雷達(dá)原理與設(shè)備 第2章 雷達(dá)發(fā)射機(jī)

1、第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.1 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成 2.2 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo) 2.3 單級振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)單級振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī) 2.4 固態(tài)發(fā)射機(jī)固態(tài)發(fā)射機(jī) 2.5 脈沖調(diào)制器脈沖調(diào)制器 2.6 磁控管振蕩器磁控管振蕩器 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.1 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)和基本組成 雷達(dá)是利用物體反射電磁波的特性來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并確定目標(biāo) 的距離、方位、高度和速度等參數(shù)的。因此, 雷達(dá)工作時要求 發(fā)射一種特定的大功率無線電信號。發(fā)射機(jī)在雷達(dá)中就是起這

2、一作用的, 也就是說, 它為雷達(dá)提供一個載波受到調(diào)制的大功率 射頻信號, 經(jīng)饋線和收發(fā)開關(guān)由天線輻射出去。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.1 單級振蕩式發(fā)射機(jī) 脈沖調(diào)制器 大功率射 頻振蕩器 電 源 定時信號至天線 TrTrTr 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.2 主振放大式發(fā)射機(jī) 固 體 微波源 中間射頻 功率放大器 輸出射頻 功率放大器 脈沖 調(diào)制器 脈沖 調(diào)制器 脈沖 調(diào)制器 定時器 主控振蕩器射頻放大鏈 電 源 觸發(fā)脈沖 至天線 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 單級振蕩式發(fā)射機(jī)與主振放大式發(fā)射機(jī)相比，最大的優(yōu)點(diǎn) 是簡單、經(jīng)濟(jì), 也比較輕便。實(shí)踐表明, 同樣的功率電平,

3、 單級 振蕩式發(fā)射機(jī)大約只有主振放大式重量的1/3。因此, 只要有可 能, 還是盡量優(yōu)先采用單級振蕩式方案。但是, 當(dāng)整機(jī)對發(fā)射機(jī) 有較高要求時, 單級振蕩式發(fā)射機(jī)往往無法滿足而必須采用主 振放大式發(fā)射機(jī)。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.2 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo) 1. 工作頻率或波段工作頻率或波段 雷達(dá)的工作頻率或波段是按照雷達(dá)的用途確定的。為了提高 雷達(dá)系統(tǒng)的工作性能和抗干擾能力, 有時還要求它能在幾個頻率 上跳變工作或同時工作。工作頻率或波段的不同對發(fā)射機(jī)的設(shè) 計影響很大, 它首先牽涉到發(fā)射管種類的選擇, 例如目前在 1000MHz以下主要采用微波三、四極

4、管, 在1000 MHz以上則有多 腔磁控管、 大功率速調(diào)管、行波管以及前向波管等。目前各類 發(fā)射管所能提供的射頻功率與帶寬能力如圖2.3所示。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2. 輸出功率輸出功率 發(fā)射機(jī)的輸出功率直接影響雷達(dá)的威力和抗干擾能力。 通 常規(guī)定發(fā)射機(jī)送至天線輸入端的功率為發(fā)射機(jī)的輸出功率。 有 時為了測量方便, 也可以規(guī)定在指定負(fù)載上(饋線上一定的電壓 駐波比)的功率為發(fā)射機(jī)的輸出功率。如果是波段工作的發(fā)射機(jī)， 則還應(yīng)規(guī)定在整個波段中輸出功率的最低值, 或者規(guī)定在波段 內(nèi)輸出功率的變化不得大于多少分貝。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.3 微波發(fā)射管功率與帶寬能力現(xiàn)狀

5、 1 2 3 4 5 101001000 0.1 1 1 10 100 1000 10 000 平均功率/kW 功率 / MW 0.010.1 0.1 1.0 10 100 1 32 4 PF 2 6 5 微波管 邊界 1.010100 頻率/GHz頻率/GHz (a)(b) 螺線行波管 耦合腔行波管 速調(diào)管 行波速調(diào)管 速調(diào)管 0.1110100100010 000 1 10 100 帶寬( % ) 峰值功率/kW (c) 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)的輸出功率又可分為峰值功率Pt和平均功 率Pav。Pt是指脈沖期間射頻振蕩的平均功率(注意不要與射頻正 弦振蕩的最大瞬功率相

6、混淆)。Pav是指脈沖重復(fù)周期內(nèi)輸出功率 的平均值。如果發(fā)射波形是簡單的矩形脈沖列, 脈沖寬度為, 脈 沖重復(fù)周期為Tr, 則有 rt r tav fP T PP 式中的fr=1/Tr是脈沖重復(fù)頻率。/Tr=fr稱作雷達(dá)的工作比D。 常 規(guī)的脈沖雷達(dá)工作比的典型值為D=0.001, 但脈沖多卜勒雷達(dá)的 工作比可達(dá)10-2數(shù)量級, 甚至達(dá)10-1數(shù)量級。顯然, 連續(xù)波雷達(dá)的 D=1。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 3. 總效率總效率 發(fā)射機(jī)的總效率是指發(fā)射機(jī)的輸出功率與它的輸入總功率 之比。 因?yàn)榘l(fā)射機(jī)通常在整機(jī)中是最耗電和最需要冷卻的部 分, 有高的總效率, 不僅可以省電, 而且對于減輕整機(jī)

7、的體積重 量也很有意義。對于主振放大式發(fā)射機(jī), 要提高總效率, 特別要 注意改善輸出級的效率。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 4. 信號形式信號形式(調(diào)制形式調(diào)制形式) 表表 2.1 雷達(dá)的常用信號形式雷達(dá)的常用信號形式 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.4 三種典型雷達(dá)信號和調(diào)制波形 Tr t t (a) Tr (b) 0 (c) t t t t 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 5 . 信號的穩(wěn)定度或頻譜純度信號的穩(wěn)定度或頻譜純度 信號的穩(wěn)定度是指信號的各項(xiàng)參數(shù), 例如信號的振幅、 頻率 (或相位)、 脈沖寬度及脈沖重復(fù)頻率等是否隨時間作不應(yīng)有的 變化。后面將會分析到, 雷達(dá)信號的任

8、何不穩(wěn)定都會給雷達(dá)整機(jī) 性能帶來不利的影響。例如對動目標(biāo)顯示雷達(dá), 它會造成不應(yīng)有 的系統(tǒng)對消剩余, 在脈沖壓縮系統(tǒng)中會造成目標(biāo)的距離旁瓣以及 在脈沖多卜勒系統(tǒng)中會造成假目標(biāo)等。信號參數(shù)的不穩(wěn)定可分 為規(guī)律性的與隨機(jī)性的兩類, 規(guī)律性的不穩(wěn)定往往是由電源濾波 不良、機(jī)械震動等原因引起的, 而隨機(jī)性的不穩(wěn)定則是由發(fā)射管 的噪聲和調(diào)制脈沖的隨機(jī)起伏所引起的。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.5 矩形射頻脈沖列的理想頻譜 相 對 振 幅 Tr 1 f sinf f0 1 f0f0 1 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.6 實(shí)際發(fā)射信號的頻譜 20 40 60 80 100 0123 信

9、號的 第一譜線 離 散 型 寄生輸出 分布型寄生輸出 fm / kHz /(dB/Hz) 0 4 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 對于分布性的寄生輸出則以偏離載頻若干赫的傅里葉頻率 (以fm表之)上每單位頻帶的單邊帶功率與信號功率之比來衡量, 其單位以dB/Hz計。由于分布性寄生輸出對于fm的分布是不均勻 的, 所以信號頻譜純度是fm的函數(shù), 通常用L(fm)表示。假如測量 設(shè)備的有效帶寬不是1 Hz而是BHz, 那么所測得的分貝值與L(fm) 的關(guān)系可近似認(rèn)為等于 HzdBB B fL m /lg10lg10)( 信號功率 帶寬內(nèi)的單邊帶功率 現(xiàn)代雷達(dá)對信號的頻譜純度提出了很高的要求, 例如

10、對于脈沖多 卜勒雷達(dá)一個典型的要求是-80 dB。為了滿足信號頻譜純度的 要求, 發(fā)射機(jī)需要精心的設(shè)計。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.3 單級振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī)單級振蕩和主振放大式發(fā)射機(jī) 2.3.1 單級振蕩式發(fā)射機(jī)單級振蕩式發(fā)射機(jī) 圖 2.7 單級振蕩式發(fā)射機(jī)組成方框圖 預(yù)調(diào)器調(diào)制器振蕩器 發(fā)射機(jī) 定時器顯示器接收機(jī) 天線 開關(guān) 天線控 制系統(tǒng) 電源、控制、 保護(hù)電路 (b)(c) (a) (d) 天線 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.8 單級振蕩式發(fā)射機(jī)各級波形 觸發(fā)脈沖 0Trt (a) t 預(yù)調(diào)脈沖 0(b) 調(diào)制脈沖 (c) 射頻脈沖 t t 0 0 (d) 第

11、2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.3.2 主振放大式發(fā)射機(jī)的特點(diǎn)主振放大式發(fā)射機(jī)的特點(diǎn) 1. 具有很高的頻率穩(wěn)定度具有很高的頻率穩(wěn)定度 在雷達(dá)整機(jī)要求有很高的頻率穩(wěn)定度的情況下, 必須采用主 振放大式發(fā)射機(jī)。 因?yàn)樵趩渭壵袷幨桨l(fā)射機(jī)中, 信號的載頻直 接由大功率振蕩器決定。由于振蕩管的預(yù)熱漂移、溫度漂移、 負(fù)載變化引起的頻率拖曳效應(yīng)、 電子頻移、 調(diào)諧游移以及校準(zhǔn) 誤差等原因, 單級振蕩式發(fā)射機(jī)難于達(dá)到高的頻率精度和穩(wěn)定度。 在主振放大式發(fā)射機(jī)中, 如前所述, 載頻的精度和穩(wěn)定度在 低電平級決定, 較易采取各種穩(wěn)頻措施, 例如恒溫、防震、穩(wěn)壓 以及采用晶體濾波、注入穩(wěn)頻及鎖相穩(wěn)頻等措施, 所以能

12、夠得到 很高的頻率穩(wěn)定度。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2. 發(fā)射相位相參信號發(fā)射相位相參信號 在要求發(fā)射相位相參信號的雷達(dá)系統(tǒng)(例如脈沖多卜勒雷達(dá) 等)中, 必須采用主振放大式發(fā)射機(jī)。所謂相位相參性，是指兩個 信號的相位之間存在著確定的關(guān)系。 對于單級振蕩式發(fā)射機(jī), 由 于脈沖調(diào)制器直接控制振蕩器的工作, 每個射頻脈沖的起始射頻 相位是由振蕩器的噪聲決定的, 因而相繼脈沖的射頻相位是隨機(jī) 的, 或者說, 這種受脈沖調(diào)制的振蕩器輸出的射頻信號相位是不 相參的。 所以, 有時把單級振蕩式發(fā)射機(jī)稱為非相參發(fā)射機(jī)。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 在主振放大式發(fā)射機(jī)中, 主控振蕩器提供的是連續(xù)波

13、信號, 射頻脈沖的形成是通過脈沖調(diào)制器控制射頻功率放大器達(dá)到的。 因此， 相繼射頻脈沖之間就具有固定的相位關(guān)系。只要主控振 蕩器有良好的頻率穩(wěn)定度, 射頻放大器有足夠的相位穩(wěn)定度, 發(fā) 射信號就可以具有良好的相位相參性。為此, 常把主振放大式 發(fā)射機(jī)稱為相參發(fā)射機(jī)。還需指出, 如果雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射信號、 本振電壓、相參振蕩電壓和定時器的觸發(fā)脈沖均由同一基準(zhǔn)信 號提供, 那么所有這些信號之間均保持相位相參性, 通常把這種 系統(tǒng)稱為全相參系統(tǒng)。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.9 采用頻率合成技術(shù)的主振放大式發(fā)射機(jī) 分頻器 n 調(diào)制器 多 級 放大鏈 基準(zhǔn)頻率 振 蕩 器 倍頻器 M 上變頻

14、 混頻器 諧 波 產(chǎn)生器 N1F 控 制 器 N2F N3F NkF NiF 發(fā)射信號至天線 f0( Ni M)F 觸發(fā)脈沖fr F/n F FMF F 相參振蕩電壓 fC MF 穩(wěn)定本振電壓 fL NiF 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖2.9是采用頻率合成技術(shù)的主振放大式發(fā)射機(jī)的原理方框 圖, 圖中基準(zhǔn)頻率振蕩器輸出的基準(zhǔn)信號頻率為F。在這里, 發(fā)射 信號(頻率f0=NiF+MF)、穩(wěn)定本振電壓(頻率fL=NiF)、相參振蕩 電壓(頻率fc=MF)和定時器的觸發(fā)脈沖(重復(fù)頻率fr=F/n)均由基準(zhǔn) 信號F經(jīng)過倍頻、分頻及頻率合成而產(chǎn)生, 它們之間有確定的相 位相參性, 所以這是一個全相參

15、系統(tǒng)。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 4. 能產(chǎn)生復(fù)雜波形能產(chǎn)生復(fù)雜波形 圖 2.10 能產(chǎn)生復(fù)雜波形的主振放大式發(fā)射機(jī) 波 形 產(chǎn)生器 主振放大 式發(fā)射機(jī) 收發(fā) 開關(guān) 控制與 定時器 穩(wěn) 頻 振蕩器 信 號 處理器 接收機(jī) 復(fù)雜波形發(fā)射機(jī) 輸出 天線 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.3.3 射頻放大鏈的性能與組成射頻放大鏈的性能與組成 主振放大式發(fā)射機(jī)采用多級射頻放大鏈, 它的設(shè)計質(zhì)量與射 頻放大管的選擇關(guān)系密切。關(guān)于各種微波放大管的工作原理已 經(jīng)在“微波電子線路”課程中討論過, 在此僅從微波管對發(fā)射機(jī) 性能影響的角度出發(fā)討論微波管的選用問題。前面已經(jīng)提到, 當(dāng) 雷達(dá)工作頻率在1000

16、MHz以上時, 通常選用直線電子注微波管 (O型管)和正交場型微波管(M型管)作為發(fā)射機(jī)的射頻放大管。 在表2.2中我們對高功率脈沖工作的O型管和分布發(fā)射式的M型管 在同一頻段、同樣峰值功率和平均功率電平下的各項(xiàng)主要性能 進(jìn)行了比較。在1000 MHz以下用得較多的是微波三、 四極管(柵 控管), 在表2.3中列出了它們的主要性能。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 表表2.2 高功率脈沖工作的高功率脈沖工作的O型管和分布發(fā)射式型管和分布發(fā)射式M型管的性能比較型管的性能比較 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 表表2.2 高功率脈沖工作的高功率脈沖工作的O型管和分布發(fā)射式型管和分布發(fā)射式M型管的性能

17、比較型管的性能比較 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 表表 2.3 微波三、四極管的主要電性能微波三、四極管的主要電性能 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 根據(jù)以上的比較可以知道, 選用什么微波管組成放大鏈要按 實(shí)際情況具體考慮, 不存在對于一切場合都是最佳的放大鏈。 從現(xiàn)有的使用情況看, 在1000 MHz以下選用微波三、四極管組 成的放大鏈, 它具有體積小、重量輕、工作電壓低、 相位穩(wěn)定 性和相位特性線性度好、成本低和對負(fù)載失配容限大等優(yōu)點(diǎn)。 但是它的單級增益較低, 往往要求的級數(shù)較多(為提高增益，通 常讓前級工作在A類, 這樣做對放大鏈的總效率影響不大)。它的 頻帶也不易做得寬(新型的將電路

18、元件和管子結(jié)合在一起封裝于 真空殼內(nèi)的所謂同軸管放大器以及將一系列管子結(jié)合在一起組 成分布放大器的四極管鏈，則具有10 %以上乃至幾個倍頻程的 帶寬)。 這種放大鏈較多用于地面遠(yuǎn)程雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)中。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 在1000 MHz以上放大鏈通常有行波管-行波管、 行波管-速 調(diào)管和行波管-前向波管等幾種組成方式: 1) 行波管-行波管式放大鏈 這種放大鏈具有較寬的頻帶, 可 用較少的級數(shù)提供高的增益, 因而結(jié)構(gòu)較為簡單。 但是它的輸 出功率往往不大, 效率也不是很高, 常應(yīng)用于機(jī)載雷達(dá)及要求輕 便的雷達(dá)系統(tǒng)中。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2) 行波管-速調(diào)管放大鏈

19、它的特點(diǎn)是可以提供較大的功率, 在增益和效率方面的性能也比較好, 但是它的頻帶較窄, 速調(diào)管 本身以及要求的附屬設(shè)備(如聚焦磁場及冷卻和防護(hù)設(shè)備等), 使 放大鏈較為笨重, 所以這種放大鏈多用于地面雷達(dá)。 3) 行波管-前向波管放大鏈 這是一種比較好的折衷方案。 行波管雖然效率低, 用在前級對整個放大鏈影響較小, 但可以發(fā) 揮其高增益的優(yōu)點(diǎn)。由于行波管提供了足夠的增益, 使得后級可 以采用增益較低的前向波管, 而前向波管的高效率特點(diǎn)提高了整 個放大鏈的效率, 彼此取長補(bǔ)短。 這種放大鏈頻帶較寬, 體積重 量相對不大, 因而在地面的機(jī)動雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)(末級通常采 用多管輸出)以及某些空載雷達(dá)中

20、應(yīng)用日趨增多。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.3.4 射頻放大鏈應(yīng)用舉例射頻放大鏈應(yīng)用舉例 某精密跟蹤雷達(dá)用的發(fā)射機(jī), 工作在C波段, 要求輸出脈沖 功率為2.5 MW, 1 dB帶寬為1 %, 射頻脈沖寬度為0.8s(前沿寬度 不大于0.10.5s, 后沿寬度不大于0.150.2s), 脈沖重復(fù)頻率可 在600800 Hz的范圍內(nèi)以三種不同的值跳變。 由于此雷達(dá)要求對所跟蹤的目標(biāo)進(jìn)行多卜勒測速, 所以必須 用主振放大式發(fā)射機(jī), 其主振器(固體微波源)的輸出功率為20 mW、 脈沖寬度為4 s的射頻脈沖。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 根據(jù)輸入和輸出功率的要求, 微波放大鏈的功率增益至

21、少應(yīng)為 dBG81 1020 105 . 2 lg10 3 6 顯然, 這樣高的功率增益單靠一級是無法達(dá)到的。根據(jù)微波管產(chǎn) 生的具體情況, 選用三級級聯(lián)組成。為避免各級之間的相互影響, 級間必須用鐵氧體環(huán)流器隔離?？紤]到級間損耗, 微波放大鏈的 實(shí)際增益應(yīng)在83 dB以上。由于要求的輸出功率大, 功率增益高, 但帶寬并不大, 且該雷達(dá)系固定式的地面雷達(dá), 所以可以選用行 波管-速調(diào)管式放大鏈。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 末級選四腔大功率速調(diào)管, 它的前三腔采用參差調(diào)諧, 輸出腔 為復(fù)合腔, 以保證瞬時通頻帶大于1 %。 速調(diào)管的飽和增益為32 dB。放大鏈的前級由兩級行波管組成, 第一級

22、小功率行波管為包 裝式結(jié)構(gòu)的周期性永磁聚焦柵控行波管, 其最大增益為32 dB, 1 dB帶寬為7 %。 第二級是中功率行波管, 其飽和增益大于24 dB, 3 dB帶寬為2.5 %。由于工藝的限制, 中功率行波管和大功率速調(diào) 管沒有柵極或調(diào)制陽級, 因此只有采用陰極脈沖調(diào)制。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.11 發(fā)射機(jī)的組成方框圖 第一級 行波管 第二級 行波管 定 向 耦合器 速測管 20 mW 32 dB 16 W 24 dB 4 kW 自固體微波源0.8 s 環(huán)流器 環(huán)流器 穩(wěn)壓 電源 1.3 s240 V 0 穩(wěn)壓 電源 磁場 電源 調(diào)制器 定時器 1.3 s50 V 調(diào)制

23、器 0 1.2 s50 V 0 預(yù)調(diào)器 1.2 s 0 1.0 s 調(diào)制器 預(yù)調(diào)器 磁調(diào) 壓器 高壓 電源 18 kV 磁場 電源 0.7 s 01.4 s 120 kV 低壓 電源 中壓 電源 0.7 s 50 V0 5 V 0 由測距機(jī)來 的定時脈沖 4 s 0.8 s0.8 s 鈦泵電源 32 dB 0.8 s 2.5 W 至天線 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.4 固固 態(tài)態(tài) 發(fā)發(fā) 射射 機(jī)機(jī) 2.4.1 發(fā)展概況和特點(diǎn)發(fā)展概況和特點(diǎn) 與微波電子管發(fā)射機(jī)相比, 固態(tài)發(fā)射機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn): 不需要陰極加熱、 壽命長。 (2) 具有很高的可靠性。 (3) 體積小、重量輕。 (4) 工作頻

24、帶寬、效率高。 (5) 系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)用靈活。 (1) (6) 維護(hù)方便, 成本較低。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 表表 2.4 應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)中的各種固態(tài)發(fā)射機(jī)的特性應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)中的各種固態(tài)發(fā)射機(jī)的特性 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.4.2 固態(tài)高功率放大器模塊固態(tài)高功率放大器模塊 1. 大功率微波晶體管大功率微波晶體管 大功率微波晶體管的迅速發(fā)展, 對固態(tài)發(fā)射模塊的性能和應(yīng) 用起到重要的推動作用。 在S波段以下, 通常采用硅雙極晶體管。 表2.5列出了在某些雷達(dá)固態(tài)發(fā)射模塊中應(yīng)用的大功率晶體管的 特性。 在S波段以上則較多采用砷化鎵場效應(yīng)管(GaAs FET),目 前它們的輸出功

25、率在810 GHz頻率上可達(dá)20 W, 而在12 GHz以 上時只有幾瓦。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 表表 2.5 在某些雷達(dá)固態(tài)發(fā)射模塊中應(yīng)用的大功率晶體管特性在某些雷達(dá)固態(tài)發(fā)射模塊中應(yīng)用的大功率晶體管特性 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2. 固態(tài)高功率放大器模塊固態(tài)高功率放大器模塊 應(yīng)用先進(jìn)的集成電路工藝和微波網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 將多個大功率 晶體管的輸出功率并行組合, 即可制成固態(tài)高功率放大器模塊。 輸出功率并行組合的主要要求是高功率和高效率。根據(jù)使用要 求, 主要有兩種典型的輸出功率組合方式。圖 2.12(a)是空間合 成的輸出結(jié)構(gòu), 主要用于相控陣?yán)走_(dá)。由于沒有微波功率合成 網(wǎng)絡(luò)的插

26、入損耗, 因此輸出功率的效率很高。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.12 固態(tài)功率放大器輸出功率組合方式 (a) 空間合成方式; (b) 集中合成輸出結(jié)構(gòu); (c) 集中合成輸出結(jié)構(gòu)的固態(tài)高效模塊 (a) 1 1: n1 2 n1 n1:11: n2 1 3 2 n2 輸入 P n2A A 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.12 固態(tài)功率放大器輸出功率組合方式 (a) 空間合成方式; (b) 集中合成輸出結(jié)構(gòu); (c) 集中合成輸出結(jié)構(gòu)的固態(tài)高效模塊 1 1: n1 2 n1 n1:11: n2 1 3 2 n2 輸入 n2:1 P n2A損耗 (b) A 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā)

27、 射 機(jī) 圖 2.12 固態(tài)功率放大器輸出功率組合方式 (a) 空間合成方式; (b) 集中合成輸出結(jié)構(gòu); (c) 集中合成輸出結(jié)構(gòu)的固態(tài)高效模塊 1: n1 1 n1: 1 2 n1 1 2 n2 1: n2n2: 1 3 C 邏輯 SW 輸入 集電極電壓 輸出 (c) 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.4.3 微波單片集成微波單片集成(MMIC) 收發(fā)模塊收發(fā)模塊 微波單片集成電路(MMIC)的最新發(fā)展, 使固態(tài)收發(fā)模塊在 相控陣?yán)走_(dá)中的應(yīng)用達(dá)到實(shí)用階段。微波單片集成電路采用了 新的模塊化設(shè)計方法, 將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件(線性放大 器、低噪聲放大器、飽和放大器或有源開關(guān)等)和無源器

28、件(電 阻、電容、電感、二極管和傳輸線等)制作在同一塊砷化鎵 (GaAs)基片上, 從而大大提高了固態(tài)收發(fā)模塊的技術(shù)性能, 使成 品的一致性好, 尺寸小, 重量輕。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖2.13示出典型的微波單片集成收發(fā)模塊的組成框圖。 收 發(fā)模塊主要由功率放大器、低噪聲放大器、寬帶放大器、移相 器、衰減器、限幅收發(fā)開關(guān)和環(huán)行器等部件組成, 具有高集成度、 高可靠性和多功能特點(diǎn)。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.13 用于相控陣?yán)走_(dá)的單片集成收發(fā)模塊組成框圖 12345 T/R控制 T/RT/R 控制處理 A A A 偏置控制 A A A T/R 限幅器 發(fā)射功率放大器

29、環(huán)行器 天線 發(fā)射端口 接收端口 控制數(shù)據(jù)輸入 低噪聲接收放大器 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 近年來微波單片集成收發(fā)模塊發(fā)展很快, 并且已經(jīng)成為相控 陣?yán)走_(dá)的關(guān)鍵部件。從超高頻波段至厘米波波段, 都有可供實(shí)用 的微波單片集成收發(fā)模塊, 表2.6列出了從L波段至X波段的幾種 集成收發(fā)模塊的主要性能參數(shù)及其體積和重量。 微波單片集成收發(fā)模塊的主要優(yōu)點(diǎn)如下: (1) 成本低。因?yàn)橛捎性春蜔o源器件構(gòu)成的高集成度和多功 能電路是用批量生產(chǎn)工藝制作在相同的基片上的, 它不需要常規(guī) 的電路焊接裝配過程, 所以成本低廉。 (2) 高可靠性。采用先進(jìn)的集成電路工藝和優(yōu)化的微波網(wǎng)絡(luò) 技術(shù), 沒有常規(guī)分離元件電

30、路的硬線連接和元件組裝過程, 因此 單片集成收發(fā)模塊的可靠性大大提高。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 表表 2.6 用于相控陣?yán)走_(dá)的幾種單片集成收發(fā)模塊性能參數(shù)用于相控陣?yán)走_(dá)的幾種單片集成收發(fā)模塊性能參數(shù) 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) (3) 電路性能一致性好、成品率高。單片集成收發(fā)模塊是在 相同的基片上批量生產(chǎn)制作的, 電路性能的一致性很好, 成品率 高, 在使用維護(hù)中的替換性也很好。 (4) 尺寸小、重量輕。有源和無源器件制作在同一塊砷化鎵 基片上, 電路的集成度很高, 它的尺寸和重量與常規(guī)的分離元件 制作的收發(fā)模塊相比越來越小。如表2.6所示, L波段的單片集成 收發(fā)模塊的尺寸為67

31、.2 cm2, 重量僅為4盎司 (即0.113 kg)。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.4.4 固態(tài)發(fā)射機(jī)的應(yīng)用固態(tài)發(fā)射機(jī)的應(yīng)用 1. 在相控陣?yán)走_(dá)中的應(yīng)用在相控陣?yán)走_(dá)中的應(yīng)用 固態(tài)模塊在相控陣?yán)走_(dá)中的應(yīng)用已受到重視。 相控陣天線 中的每個輻射元由單個的固態(tài)收發(fā)模塊組成。相控陣天線利用 電掃描方式, 使每個固態(tài)模塊輻射的能量在空間合成為所需要 的高功率輸出, 從而避免了采用微波網(wǎng)絡(luò)合成功率所引起的損 耗。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.14 典型的L波段相控陣發(fā)射/接收模塊 1 2 3 4 5 6 7 移相器 T/R開關(guān) 低噪聲 放大器 限幅器 T/R開關(guān) 環(huán)行器 至天線 T/

32、R 邏輯 功率放大器 預(yù)放大器 移相器 移相 邏輯 射頻 信號 1 2 (T/R) 2 (T/R) 1 控 制 信 號 假 負(fù) 載 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 在發(fā)射狀態(tài), 邏輯控制電路發(fā)出指令, 使移相器收發(fā)開關(guān)處 于發(fā)射方式(即保證移相器與預(yù)放大器接通)。射頻信號經(jīng)過移 相器加到由硅雙極晶體管組成的預(yù)放大器和功率放大器上, 再經(jīng) 過環(huán)行器后直接激勵相控陣天線中的某個陣元。在接收狀態(tài), 邏 輯控制電路使移相器收發(fā)開關(guān)處于接收方式(即保證低噪聲放大 器與移相器接通), 由天線陣元接收到的射頻回波信號經(jīng)環(huán)行器 和限幅器收發(fā)開關(guān)后加至低噪聲放大器, 然后再經(jīng)過移相器送至 射頻綜合網(wǎng)絡(luò)。 射頻綜

33、合網(wǎng)絡(luò)合成從各個陣元的發(fā)射/接收組件 返回的射頻回波信號, 最后送至由計算機(jī)控制的相控陣?yán)走_(dá)信號 處理機(jī)。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2. 在全固態(tài)化高可靠性雷達(dá)中的應(yīng)用在全固態(tài)化高可靠性雷達(dá)中的應(yīng)用 圖 2.15 L波段高可靠性全固態(tài)化發(fā)射機(jī) 150 W 轉(zhuǎn)換 開關(guān) 轉(zhuǎn)換 開關(guān) 65 66 (1) 組 合 器 1:8 (8) 組 合 器 1 2 64 150 W 1:8 (8) 組 合 器 8:1 150 W 150 W (1) 組 合 器 8:1 至控制器面板 至監(jiān)控器 8 kW射頻輸出 射頻 輸入 增益(損耗) 電平 0.7 dB 33.532.8 19.2 dB 52.0 19.

34、2 dB 32.8 19 dB 69.8 0.93 dB 68.5(dBmW) 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2. 在全固態(tài)化高可靠性雷達(dá)中的應(yīng)用在全固態(tài)化高可靠性雷達(dá)中的應(yīng)用 圖2.15示出了一個L波段高可靠全固態(tài)化發(fā)射機(jī)的應(yīng)用實(shí)例。 這個固態(tài)發(fā)射機(jī)的輸出峰值功率為8 kW、平均功率為125 kW。 它的主要特點(diǎn)是: (1) 功率放大級采 用64個固態(tài)放大集成組件組成, 每個集成 組件峰值功率為150 W、增益為20 dB、帶寬為200 MHz、效率為 33 %; (2) 采用高性能的1 8功率分配器和8 1的功率合成器, 保 證級間有良好的匹配和高的功率傳輸效率; (3) 采用兩套前置預(yù)

35、放大器(組件65和66), 如果一路預(yù)放大器 失效, 轉(zhuǎn)換開關(guān)將自動接通另一路。 上述三點(diǎn)使這個固態(tài)發(fā)射機(jī) 具有高可靠性, 而且體積小、重量輕、 機(jī)動性好。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 3. 在連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用在連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用 圖 2.16 用于連續(xù)波對空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的固態(tài)發(fā)射機(jī) 320 W144 144個發(fā)射模塊 320 W144 144個發(fā)射模塊 末前級激勵 2320 W 功率 18 路輸出 1.8 kW1.8 kW 6 個模塊6 個模塊 激勵級 320 W功率 2592320 W 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖2.16示出一種用于連續(xù)波體制對

36、空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的固態(tài) 發(fā)射機(jī)的組成框圖。這個連續(xù)波對空監(jiān)視雷達(dá)提供高空衛(wèi)星及 其它空中目標(biāo)的檢測和跟蹤數(shù)據(jù),工作頻率為217 MHz。為了提 高雷達(dá)系統(tǒng)的性能, 用固態(tài)發(fā)射機(jī)直接代替了原來體積龐大, 效 率較低的電子管發(fā)射機(jī)。整個天線陣面由2592個相控陣偶極子 輻射器組成。每個輻射器直接由一個平均功率為320 W的固態(tài) 發(fā)射模塊驅(qū)動。由于固態(tài)發(fā)射模塊與偶極子輻射器采用了一體 化結(jié)構(gòu), 與電子管發(fā)射機(jī)相比, 功率傳輸效率提高了1 dB。2592 個固態(tài)發(fā)射模塊輸出的總平均功率為830 kW, 當(dāng)考慮天線陣面的 增益時, 在空中合成的有效輻射功率高達(dá)98 dBW 。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射

37、機(jī) 與原來的電子管發(fā)射機(jī)相比, 這個固態(tài)發(fā)射機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn): (1) 高效率、低損耗。由于2592個固態(tài)發(fā)射模塊與對應(yīng)的偶 極子輻射器在結(jié)構(gòu)上是一體化的, 沒有電子管發(fā)射機(jī)必不可少的 微波功率輸出分配網(wǎng)絡(luò)帶來的損耗, 整個發(fā)射機(jī)的效率為52.6 %, 比原來電子管發(fā)射機(jī)的效率(26.4 %)提高了 1 倍。 (2) 高可靠性。 固態(tài)發(fā)射模塊本身的平均無故障間隔時間已 超過100 000 h, 整個發(fā)射系統(tǒng)的可靠性為0.9998。 (3) 體積小、重量輕、維護(hù)方便。原來的發(fā)射機(jī)由18個輸出 功率為50 kW的高功率電子管末級放大器組成, 需要的附加安全 防護(hù)設(shè)備很多, 體積龐大, 維修困難。固態(tài)

38、發(fā)射機(jī)使用2592個平 均功率為320 W的固態(tài)模塊, 直流供電電壓為28 V, 使用和維護(hù)很 方便。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 表表 2.7 典型的固態(tài)發(fā)射模塊的性能參數(shù)典型的固態(tài)發(fā)射模塊的性能參數(shù) 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 表表2.8 連續(xù)波對空監(jiān)視雷達(dá)固態(tài)發(fā)射機(jī)和電子管發(fā)射機(jī)性連續(xù)波對空監(jiān)視雷達(dá)固態(tài)發(fā)射機(jī)和電子管發(fā)射機(jī)性 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.5 脈脈 沖沖 調(diào)調(diào) 制制 器器 圖 2.17 脈沖調(diào)制器的組成方框 充電元件 儲能元件 (電容器或 人工線) 耦合元件 (脈沖變壓器) 調(diào)制開關(guān) (剛性的或 軟性的) 電源 部分 射 頻 發(fā)生器 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā)

39、射 機(jī) 2.5.1 剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器 根據(jù)負(fù)載的不同, 剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器又可分為陰極脈沖調(diào) 制器、 調(diào)制陽極脈沖調(diào)制器和柵極脈沖調(diào)制器。陰極脈沖調(diào)制 器是直接或通過耦合元件(脈沖變壓器)去控制射頻發(fā)生器的全 部電子注功率的。調(diào)制陽極脈沖調(diào)制器雖然一般也要提供全部 電子注電壓, 但由于調(diào)制陽極截獲的電流很小, 因而它主要在脈 沖的起始和結(jié)束時給分布電容充電和放電提供較大的電流。柵 極脈沖調(diào)制器和調(diào)制陽極脈沖調(diào)制器相似, 不過超高頻管的柵極 總是做成具有高放大系數(shù)的控制極, 所以要求的調(diào)制電壓要小得 多, 可以采用低壓元件和技術(shù)。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 1. 陰極脈

40、沖調(diào)制器陰極脈沖調(diào)制器 剛性開關(guān)陰極脈沖調(diào)制器的典型線路如圖2.18所示。圖中 V1是剛性開關(guān)管, C是儲能電容, V2是作為調(diào)制器負(fù)載的磁控管, 電阻R1是充電元件, 電感L和二極管V3構(gòu)成儲能元件的充電通路 并用來改善調(diào)制脈沖的下降邊。把圖2.18的線路與一般的視頻 脈沖放大器相比可以看出, 剛性開關(guān)陰極脈沖調(diào)制器本質(zhì)上就 是一個視頻脈沖放大器, 只不過在設(shè)計上要充分注意到它在大 功率下運(yùn)用, 并要保證射頻發(fā)生器所要求的良好波形罷了。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.18 剛性開關(guān)陰極調(diào)制器的典型線路 E R1C V1 L V3 C0 V2 Eg 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖

41、 2.19 用脈沖變壓器耦合的陰極脈沖調(diào)制器 高壓 電源 R1L1 C V 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 為了適應(yīng)多種脈沖寬度和高工作比的工作, 往往采用把高壓 電源、調(diào)制管和負(fù)載三者串聯(lián)起來的方式, 如圖2.20所示, 我們把 它叫做串聯(lián)式陰極脈沖調(diào)制器, 以與圖2.18所示的高壓電源、調(diào) 制管和負(fù)載三者并聯(lián)的并聯(lián)式陰極脈沖調(diào)制器相區(qū)別。串聯(lián)式 調(diào)制器與并聯(lián)式相比有以下優(yōu)點(diǎn): 第一, 串聯(lián)式調(diào)制器省去了重 復(fù)充電電路, 所以可適用于高重復(fù)頻率工作, 特別適用于脈沖串 工作, 那里可能要求串內(nèi)的各脈沖間的間隔很小; 第二, 串聯(lián)式調(diào) 制器的儲能電容就是高壓電源的濾波電容器組, 只要這個電容足

42、 夠大, 就可以適應(yīng)各種不同的脈沖寬度工作; 第三, 一般說來, 串 聯(lián)式調(diào)制器的體積要比并聯(lián)式的小些, 因?yàn)椴⒙?lián)式調(diào)制器除了需 要儲能電容外, 高壓電源輸出端還需要有一個電容, 以盡量減小 脈沖負(fù)載對電源的影響。此外,并聯(lián)式調(diào)制器還需要充電元件和 旁通元件等。但是, 串聯(lián)式調(diào)制器有一個最大的缺點(diǎn), 就是調(diào)制 管的柵極電源、簾柵電源、燈絲電源及柵極激勵電路等都是處 在對地有高壓變動的電位上, 這樣就使得結(jié)構(gòu)大大復(fù)雜。因此, 一般常規(guī)雷達(dá)還是較多地采用并聯(lián)式陰極脈沖調(diào)制器。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.20 串聯(lián)式陰極脈沖調(diào)制器 高壓 電源 C 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.

43、調(diào)制陽極脈沖調(diào)制器調(diào)制陽極脈沖調(diào)制器 為了減小調(diào)制器的尺寸和調(diào)制功率, 對于具有調(diào)制陽極或柵 極的O型管, 可以采用調(diào)制陽極調(diào)制或柵極調(diào)制。這樣做還可以 避免電子注電壓(陰極電壓)在上升與下降過程中產(chǎn)生寄生的模 振蕩。由于O型管的調(diào)制陽極與柵極所截獲的電流只有電子注 電流的很小一部分(約為0.1 %到1 %), 因而它對調(diào)制器呈現(xiàn)的是 一個高歐姆電阻, 同時并聯(lián)著它自身的分布電容、 雜散電容以 及調(diào)制器的輸出電容, 也就是說， 它呈現(xiàn)的基本上是一個電容 性負(fù)載。由于這個原因, 要采用類似上述陰極調(diào)制器的線路是 不成功的, 通常采用的是一種稱之為浮動板調(diào)制器的線路, 如圖 2.21所示。 第 2

44、 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.21 浮動板調(diào)制器 偏 壓 與 激勵電路 偏 壓 偏 壓 與 激勵電路 V2 R V1 E 前沿觸發(fā) 0 0 后沿觸發(fā) 0 后沿觸發(fā) 浮動板 C0 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 線路的工作原理是: 在脈沖間歇期, 接通管和截尾管都不導(dǎo) 電, 通過泄放電阻R使O型管調(diào)制陽板和陰極維持在負(fù)偏壓上, 因 此O型管的電子注電流被截止。當(dāng)接通管V1受到激勵而進(jìn)入導(dǎo) 通狀態(tài)時, 調(diào)制陽極的分布電容C0被充電, 浮動板隨之被短接到 近于地電位, 形成輸出脈沖前沿, 此時調(diào)制陽極與陰極之間的電 位差接近于電子注電壓E, O型管開始工作, 在脈沖寬度期間, 接 通管保持在導(dǎo)通

45、狀態(tài), 使調(diào)制陽極也繼續(xù)維持在近于地電位, 形 成調(diào)制脈沖平頂。當(dāng)截尾管受到激勵而開啟時(接通管的激勵電 路同時使接通管斷開), 分布電容C0通過偏壓電源和截尾管迅速 放電, 調(diào)制陽極重新回到相對于陰極為負(fù)偏壓的電位差, 形成調(diào) 制脈沖的后沿2, O型管也就相應(yīng)地截止。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 浮動板調(diào)制器與一般的陰極脈沖調(diào)制器相比, 具有以下基 本特點(diǎn): 要求調(diào)制管能承受全部電子注電壓, 但要求流過它的電 流較小, 主要是在脈沖前后沿期內(nèi)給分布電容C0提供充放電電 流, 因而調(diào)制管的功率損耗主要也就取決于分布電容C0中的儲 能和脈沖重復(fù)頻率fr。其表達(dá)式為 式中, Pa為調(diào)制管的功率

46、損耗; u為電子注電壓; fr為脈沖重復(fù)頻 率。 ra fuCP 2 0 2 1 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 浮動板調(diào)制器形成的調(diào)制脈沖, 其前沿和后沿按速率 du/dt=I0/C線性變化, 此速率取決于接通管和截尾管的電流I 0, 與脈沖寬度的大小無關(guān), 故適合于寬脈沖和高工作比。 浮動板調(diào)制器形成的脈沖具有比較平坦的平頂, 不存在 頂峰, 因?yàn)镺型管接通時直接跨在電子注電源的兩端, 并且接通 管處在飽和開關(guān)狀態(tài), 只有很小的管壓降, 其柵極激勵電壓的變 化對O型管的電子注電流只有二階的影響。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 接通管和截尾管都處于高電位上, 故增加了對它們激勵 的困難。解

47、決的基本辦法是使定時器來的使接通管導(dǎo)通的脈沖 開始觸發(fā)信號和使接通管截止、截尾管導(dǎo)通的脈沖開始觸發(fā)信 號，分別通過隔離高電位的耦合方式耦合到浮動的高電位上去。 常用的耦合方式有電容耦合、變壓器耦合、射頻耦合和光耦合 等, 其中光耦合是一種新穎技術(shù), 它的性能較好。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 空載波形 1 有載波形 ug1 0 i接 0 i載 0 O型管脈寬 t t t 2 圖 2.22 接通管和截尾管電壓.電流波形 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 2.5.2 軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器 為了提高充電效率, 在軟性開關(guān)調(diào)制器中廣泛采用電感作為 充電元件。通常設(shè)計得使充電回路的自然

48、諧振周期 是仿真線的靜電容)等于脈沖重復(fù)周期Tr的兩倍, 即 0 CLT chr 0 CLT chr 這種充電方式稱為直流諧振充電。在忽略充電電路的損耗時, 仿 真線在充電結(jié)束時的電壓應(yīng)為電源電壓的兩倍。 直流諧振充電 的缺點(diǎn)是脈沖重復(fù)頻率必須是固定的, 因此為了適應(yīng)雷達(dá)工作于 多種重復(fù)頻率的要求, 可在充電電路中串入一只二極管, 稱為充 電二極管或保持二極管, 如圖2.23中VD1所示。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 圖 2.23 軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器的典型線路 VD2 R1 VD1Lch V1 PFN R2 C2 V2 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 與剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器相比, 軟性開關(guān)調(diào)

49、制器的優(yōu)點(diǎn)是: 轉(zhuǎn)換功率大, 線路效率高。 這是因?yàn)檐浶蚤_關(guān)導(dǎo)通時內(nèi) 阻小, 可以通過的電流大。 例如, 國產(chǎn)氫閘流管的定型產(chǎn)品轉(zhuǎn)換 功率可達(dá)10 MW以上, 電流達(dá)1000 A。 它要求的觸發(fā)脈沖振幅小, 功率低, 對波形的要求不嚴(yán)格, 因此預(yù)調(diào)器比較簡單。 第 2 章 雷 達(dá) 發(fā) 射 機(jī) 它的主要缺點(diǎn)是: 脈沖波形一般不如剛性開關(guān)調(diào)制器好, 因?yàn)槿斯ぞ€的不 理想和脈沖變壓器的分布參數(shù)都會使脈沖波形的前后沿拖長, 頂 部產(chǎn)生脈動。 對負(fù)載阻抗的適應(yīng)性差, 因?yàn)樗谡９ぷ鲿r要求人工 線的特性阻抗與負(fù)載阻抗匹配。 對波形的適應(yīng)性也差, 因?yàn)楦淖兠}沖寬度時必須在高壓 電路中變換人工線。 如果是高工作比工作, 由于軟性開關(guān)恢復(fù) 時間的限制, 往往更難做到。 由此可見, 軟性開關(guān)調(diào)制器適宜應(yīng)用在精度要求不高, 波