际上只要判断磁控管工作是否正常。 两种方法，一是查磁控管电流；二是用氖灯在收发机波导口检查是否发亮。
