雷達(dá)原理第二章課件

第二章雷達(dá)發(fā)射機(jī)1§2.1概述一、任務(wù)及基本組成1.任務(wù)：在┻控制下產(chǎn)生周期性大功率微波脈沖振蕩，作為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)。（從T/R、饋線送天線輻射出擊）2.基本組成有二種類型：(1)主振放大式

至天線fsfs主控振蕩器中間射頻功放末級(jí)射頻功放脈沖調(diào)制器定時(shí)器電源fs(2)單級(jí)振蕩式至天線定時(shí)器脈沖調(diào)制器大功率射頻振蕩器電源船用雷達(dá)用第(2)種2二、主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)

雷達(dá)用途

使用性能是雷達(dá)發(fā)射機(jī)電路設(shè)計(jì)、制作的依據(jù)。1.工作波段λ：s、c、x、Ka

λ=10cm5cm3cm0．8cm船用雷達(dá)用10cm(s波段)、3cm(x

波段).λ或fs直接影響作用距離GA、σ、δ

抗干擾(雨雪、海浪)性能2.發(fā)射脈沖功率Pt：τ內(nèi)射頻振蕩的功率（KW）

Pt↑

→rmax↑

電路、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性↓，造價(jià)↑

磁控管可選？目前：Pt=幾~幾+KW

Pc=幾~幾+W精度tφ、分辨率τ、3§2.2磁控管振蕩器一、多腔磁控管的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

是用來產(chǎn)生厘米波大功率微波振蕩的器件。1.結(jié)構(gòu)

特殊結(jié)構(gòu)的必要性:引線是感;分布電容;電子在管內(nèi)的渡越時(shí)間.特殊結(jié)構(gòu)的“二極管”+強(qiáng)磁場(chǎng)1）陰極

內(nèi)裝螺旋燈絲，加熱陰熱。旁熱式;發(fā)射系數(shù)5~100A/cm2;限制普通L、C振蕩器振蕩頻率↑的因素：52）陽極

園柱形銅塊，四周挖有8~14個(gè)對(duì)稱園洞，每洞有縫隙，構(gòu)成振蕩腔體。（壁——等效L；縫——等效C）兩側(cè)有蓋極.各腔高頻場(chǎng)有磁交連，縫口構(gòu)成直→交流能量交換的作用空間。63）磁鐵

用永久磁鐵→恒定磁場(chǎng)，方向//陰極軸線，均勻通過作用區(qū)。fs↑→要求磁場(chǎng)↑

λ=3cm

B=5000高斯;4）輸出裝置

要求管線匹配；

密封（管內(nèi)抽真空）；

有足夠功率和場(chǎng)強(qiáng)容量。振蕩能量輸出裝置同軸線λ=3.10cm時(shí)用波導(dǎo)型λ<1cm時(shí)用2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1）管、路合一；

2）有陰、陽極，形同二極管；但陰極上有腔體，其尺寸決定了分布電感，分布電容值，從而決定固有fs；3）加有磁場(chǎng)，電子受正交電、磁場(chǎng)雙重控制、故稱“磁控管”。λ=1cm

B=10000高斯7B不同,電子運(yùn)動(dòng)軌跡不同:ua一定時(shí)：1．B=0iamax

2．B<Bc有iQ

3．B=Bc

臨界4．B>Bc

ia=0選擇B略>臨界Bc下工作，則從陰極飛出的電子將掠過陽極表面再返回陰極，大量電子參與這一運(yùn)動(dòng)，便形成“旋轉(zhuǎn)電子云”。2）旋轉(zhuǎn)電子云與高頻場(chǎng)的相應(yīng)作用——?jiǎng)討B(tài)能量交換π型、8腔、振蕩后在“相互作用區(qū)”的能量交換示意圖.dcauab+_95.波形與頻譜

前沿tr≈（0.1～0.2）τ后沿tf≈（0.2～0.4）τ頂部波動(dòng)△u/μ≈0.02～0.0.5

波形失真影響距離分辨率工作穩(wěn)定性頻譜：可見，主瓣寬度2/τ，隨τ↑而↓。主要能量集中在主瓣。6.總效率

磁控管η1≈60%

測(cè)距精度f調(diào)制器η2≈40%總效率ηt≈30%10高頻場(chǎng)：切向向量供能=耗能→形成等幅振蕩法向向量“車幅狀”電子群旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，每Ts/2轉(zhuǎn)過一個(gè)腔縫口，即“同步條件”：Vt——有益電子切向平均速度Ve——電子平均移動(dòng)速度S——鄰縫間距可見

E↓→fs↓

B↓→fs↑

a類電子供能，而b類電子耗能使電子群聚到最有利交換能量的位置——“群聚”。11三、使用維護(hù)1．外部工作條件

1）燈絲電壓

要求C分↓；耐高壓；大小合適——（1）太低→打火；（2）太高→壽命↓；開高壓后，減少或取消。2）陽極特高壓陽極接地原因與磁鐵靠近，難絕緣；陽極塊大，C分大；陽極與波導(dǎo)近、接地安全。2．磁控管電流測(cè)量測(cè)的磁控管電流ia是充放電平均電流。3．維護(hù)1）低壓開3~5min后開高壓(發(fā)射)；2）“老煉”(去管內(nèi)殘存氣體)；3）冷卻風(fēng)扇，俁環(huán)境溫度；4）存放離鐵磁物質(zhì)≥10cm；兩管間距≥20cm；5）負(fù)載要匹配；6）防微波輻射。電流表RC燈絲電壓~13§2．3脈沖調(diào)制器

一、任務(wù)、特點(diǎn)

任務(wù)：在控制下產(chǎn)生負(fù)極性特高壓、矩形調(diào)制脈沖。

τT特性：周期性脈沖工作比

脈沖孔度比由高壓電源Ea和快速開關(guān)K組成產(chǎn)生負(fù)極性特高壓矩形調(diào)制脈沖方案。電源利用率很低。

可否采用“水庫式”工作？

磁控管+_EaKIao14二、組成分類

1.并聯(lián)電路——方案之一儲(chǔ)能元件與振蕩器“并聯(lián)，限制器兼作充電限流元件。

K→“1”充電儲(chǔ)能Wc≈Pc·TK→“2”放電、放能Wτ=Pt·τ若無損耗，則Wc=Wτ

可得K→“1”：電源以“細(xì)水長流”方式。如同水庫平時(shí)儲(chǔ)水；以小功率，長時(shí)間儲(chǔ)能在“儲(chǔ)能元件”內(nèi)；K→“2”；以大功率，矩時(shí)間放能到負(fù)載（磁控管）“振蕩器”；以“長時(shí)間”換取大功率，所得增益為S。2.串聯(lián)電路——方案之二儲(chǔ)能元件與振蕩器“串聯(lián)”；限制器還防止K閉合時(shí)電源被短路。151.電路說明：

G1——真空管調(diào)制管

G2——磁控管R1——限流電阻C3——儲(chǔ)能電容R2——充電電阻Co——分布電容2.真空管(電子管)——?jiǎng)傂蚤_關(guān)特點(diǎn)：耐高壓、大電流、壽命短（幾十KV幾十~幾百A）；導(dǎo)通內(nèi)阻小(幾十Ω)→η放高；通斷利爽，“剛性”→波形好；休止期截止→免損耗；需小功率預(yù)調(diào)脈沖，要求波形好。2.工作概述

1)工作過程+Ea經(jīng)R1、L對(duì)C3充電至UC3max≈+Ea

C3經(jīng)G1向G2放電，產(chǎn)生來：使ug使G1通，“K”閉合

結(jié)束：G1又止，C3又由+Ea充電。無入：一Eg使G1止17注意：

在τm內(nèi)，C3只放部分電荷。UCmin≈+UCmax稱“部分放電式”

。2)電路分析要點(diǎn)

分析思路：畫充放電等效電路→列微分議程→按初始條件簡化方程，得充放電流、電壓表達(dá)式→畫曲線、分析→結(jié)論。（1）C3充電C0<<C3

D內(nèi)阻<<R1

可略

R1icC3CR1+—EaUC3輸出的τm、F及波形取決于Ug，但幅度大增，故實(shí)為倒相大功率脈沖放大器。進(jìn)一步分析表明：

所需電源：

部分放電時(shí)，Ea≈Uc3min極近于Uc3max!完全放電時(shí)，Ea≈1.6Uc3max

充電效率:部分放電時(shí)，ηc→100%完全放電時(shí)，ηc<50%結(jié)論：從所需電源高低及充電效率高低看，均采用部分放電較有利，只有對(duì)于更大功率雷達(dá)，要Ua、Iao很大，C3、G1承受不了，才不得不用完全放電式。18（2）C3放電

等效電路：Ri1—G1內(nèi)阻Ri2—G2內(nèi)阻RD—二極管D內(nèi)阻C3—儲(chǔ)能電容(3)峰化電感L及削反峰二極管D作用

L與Co構(gòu)成振蕩電路t=τ放電結(jié)束時(shí)，L上感應(yīng)上正、下負(fù)電壓加速脈沖后沿（tf↓)；正向振蕩用D削去。192.工作概述

1)工作過程

無G1止，在T—τ內(nèi)，+Ea經(jīng)L、D、B初級(jí)對(duì)X充電、儲(chǔ)能。

Vc=Vcmax≈2Ea后由D隔離保持。來G1通，經(jīng)G1對(duì)B初級(jí)等效負(fù)載放電，若負(fù)載與X特性阻抗匹配，則B初級(jí)獲得幅度為Vcmax/2、寬度為τ的調(diào)制脈沖，經(jīng)B升壓后送到G2。2)電路分析要點(diǎn)(1)X充電——直流諧振充電充電等效電路L——充電電感r0——充電回路總電阻，含L損耗電阻D內(nèi)阻

B初級(jí)電阻

C0——X等效總電容

C0=ncn—節(jié)數(shù)；c單節(jié)電容式中：圖Lr0C3+—+Eaic21∵是全部放電UComin=0∵實(shí)際可做到充電電路品質(zhì)因數(shù)Q0=10～20則則ic=(t)·UCo(t)二式可簡化為：22

D隔離作用

ttT0/2T0

D隔離作用

t注意：

（2）X放電——調(diào)制脈沖的形成鏈型仿真線特性阻抗節(jié)數(shù)k=4

單節(jié)電感L1=L2=L3=L4

單節(jié)電容C1=C2=C3=C4

C3C2C1L4L3L2L123RL>ZC

正失配URL

為衰減階梯形放電

E/2

E/2

URL

RL>ZcURL

ttRL＜

ZcRL<ZC

正負(fù)正配URL呈衰減振蕩方波實(shí)際工作在匹配或略負(fù)失配下，以得到矩形脈沖輸出，因負(fù)失配而出現(xiàn)的反向脈沖可用D1、R2消除。URL(0)E/2URL(0)E/225磁控管打火時(shí)，DL<RC仿真線上出現(xiàn)反向充電，并和下周期仿真線充電電壓疊加、打火繼續(xù)，仿真線上電壓越積累越高，甚至達(dá)6Ea，接D1、R2可放掉仿真線上反極性電壓。(2)預(yù)調(diào)器保護(hù)電路——低通濾波器低通濾波器可消除閘流管起燃時(shí)，在閘流管控制柵極上出現(xiàn)的高電壓脈沖