雷达发射机PPT课件2

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1、第 2 章 雷 达 发 射 机 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.1雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成2.2雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标2.3单级振荡和主振放大式发射机单级振荡和主振放大式发射机2.4固态发射机固态发射机2.5脉冲调制器脉冲调制器第 2 章 雷 达 发 射 机 2.1雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成 雷雷达达是是利利用用物物体体反反射射电电磁磁波波的的特特性性来来发发现现目目标标并并确确定定目目标标的的距距离离、方方位位、高高度度和和速速度度等等参参数数的的。因因此此,雷雷达达工工作作时时要要求求发发射射一一种种特特定

2、定的的大大功功率率无无线线电电信信号号。发发射射机机在在雷雷达达中中就就是是起起这这一一作作用用的的,也也就就是是说说,它它为为雷雷达达提提供供一一个个载载波波受受到到调调制制的的大大功功率率射射频信号频信号,经馈线和收发开关由天线辐射出去。经馈线和收发开关由天线辐射出去。 S波段全固态发射机第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.1 单级振荡式发射机 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.2 主振放大式发射机 第 2 章 雷 达 发 射 机 单单级级振振荡荡式式发发射射机机与与主主振振放放大大式式发发射射机机相相比比，最最大大的的优优点点是是简简单单、经经济济,也也比比较较轻轻便便。实实践

3、践表表明明,同同样样的的功功率率电电平平,单单级级振振荡荡式式发发射射机机大大约约只只有有主主振振放放大大式式重重量量的的1/3。因因此此,只只要要有有可可能能,还还是是尽尽量量优优先先采采用用单单级级振振荡荡式式方方案案。但但是是,当当整整机机对对发发射射机机有有较较高高要要求求时时,单单级级振振荡荡式式发发射射机机往往往往无无法法满满足足而而必必须须采采用主振用主振放大式发射机。放大式发射机。第 2 章 雷 达 发 射 机 2.2雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标1.工作频率或波段工作频率或波段 雷达的工作频率或波段是按照雷达的用途确定的。雷达的工作频率或波段是按照雷达的用途

4、确定的。频频率率捷捷变变频频率率分分集集：提提高高雷雷达达系系统统的的工工作作性性能能和和抗抗干干扰扰能能力力。工作频率或波段的不同对发射机的设计影响很大。工作频率或波段的不同对发射机的设计影响很大。1000MHz以下主要采用微波三、四极管以下主要采用微波三、四极管,1000MHz以以上上则则有有多多腔腔磁磁控控管管、大大功功率率速速调调管管、行行波波管管以以及及前前向波管等。向波管等。第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.3 微波发射管功率与带宽能力现状 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.输出功率输出功率 发发射射机机的的输输出出功功率率直直接接影影响响雷雷达达的的威威力力和和抗抗干干扰

5、扰能能力力。通通常常规规定定发发射射机机送送至至天天线线输输入入端端的的功功率率为为发发射射机机的的输输出出功功率率。有有时时为为了了测测量量方方便便,也也可可以以规规定定在在指指定定负负载载上上(馈馈线线上上一一定定的的电电压压驻驻波波比比)的的功功率率为为发发射射机机的的输输出出功功率率。如如果果是是波波段段工工作作的的发发射射机机，则则还还应应规规定定在在整整个个波波段段中中输输出出功功率率的的最最低低值值,或或者者规规定定在在波段波段内输出功率的变化不得大于多少分贝。内输出功率的变化不得大于多少分贝。第 2 章 雷 达 发 射 机 脉冲雷达发射机的输出功率又可分为峰值功率脉冲雷达发射机

6、的输出功率又可分为峰值功率Pt和平均功率和平均功率Pav。式式中中的的fr=1/Tr是是脉脉冲冲重重复复频频率率。/Tr=fr称称作作雷雷达达的的工工作作比比D。常常规规的的脉脉冲冲雷雷达达工工作作比比的的典典型型值值为为D=0.001,但但脉脉冲冲多多卜卜勒勒雷雷达达的的工工作作比比可可达达10-2数数量量级级,甚甚至至达达10-1数数量量级级。显显然然,连连续续波波雷雷达达的的D=1。第 2 章 雷 达 发 射 机 3.总效率总效率 发发射射机机的的总总效效率率是是指指发发射射机机的的输输出出功功率率与与它它的的输输入入总总功功率率之之比比。因因为为发发射射机机通通常常在在整整机机中中是是

7、最最耗耗电电和和最最需需要要冷冷却却的的部部分分,有有高高的的总总效效率率,不不仅仅可可以以省省电电,而而且且对对于于减减轻轻整整机机的的体体积积重重量量也也很很有有意意义义。对对于于主主振振放放大大式式发发射射机机,要要提提高高总总效效率率,特特别要注意改善输出级的效率。别要注意改善输出级的效率。第 2 章 雷 达 发 射 机 4.信号形式信号形式(调制形式调制形式)表表2.1雷达的常用信号形式雷达的常用信号形式第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.4 三种典型雷达信号和调制波形 第 2 章 雷 达 发 射 机 5.信号的稳定度或频谱纯度信号的稳定度或频谱纯度 信信号号的的稳稳定定度度是是

8、指指信信号号的的各各项项参参数数,例例如如信信号号的的振振幅幅、频频率率(或或相相位位)、脉脉冲冲宽宽度度及及脉脉冲冲重重复复频频率率等等是是否否随随时时间间作作不不应应有有的变化。的变化。雷雷达达信信号号的的任任何何不不稳稳定定都都会会给给雷雷达达整整机机性性能能带带来来不不利利的的影影响响。例例如如对对动动目目标标显显示示雷雷达达,它它会会造造成成不不应应有有的的系系统统对对消消剩剩余余,在在脉脉冲冲压压缩缩系系统统中中会会造造成成目目标标的的距距离离旁旁瓣瓣以以及及在在脉脉冲冲多多卜卜勒勒系系统统中中会造成假目标等。会造成假目标等。信号参数的不稳定：规律性、随机性信号参数的不稳定：规律性

9、、随机性第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.5 矩形射频脉冲列的理想频谱 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.6 实际发射信号的频谱 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.3单级振荡和主振放大式发射机单级振荡和主振放大式发射机2.3.1单级振荡式发射机单级振荡式发射机图 2.7 单级振荡式发射机组成方框图 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.8 单级振荡式发射机各级波形 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.3.2主振放大式发射机的特点主振放大式发射机的特点1.具有很高的频率稳定度具有很高的频率稳定度 在在雷雷达达整整机机要要求求有有很很高高的的频频率率稳稳定定度度的的情情况况下下,必

10、必须须采采用用主振放大式发射机。主振放大式发射机。1.2.发射相位相参信号发射相位相参信号2.脉冲多普勒（脉冲多普勒（PD）雷达）雷达3.3.适用于频率捷变雷达适用于频率捷变雷达第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.9 采用频率合成技术的主振放大式发射机 第 2 章 雷 达 发 射 机 4.能产生复杂波形能产生复杂波形图 2.10 能产生复杂波形的主振放大式发射机 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.3.3射频放大链的性能与组成射频放大链的性能与组成 主主振振放放大大式式发发射射机机采采用用多多级级射射频频放放大大链链,它它的的设设计计质质量量与与射射频放大管的选择关系密切。频放大管的选择关

11、系密切。第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.2高功率脉冲高功率脉冲工作的工作的O型管和分布发射式型管和分布发射式M型管的性能比较型管的性能比较第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.2高功率脉冲高功率脉冲工作的工作的O型管和分布发射式型管和分布发射式M型管的性能比较型管的性能比较第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.3微波三、四极管的主要电性能微波三、四极管的主要电性能第 2 章 雷 达 发 射 机 选选用用什什么么微微波波管管组组成成放放大大链链要要按按实实际际情情况况具具体体考考虑虑,不不存存在在对对于一切场合都是最佳的放大链。于一切场合都是最佳的放大链。 在在1000MHz以下选用

12、微波三、四极管组成的放大链以下选用微波三、四极管组成的放大链优优点点：体体积积小小、重重量量轻轻、工工作作电电压压低低、相相位位稳稳定定性性和和相相位位特特性性线性度好、成本低和对负载失配容限大。线性度好、成本低和对负载失配容限大。缺点：单级增益较低缺点：单级增益较低,频带也不易做得宽频带也不易做得宽多用于地面远程雷达和相控阵雷达中。多用于地面远程雷达和相控阵雷达中。第 2 章 雷 达 发 射 机 在在1000MHz以以上上放放大大链链通通常常有有行行波波管管-行行波波管管、行行波波管管-速速调调管和行波管管和行波管-前向波管等几种组成方式前向波管等几种组成方式:1)行波管行波管-行波管式放大

13、链行波管式放大链优点：频带宽、增益高、结构较为简单。优点：频带宽、增益高、结构较为简单。缺点缺点:输出功率往往不大输出功率往往不大,效率也不效率也不是很高是很高.常应用于机载雷达及要求轻便的雷达系统中。常应用于机载雷达及要求轻便的雷达系统中。第 2 章 雷 达 发 射 机 2)行行波波管管-速速调调管管放放大大链链它它的的特特点点是是可可以以提提供供较较大大的的功功率率,在在增增益益和和效效率率方方面面的的性性能能也也比比较较好好,但但是是它它的的频频带带较较窄窄,速速调调管管本本身身以以及及要要求求的的附附属属设设备备(如如聚聚焦焦磁磁场场及及冷冷却却和和防防护护设设备备等等),使放大链较为

14、笨重使放大链较为笨重,所以这种放大链多用于地面雷达。所以这种放大链多用于地面雷达。3)行行波波管管-前前向向波波管管放放大大链链这这是是一一种种比比较较好好的的折折衷衷方方案案。行行波波管管虽虽然然效效率率低低,用用在在前前级级对对整整个个放放大大链链影影响响较较小小,但但可可以以发发挥挥其其高高增增益益的的优优点点。由由于于行行波波管管提提供供了了足足够够的的增增益益,使使得得后后级级可可以以采采用用增增益益较较低低的的前前向向波波管管,而而前前向向波波管管的的高高效效率率特特点点提提高高了了整整个个放放大大链链的的效效率率,彼彼此此取取长长补补短短。这这种种放放大大链链频频带带较较宽宽,体

15、体积积重重量量相相对对不不大大,因因而而在在地地面面的的机机动动雷雷达达、相相控控阵阵雷雷达达(末末级级通常采用多管输出通常采用多管输出)以及某些空载雷达中应用日趋增多。以及某些空载雷达中应用日趋增多。第 2 章 雷 达 发 射 机 2.3.4射频放大链应用举例射频放大链应用举例 某某精精密密跟跟踪踪雷雷达达用用的的发发射射机机,工工作作在在C波波段段,要要求求输输出出脉脉冲冲功功率率为为2.5MW,1dB带带宽宽为为1%,射射频频脉脉冲冲宽宽度度为为0.8s(前前沿沿宽宽度度不不大大于于0.10.5s,后后沿沿宽宽度度不不大大于于0.150.2s),脉脉冲冲重重复复频频率率可可在在60080

16、0Hz的范围内以三种不同的值跳变。的范围内以三种不同的值跳变。由由于于此此雷雷达达要要求求对对所所跟跟踪踪的的目目标标进进行行多多卜卜勒勒测测速速,所所以以必必须须用用主主振振放放大大式式发发射射机机,其其主主振振器器(固固体体微微波波源源)的的输输出出功功率率为为20mW、脉冲宽度为脉冲宽度为4s的射频脉冲。的射频脉冲。第 2 章 雷 达 发 射 机 根据输入和输出功率的要求根据输入和输出功率的要求,微波放大链的功率增益至少应为微波放大链的功率增益至少应为 根根据据微微波波管管产产生生的的具具体体情情况况,选选用用三三级级级级联联组组成成。为为避避免免各各级级之之间间的的相相互互影影响响,级

17、级间间必必须须用用铁铁氧氧体体环环流流器器隔隔离离。考考虑虑到到级级间间损损耗耗,微微波波放放大大链链的的实实际际增增益益应应在在83dB以以上上。由由于于要要求求的的输输出出功功率率大大,功功率率增增益益高高,但但带带宽宽并并不不大大,且且该该雷雷达达系系固固定定式式的的地地面面雷雷达达,所所以可以选以可以选用行波管用行波管-速调管式放大链。速调管式放大链。第 2 章 雷 达 发 射 机 末末级级选选四四腔腔大大功功率率速速调调管管,它它的的前前三三腔腔采采用用参参差差调调谐谐,输输出出腔腔为为复复合合腔腔,以以保保证证瞬瞬时时通通频频带带大大于于1%。速速调调管管的的饱饱和和增增益益为为3

18、2dB。放大链的前级由两级行波管组成放大链的前级由两级行波管组成第第一一级级小小功功率率行行波波管管为为包包装装式式结结构构的的周周期期性性永永磁磁聚聚焦焦栅栅控控行行波波管管,其最大增益为其最大增益为32dB,1dB带宽为带宽为7%。第第二二级级是是中中功功率率行行波波管管,其其饱饱和和增增益益大大于于24dB,3dB带带宽宽为为2.5%。由由于于工工艺艺的的限限制制,中中功功率率行行波波管管和和大大功功率率速速调调管管没没有有栅栅极极或或调制阳级调制阳级,因此只有因此只有采用阴极脉冲调制。采用阴极脉冲调制。第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.11 发射机的组成方框图 第 2 章 雷 达

19、 发 射 机 2.4固固态态发发射射机机2.4.1发展概况和特点发展概况和特点与微波电子管发射机相比与微波电子管发射机相比,固态发射机具有如下优点固态发射机具有如下优点:(1)不需要阴极加热、不需要阴极加热、寿命长。寿命长。(2)(2)具有很高的可靠性。具有很高的可靠性。(3)(3)体积小、重量轻。体积小、重量轻。(4)(4)工作频带宽、效率高。工作频带宽、效率高。(5)(5)系统设计和运用灵活。系统设计和运用灵活。(6)(6)维护方便维护方便,成本较低。成本较低。 第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.4应用于雷达系统中的各种固态发射机的特性应用于雷达系统中的各种固态发射机的特性第 2 章

20、 雷 达 发 射 机 2.4.2固态高功率放大器模块固态高功率放大器模块1.大功率微波晶体管大功率微波晶体管 大大功功率率微微波波晶晶体体管管的的迅迅速速发发展展,对对固固态态发发射射模模块块的的性性能能和和应应用起到重要的推动作用。用起到重要的推动作用。在在S波段以下波段以下,通常采用硅双极晶体管。通常采用硅双极晶体管。在在S波波段段以以上上则则较较多多采采用用砷砷化化镓镓场场效效应应管管(GaAsFET),目目前前它它们们的的输输出出功功率率在在810GHz频频率率上上可可达达20W,而而在在12GHz以以上上时时只只有几瓦。有几瓦。第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.5在某些雷达固态

21、发射模块中应用的大功率晶体管特性在某些雷达固态发射模块中应用的大功率晶体管特性第 2 章 雷 达 发 射 机 2.固态高功率放大器模块固态高功率放大器模块 应应用用先先进进的的集集成成电电路路工工艺艺和和微微波波网网络络技技术术,将将多多个个大大功功率率晶晶体体管管的的输输出出功功率率并并行行组组合合,即即可可制制成成固固态态高高功功率率放放大大器器模模块块。输输出出功功率率并并行行组组合合的的主主要要要要求求是是高高功功率率和和高高效效率率。根根据据使使用用要要求求,主要有两种典型的输出功率组合方式。主要有两种典型的输出功率组合方式。空间合成的输出结构空间合成的输出结构,主要用于相控阵雷达。

22、主要用于相控阵雷达。由由于于没没有有微微波波功功率率合合成成网网络络的的插插入入损损耗耗,因因此此输输出出功功率率的的效率很高。效率很高。第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.12 固态功率放大器输出功率组合方式(a) 空间合成方式; (b) 集中合成输出结构; (c) 集中合成输出结构的固态高效模块 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.12 固态功率放大器输出功率组合方式(a) 空间合成方式; (b) 集中合成输出结构; (c) 集中合成输出结构的固态高效模块 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.12 固态功率放大器输出功率组合方式(a) 空间合成方式; (b) 集中合成输出结构;

23、 (c) 集中合成输出结构的固态高效模块 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.4.3微波单片集成微波单片集成(MMIC)收发模块收发模块 微微波波单单片片集集成成电电路路(MMIC)的的最最新新发发展展,使使固固态态收收发发模模块块在在相相控控阵阵雷雷达达中中的的应应用用达达到到实实用用阶阶段段。微微波波单单片片集集成成电电路路采采用用了了新新的的模模块块化化设设计计方方法法,将将固固态态收收发发模模块块中中的的有有源源器器件件(线线性性放放大大器器、低低噪噪声声放放大大器器、饱饱和和放放大大器器或或有有源源开开关关等等)和和无无源源器器件件(电电阻阻、电电容容、电电感感、二二极极管管和和传传

24、输输线线等等)制制作作在在同同一一块块砷砷化化镓镓(GaAs)基基片片上上,从从而而大大大大提提高高了了固固态态收收发发模模块块的的技技术术性性能能,使使成成品的一致性好品的一致性好,尺寸小尺寸小,重量轻。重量轻。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.13示出典型的微波单片集成收发模块的组成框图。 收发模块主要由功率放大器、低噪声放大器、宽带放大器、移相器、衰减器、限幅收发开关和环行器等部件组成, 具有高集成度、 高可靠性和多功能特点。 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.13 用于相控阵雷达的单片集成收发模块组成框图 第 2 章 雷 达 发 射 机 近近年年来来微微波波单单片片集集成成收

25、收发发模模块块发发展展很很快快,并并且且已已经经成成为为相相控控阵阵雷雷达达的的关关键键部部件件。从从超超高高频频波波段段至至厘厘米米波波波波段段,都都有有可可供供实用的微波单片集成收发模块。实用的微波单片集成收发模块。微波单片集成收发模块的主要优点如下微波单片集成收发模块的主要优点如下:(1)成成本本低低。因因为为由由有有源源和和无无源源器器件件构构成成的的高高集集成成度度和和多多功功能能电电路路是是用用批批量量生生产产工工艺艺制制作作在在相相同同的的基基片片上上的的,它它不不需需要要常常规的电路焊接装配过程规的电路焊接装配过程,所以成本低廉。所以成本低廉。(2)高高可可靠靠性性。采采用用先

26、先进进的的集集成成电电路路工工艺艺和和优优化化的的微微波波网网络络技技术术,没没有有常常规规分分离离元元件件电电路路的的硬硬线线连连接接和和元元件件组组装装过过程程,因因此此单片集成收发模块的可靠性大大提单片集成收发模块的可靠性大大提高。高。第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.6用于相控阵雷达的几种单片集成收发模块性能参数用于相控阵雷达的几种单片集成收发模块性能参数第 2 章 雷 达 发 射 机 (3)电电路路性性能能一一致致性性好好、成成品品率率高高。单单片片集集成成收收发发模模块块是是在在相相同同的的基基片片上上批批量量生生产产制制作作的的,电电路路性性能能的的一一致致性性很很好好,成

27、成品品率高率高,在使用维护中的替换性也很好。在使用维护中的替换性也很好。(4)尺尺寸寸小小、重重量量轻轻。有有源源和和无无源源器器件件制制作作在在同同一一块块砷砷化化镓镓基基片片上上,电电路路的的集集成成度度很很高高,它它的的尺尺寸寸和和重重量量与与常常规规的的分分离离元元件制作的收发模块相比越来越小。件制作的收发模块相比越来越小。第 2 章 雷 达 发 射 机 2.4.4固态发射机的应用固态发射机的应用 1.在相控阵雷达中的应用在相控阵雷达中的应用 固固态态模模块块在在相相控控阵阵雷雷达达中中的的应应用用已已受受到到重重视视。相相控控阵阵天天线线中中的的每每个个辐辐射射元元由由单单个个的的固

28、固态态收收发发模模块块组组成成。相相控控阵阵天天线线利利用用电电扫扫描描方方式式,使使每每个个固固态态模模块块辐辐射射的的能能量量在在空空间间合合成成为为所所需需要要的的高高功功率率输输出出,从从而而避避免免了了采采用用微微波波网网络络合合成成功功率率所所引引起起的的损损耗。耗。第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.14 典型的L波段相控阵发射/接收模块 Pt=1kw=10usNf=3dB4档移向第 2 章 雷 达 发 射 机 2.在全固态化高可靠性雷达中的应用在全固态化高可靠性雷达中的应用图 2.15 L波段高可靠性全固态化发射机 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.在全固态化高可靠性雷达

29、中的应用在全固态化高可靠性雷达中的应用 图图2.15示示出出了了一一个个L波波段段高高可可靠靠全全固固态态化化发发射射机机的的应应用用实实例例。这这个个固固态态发发射射机机的的输输出出峰峰值值功功率率为为8kW、平平均均功功率率为为1.25kW。它的主要特点是它的主要特点是:(1)功功率率放放大大级级采采用用64个个固固态态放放大大集集成成组组件件组组成成,每每个个集集成成组组件件峰峰值值功功率率为为150W、增增益益为为20dB、带带宽宽为为200MHz、效效率率为为33%;(2)采采用用高高性性能能的的1 8功功率率分分配配器器和和8 1的的功功率率合合成成器器,保保证证级间有良好的匹配和

30、高的功率传输效率级间有良好的匹配和高的功率传输效率;(3)采采用用两两套套前前置置预预放放大大器器(组组件件65和和66),如如果果一一路路预预放放大大器器失失效效,转转换换开开关关将将自自动动接接通通另另一一路路。上上述述三三点点使使这这个个固固态态发发射射机具有高可靠性机具有高可靠性,而且体积小、重量轻、而且体积小、重量轻、机动性好。机动性好。第 2 章 雷 达 发 射 机 3.在连续波体制对空监视雷达系统中的应用在连续波体制对空监视雷达系统中的应用图 2.16 用于连续波对空监视雷达系统的固态发射机 第 2 章 雷 达 发 射 机 与与原原来来的的电电子子管管发发射射机机相相比比,这这个

31、个固固态态发发射射机机具具有有如如下下优优点点:(1)高高效效率率、低低损损耗耗。由于2592个固态发射模块与对应的偶极子辐射器在结构上是一体化的, 没有电子管发射机必不可少的微波功率输出分配网络带来的损耗, 整个发射机的效率为52.6 %, 比原来电子管发射机的效率(26.4 %)提高了 1 倍。(2)高高可可靠靠性性。固态发射模块本身的平均无故障间隔时间已超过100 000 h, 整个发射系统的可靠性为0.9998。(3)体体积积小小、重重量量轻轻、维维护护方方便便。原来的发射机由18个输出功率为50 kW的高功率电子管末级放大器组成, 需要的附加安全防护设备很多, 体积庞大, 维修困难。

32、固态发射机使用2592个平均功率为320 W的固态模块, 直流供电电压为28 V, 使用和维护很方便。 第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.7典型的固态发射模块的性能参数典型的固态发射模块的性能参数第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.8连续波对空监视雷达固态发射机和电子管发射机性连续波对空监视雷达固态发射机和电子管发射机性第 2 章 雷 达 发 射 机 2.5脉脉冲冲调调制制器器图 2.17 脉冲调制器的组成方框 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.5.1刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器 根据负载的不同, 刚性开关脉冲调制器又可分为阴极脉冲调制器、 调制阳极脉冲调制器和栅极脉冲调制

33、器。阴极脉冲调制器是直接或通过耦合元件(脉冲变压器)去控制射频发生器的全部电子注功率的。调制阳极脉冲调制器虽然一般也要提供全部电子注电压, 但由于调制阳极截获的电流很小, 因而它主要在脉冲的起始和结束时给分布电容充电和放电提供较大的电流。栅极脉冲调制器和调制阳极脉冲调制器相似, 不过超高频管的栅极总是做成具有高放大系数的控制极, 所以要求的调制电压要小得多, 可以采用低压元件和技术。 第 2 章 雷 达 发 射 机 1.阴极脉冲调制器阴极脉冲调制器 刚性开关阴极脉冲调制器的典型线路如图2.18所示。图中V1是刚性开关管, C是储能电容, V2是作为调制器负载的磁控管, 电阻R1是充电元件, 电

34、感L和二极管V3构成储能元件的充电通路并用来改善调制脉冲的下降边。把图2.18的线路与一般的视频脉冲放大器相比可以看出, 刚性开关阴极脉冲调制器本质上就是一个视频脉冲放大器, 只不过在设计上要充分注意到它在大功率下运用, 并要保证射频发生器所要求的良好波形罢了。 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.18 刚性开关阴极调制器的典型线路 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.19 用脉冲变压器耦合的阴极脉冲调制器 第 2 章 雷 达 发 射 机 为了适应多种脉冲宽度和高工作比的工作, 往往采用把高压电源、调制管和负载三者串联起来的方式, 如图2.20所示, 我们把它叫做串联式阴极脉冲调制器,

35、 以与图2.18所示的高压电源、调制管和负载三者并联的并联式阴极脉冲调制器相区别。串联式调制器与并联式相比有以下优点: 第一, 串联式调制器省去了重复充电电路, 所以可适用于高重复频率工作, 特别适用于脉冲串工作, 那里可能要求串内的各脉冲间的间隔很小; 第二, 串联式调制器的储能电容就是高压电源的滤波电容器组, 只要这个电容足够大, 就可以适应各种不同的脉冲宽度工作; 第三, 一般说来, 串联式调制器的体积要比并联式的小些, 因为并联式调制器除了需要储能电容外, 高压电源输出端还需要有一个电容, 以尽量减小脉冲负载对电源的影响。此外,并联式调制器还需要充电元件和旁通元件等。但是, 串联式调制

36、器有一个最大的缺点, 就是调制管的栅极电源、帘栅电源、灯丝电源及栅极激励电路等都是处在对地有高压变动的电位上, 这样就使得结构大大复杂。因此, 一般常规雷达还是较多地采用并联式阴极脉冲调制器。 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.20 串联式阴极脉冲调制器 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.调制阳极脉冲调制器调制阳极脉冲调制器 为了减小调制器的尺寸和调制功率, 对于具有调制阳极或栅极的O型管, 可以采用调制阳极调制或栅极调制。这样做还可以避免电子注电压(阴极电压)在上升与下降过程中产生寄生的模振荡。由于O型管的调制阳极与栅极所截获的电流只有电子注电流的很小一部分(约为0.1 %到1 %)

37、, 因而它对调制器呈现的是一个高欧姆电阻, 同时并联着它自身的分布电容、 杂散电容以及调制器的输出电容, 也就是说， 它呈现的基本上是一个电容性负载。由于这个原因, 要采用类似上述阴极调制器的线路是不成功的, 通常采用的是一种称之为浮动板调制器的线路, 如图2.21所示。 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.21 浮动板调制器 第 2 章 雷 达 发 射 机 线路的工作原理是: 在脉冲间歇期, 接通管和截尾管都不导电, 通过泄放电阻R使O型管调制阳板和阴极维持在负偏压上, 因此O型管的电子注电流被截止。当接通管V1受到激励而进入导通状态时, 调制阳极的分布电容C0被充电, 浮动板随之被短接

38、到近于地电位, 形成输出脉冲前沿, 此时调制阳极与阴极之间的电位差接近于电子注电压E, O型管开始工作, 在脉冲宽度期间, 接通管保持在导通状态, 使调制阳极也继续维持在近于地电位, 形成调制脉冲平顶。当截尾管受到激励而开启时(接通管的激励电路同时使接通管断开), 分布电容C0通过偏压电源和截尾管迅速放电, 调制阳极重新回到相对于阴极为负偏压的电位差, 形成调制脉冲的后沿2, O型管也就相应地截止。 第 2 章 雷 达 发 射 机 浮动板调制器与一般的阴极脉冲调制器相比, 具有以下基本特点: 要求调制管能承受全部电子注电压, 但要求流过它的电流较小, 主要是在脉冲前后沿期内给分布电容C0提供充

39、放电电流, 因而调制管的功率损耗主要也就取决于分布电容C0中的储能和脉冲重复频率fr。其表达式为 式中, Pa为调制管的功率损耗; u为电子注电压; fr为脉冲重复频率。 第 2 章 雷 达 发 射 机 浮动板调制器形成的调制脉冲, 其前沿和后沿按速率du/dt=I0/C线性变化, 此速率取决于接通管和截尾管的电流I0, 与脉冲宽度的大小无关, 故适合于宽脉冲和高工作比。 浮动板调制器形成的脉冲具有比较平坦的平顶, 不存在顶峰, 因为O型管接通时直接跨在电子注电源的两端, 并且接通管处在饱和开关状态, 只有很小的管压降, 其栅极激励电压的变化对O型管的电子注电流只有二阶的影响。 第 2 章 雷

40、 达 发 射 机 接通管和截尾管都处于高电位上, 故增加了对它们激励的困难。解决的基本办法是使定时器来的使接通管导通的脉冲开始触发信号和使接通管截止、截尾管导通的脉冲开始触发信号，分别通过隔离高电位的耦合方式耦合到浮动的高电位上去。 常用的耦合方式有电容耦合、变压器耦合、射频耦合和光耦合等, 其中光耦合是一种新颖技术, 它的性能较好。 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.22 接通管和截尾管电压.电流波形 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.5.2软性开关脉冲调制器软性开关脉冲调制器 为了提高充电效率, 在软性开关调制器中广泛采用电感作为 充 电 元 件 。 通 常 设 计 得 使 充 电

41、 回 路 的 自 然 谐 振 周 期 是仿真线的静电容)等于脉冲重复周期Tr的两倍, 即 这种充电方式称为直流谐振充电。在忽略充电电路的损耗时, 仿真线在充电结束时的电压应为电源电压的两倍。 直流谐振充电的缺点是脉冲重复频率必须是固定的, 因此为了适应雷达工作于多种重复频率的要求, 可在充电电路中串入一只二极管, 称为充电二极管或保持二极管, 如图2.23中VD1所示。 第 2 章 雷 达 发 射 机 图 2.23 软性开关脉冲调制器的典型线路 第 2 章 雷 达 发 射 机 与刚性开关脉冲调制器相比, 软性开关调制器的优点是: 转换功率大, 线路效率高。 这是因为软性开关导通时内阻小, 可以

42、通过的电流大。 例如, 国产氢闸流管的定型产品转换功率可达10 MW以上, 电流达1000 A。 它要求的触发脉冲振幅小, 功率低, 对波形的要求不严格, 因此预调器比较简单。 第 2 章 雷 达 发 射 机 它的主要缺点是: 脉冲波形一般不如刚性开关调制器好, 因为人工线的不理想和脉冲变压器的分布参数都会使脉冲波形的前后沿拖长, 顶部产生脉动。 对负载阻抗的适应性差, 因为它在正常工作时要求人工线的特性阻抗与负载阻抗匹配。 对波形的适应性也差, 因为改变脉冲宽度时必须在高压电路中变换人工线。 如果是高工作比工作, 由于软性开关恢复时间的限制, 往往更难做到。 由此可见, 软性开关调制器适宜应用在精度要求不高, 波形要求不严而功率要求较大的雷达发射机中, 例如远程警戒雷达中。