雷達發(fā)射機基礎(chǔ)知識概述

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.第4章 發(fā) 射 機T. A. Weil4.1 引言發(fā)射機是脈脈沖雷達達系統(tǒng)的的一個組組成部分分圖4.1示示出典型型的脈沖沖雷達系系統(tǒng)框圖圖。在這這些方框框中，公公共媒體體一般只只標注天天線和顯顯示器，其其余部分分則成為為“幕后英英雄”。這些些不被媒媒體看重重的部分分對雷達達系統(tǒng)同同等重要要，而且且從設(shè)計計角度而而言也同同樣有趣趣。圖4.1 典型型雷達系系統(tǒng)框圖圖發(fā)射機在雷雷達系統(tǒng)統(tǒng)的成本本、體積積、重量量、設(shè)計計投入等等方面占占有非常常大的比比重，也也是對系

2、系統(tǒng)電源源能量以以及維護護要求最最多的部部分。它它通常是是豎在雷雷達設(shè)備備間角落落里的大大機柜，嗡嗡嗡叫著著，身上上掛著“高壓危危險”的牌子子，所以以人們都都寧愿遠遠離它。其其內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)奇特特，更像像一個釀釀酒廠，而而不是電電腦或電電視。本本章試圖圖解釋雷雷達發(fā)射射機為何何如此，希希望給讀讀者展示示一個不不神秘的的雷達發(fā)發(fā)射系統(tǒng)統(tǒng)。為何如此大大的功率率發(fā)射機體積積大，重重量重，成成本高、消消耗功率率大，原原因是它它需產(chǎn)生生大功率率射頻輸輸出，而而這種要要求來自自雷達系系統(tǒng)設(shè)計計的綜合合考慮。搜索雷達作作用距離離的4次次方與平平均射頻頻功率、天天線孔徑徑面積（確確定天線線增益）、掃掃描需要要覆蓋

3、立立體角的的時間（限限制了每每個方向向上收集集信號及及為提高高信噪比比而積累累信號的的時間長長短）成成正比，即即 （44.1）探測距離隨隨功率的的4次方方根變化化是因為為，輸出出的發(fā)射射功率密密度與返返回的目目標回波波能量密密度隨其其經(jīng)過距距離的平平方而衰衰減。用用提高發(fā)發(fā)射機功功率的方方法增大大雷達作作用距離離需付出出大的代代價：功功率需要要提高116倍才才能使探探測距離離增加一一倍。反反之，降降低距離離要求可可顯著地地減少系系統(tǒng)成本本。功率孔徑積積是衡量量雷達性性能的基基本參數(shù)數(shù)。這個個參數(shù)如如此重要要，以至至于在第第一階段段限制戰(zhàn)戰(zhàn)略武器器條約中中被專門門提到，并并作為限限制反彈彈道導(dǎo)彈

4、彈（ABBM）雷雷達性能能的基礎(chǔ)礎(chǔ)。接收機靈敏敏度未在在式（44.1）中中出現(xiàn)，這這是由于于熱噪聲聲對接收收機的靈靈敏度有有明確的的限制，在在這個簡簡單距離離方程中中，默認認接收機機總是工工作在最最高的靈靈敏度狀狀態(tài)。平均發(fā)射功功率僅僅僅是雷達達距離方方程中的的一個因因子。而而且成本本又很高高，為何何還要求求如此之之高的功功率？用用減小功功率但增增加天線線孔徑或或掃描時時間的辦辦法來補補償是否否為較好好的辦法法？回答答是天線線孔徑增增加使成成本增加加得更快快。這是是因為天天線的重重量、結(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)復(fù)雜程度度、尺寸寸誤差以以及對底底座的要要求都隨隨著天線線孔徑的的增加而而迅速增增加。公公式中另另一

5、個因因子掃描時時間由一一些確定定系統(tǒng)工工作的要要求決定定。例如如，每44 s觀測測一次1100 mille內(nèi)的的所有飛飛機，以以便及時時發(fā)現(xiàn)目目標航線線的改變變；所以以掃描時時間一般般是不可可變的（這這些也許許可以解解釋為什什么要討討論雷達達的“功率孔孔徑積”，而不不是它的的“功率孔孔徑掃描描時間積積”）。在雷達系統(tǒng)統(tǒng)中使用用一部巨巨大、昂昂貴的天天線配接接小功率率、便宜宜的發(fā)射射機顯然然是不合合情理的的，反之之亦然。因因為將弱弱小的部部分加倍倍，可使使巨大的的部分減減小一半半，從而而顯著減減小系統(tǒng)統(tǒng)成本。因因此，系系統(tǒng)總成成本最小小化要求求合理地地平衡這這兩個子子系統(tǒng)的的成本。其其結(jié)果是是對

6、任何何復(fù)雜的的雷達系系統(tǒng)，系系統(tǒng)設(shè)計計師總是是要求大大的發(fā)射射機功率率。當系統(tǒng)的設(shè)設(shè)計是基基于存在在遠距離離人為干干擾（SStanndofff jjammmer）（而而非僅僅僅存在熱熱噪聲）的的距離覆覆蓋要求求時，也也會導(dǎo)致致同樣的的結(jié)果。對探測攜帶帶自衛(wèi)干干擾機的的目標，距距離方程程變?yōu)?（44.2）式中，Prr和Ar為雷達達的發(fā)射射功率與與孔徑；Pj和Aj為干擾擾機的功功率及孔孔徑。結(jié)結(jié)論與前前述十分分相似：功率與與天線孔孔徑依然然是決定定性因子子，均衡衡的系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計再再次引出出大的發(fā)發(fā)射機功功率。無可爭辯的的結(jié)論是是，“前端瓦瓦特數(shù)才才是算數(shù)數(shù)的”。期望望獲得最最佳的雷雷達工作作性能多多

7、半意味味著天線線尺寸和和發(fā)射功功率二者者都被推推到可以以忍受的的極限。迫使發(fā)射機機按其最最大可獲獲得功率率設(shè)計往往往導(dǎo)致致研制時時間、開開發(fā)經(jīng)費費出現(xiàn)問問題和其其他風險險。這種種情況在在采用新新型射頻頻發(fā)射管管時尤為為突出，例例如，AAN/FFPN10 L波段段雷達研研制計劃劃被迫中中斷，是是由于供供應(yīng)商未未能使磁磁控管在在大占空空系數(shù)范范圍內(nèi)足足夠穩(wěn)定定；在使使用內(nèi)部部真空腔腔而不是是外部真真空腔的的大功率率速調(diào)管管的第二二只管子子（備份份管）的的合同履履行前，彈彈道導(dǎo)彈彈早期預(yù)預(yù)警系統(tǒng)統(tǒng)（BMMEWSS）的研研制也面面臨過同同樣的危危險11。即即使是“成功”的射頻頻管開發(fā)發(fā)工作也也可能因因

8、為打火火率臨界界、冷卻卻設(shè)計（導(dǎo)導(dǎo)致可靠靠性問題題）、過過份的維維護和后后勤經(jīng)費費問題以以及用戶戶的不愉愉快等因因素而終終止。迫使射頻管管開發(fā)超超出（或或無意地地超過）當當前技術(shù)術(shù)水平面面臨的風風險，特特別是當當期望達達到的功功率超過過單管的的能力時時，使用用多個射射頻發(fā)射射管進行行功率合合成的想想法變得得十分有有吸引力力。這原原來是一一種將在在后面（44.5節(jié)節(jié)）討論論的十分分實用的的方法。因因為單個個固態(tài)射射頻器件件與單個個真空管管相比，只只能承受受很小的的功率，所所以，能能功率合合成、易易實現(xiàn)、可可靠性高高是固態(tài)態(tài)發(fā)射機機實用化化的原因因。無疑疑，將一一些射頻頻管組合合以獲得得需要的的大

9、功率率電平，增增加了發(fā)發(fā)射機的的復(fù)雜程程度，但但另一方方面，組組合大量量射頻器器件（在在固態(tài)發(fā)發(fā)射機中中常這樣樣做）會會帶來一一些如第第5章中中所討論論的故障障軟化以以及可靠靠性高的的優(yōu)點。為何采用脈脈沖方式式如果同廣播播電臺那那樣，只只用連續(xù)續(xù)波發(fā)射射方式可可以大大大簡化雷雷達發(fā)射射機并降降低成本本。產(chǎn)生生大功率率射頻脈脈沖導(dǎo)致致非常高高的工作作電壓（直直流和射射頻）問問題、能能量存儲儲問題、大大功率開開關(guān)器件件問題。有有些射頻頻器件如如C類放放大器（真真空管或或固態(tài)器器件）是是自脈動動（Seelf-pullsinng）工工作方式式，僅在在射頻驅(qū)驅(qū)動時吸吸收電流流，但是是大多數(shù)數(shù)微波管管需要

10、采采用不同同類型的的調(diào)制器器（4.8節(jié)），使使其不致致浪費功功率，并并在脈沖沖之間的的接收期期間不產(chǎn)產(chǎn)生噪聲聲。采用脈沖方方式工作作基本上上是因為為，當用用戶說話話時很難難聽到別別的聲音音（會議議中并不不是每一一個人都都了解這這一點）。在在雷達系系統(tǒng)中，如如果發(fā)射射機連續(xù)續(xù)處于導(dǎo)導(dǎo)通狀態(tài)態(tài)，則發(fā)發(fā)射機連連續(xù)發(fā)射射的信號號對試圖圖接收來來自遠距距離目標標微弱回回波的接接收機的的干擾是是一個難難以解決決的問題題。連續(xù)續(xù)波雷達達用分立立的發(fā)射射和接收收天線隔隔離收、發(fā)發(fā)信號。當當天線不不能分開開足夠的的距離以以使發(fā)射射機至接接收機的的泄漏低低于接收收機的噪噪聲電平平時（例例如兩個個天線不不得不裝裝在

11、同一一個車輛輛上），可可采用饋饋通消除除（Feeedtthrooughh nuulliing）技技術(shù)，即即在接收收機輸入入端用負負反饋抵抵消發(fā)射射載波的的方法，減減小發(fā)射射泄漏信信號對接接收機的的影響。由由于載波波附近存存在載有有目標多多普勒信信息的信信號，反反饋回路路的選擇擇性要求求較高以以便僅僅僅消除載載波。因因此，對對連續(xù)波波雷達靈靈敏度的的基本限限制是，對對泄漏到到接收機機的發(fā)射射機噪聲聲邊帶（由由發(fā)射不不穩(wěn)定引引起）設(shè)設(shè)置了一一個極限限，低于于該極限限的小動動目標信信號不能能被發(fā)現(xiàn)現(xiàn)；連續(xù)續(xù)波雷達達的最大大探測能能力往往往受此因因素限制制。圖4.2 收發(fā)開關(guān)：（a）氣體放電管收發(fā)開關(guān)

12、；（b）鐵氧體環(huán)流器收發(fā)開關(guān)純連續(xù)波雷雷達用多多普勒頻頻偏發(fā)現(xiàn)現(xiàn)運動目目標，但但得不到到距離信信息。一一般解決決這個問問題的方方法是采采用FMM-CWW（調(diào)頻頻-連續(xù)續(xù)波）系系統(tǒng)，即即發(fā)射掃掃頻信號號（通常常隨時間間線性變變化），并并對接收收信號進進行適當當處理以以一并提提取距離離和多普普勒信息息2；回波波的頻率率確定發(fā)發(fā)射信號號在多長長時間前前發(fā)射，從從而確定定目標距距離。這這種雷達達的一個個基本限限制是遠遠距離、小小目標信信號混雜雜在近距距離強雜雜波中，因因此需要要極好的的雜波對對消，這這又會受受到發(fā)射射機不穩(wěn)穩(wěn)定的限限制（產(chǎn)產(chǎn)生噪聲聲副瓣），即即強近距距雜波等等效為更更多的圖4.2 收發(fā)

13、開關(guān)：（a）氣體放電管收發(fā)開關(guān)；（b）鐵氧體環(huán)流器收發(fā)開關(guān)在脈沖雷達達系統(tǒng)中中，近距距和遠距距信號在在不同的的時間返返回，可可使用靈靈敏度時時間控制制（STTC）調(diào)調(diào)整接收收機的靈靈敏度。注注意，同同時接收收來自多多個距離離上的信信號的高高重復(fù)頻頻率脈沖沖多普勒勒系統(tǒng)存存在與連連續(xù)波雷雷達一樣樣的問題題，故遠遠程脈沖沖雷達系系統(tǒng)極少少使用連連續(xù)脈沖沖多普勒勒波形。但但寬的不不模糊多多普勒覆覆蓋的多多數(shù)優(yōu)點點可用稱稱做脈組組（Buurstt）方式式的折中中波形獲獲得，即即發(fā)射有有限組高高重復(fù)頻頻率脈沖沖，脈組組持續(xù)時時間足夠夠短，以以避免遠遠距回波波與近距距雜波回回波發(fā)生生競爭。連續(xù)波雷達達的另

14、一一個缺點點是需要要兩個天天線，與與把全部部孔徑區(qū)區(qū)域組合合為一個個天線并并用于發(fā)發(fā)射和接接收相比比，實際際上使距距離方程程參數(shù)有有3 dB的的損失。脈脈沖雷達達正是把把全部孔孔徑用在在一部天天線上；它通過過使用收收發(fā)開關(guān)關(guān)使發(fā)射射機和接接收機共共用一個個天線2，如如圖4.2所示示。氣體放電管管收發(fā)開開關(guān)（如如圖4.2（aa）所示示）實際際上是一一段充有有低擊穿穿電壓氣氣體的傳傳輸線，它它用發(fā)射射的大功功率信號號使充氣氣的收發(fā)發(fā)“管”啟輝，將將發(fā)射信信號引向向天線。收收發(fā)管在在發(fā)射脈脈沖后快快速恢復(fù)復(fù)（消電電離），便便允許將將天線來來的信號號導(dǎo)向接接收機。用用圖中的的限幅器器來防止止發(fā)射期期間

15、通過過收發(fā)管管的泄漏漏功率損損壞接收收機；限限幅器也也用于防防止接收收鄰近雷雷達發(fā)射射信號，這這些信號號強度不不足以使使收發(fā)管管啟輝，但但大到足足夠損壞壞接收機機。鐵氧體收發(fā)發(fā)開關(guān)（如如圖4.2（bb）所示示）使用用鐵氧體體環(huán)流器器3替代收收發(fā)管，把把發(fā)射功功率送到到天線并并將天線線接收到到的信號號傳到接接收機。但但是，對對這種器器件發(fā)射射期間由由天線電電壓駐波波比（VVSWRR）導(dǎo)致致的反射射功率亦亦直接送送入接收收機，故故仍然需需要收發(fā)發(fā)管和限限幅器，以以便于在在發(fā)射期期間保護護接收機機。無論是哪種種情況，在在脈沖雷雷達系統(tǒng)統(tǒng)中用收收發(fā)開關(guān)關(guān)達到收收發(fā)共用用一副天天線的目目的。4.2 磁控

16、管管發(fā)射機機歷史上，第第二次世世界大戰(zhàn)戰(zhàn)期間磁磁控管的的發(fā)明使使脈沖雷雷達得以以實用，早早期的雷雷達系統(tǒng)統(tǒng)確實是是圍繞著著磁控管管所能實實現(xiàn)的功功能來制制造的。例例如5JJ26，用用于搜索索雷達超超過400年。它它工作于于L波段段，在11250013350 MHzz范圍內(nèi)內(nèi)可機械械調(diào)諧。當當脈沖寬寬度為11 s，重重復(fù)頻率率每秒110000個脈沖沖（ppps），或或2 s, 5000 ppss時，其其典型峰峰值功率率為5000 kW。無無論何種種情況，占占空比均均為0.0011，并提提供5000 W平均均射頻功功率。其其40%的效率率是磁控控管的典典型值。112 s的脈脈沖寬度度提供11503

17、000 m的距距離分辨辨力，對對磁控管管也很“方便”，它簡簡單地振振蕩于其其機械空空腔的諧諧振頻率率上，但但與寬脈脈沖寬度度的窄信信號帶寬寬相比，易易于出現(xiàn)現(xiàn)不可接接受的頻頻率穩(wěn)定定性問題題。磁控管發(fā)射射機在文文獻中有有詳細的的描述2。它它能很容容易地提提供高峰峰值功率率，體積積小，既既簡單，又又便宜。脈脈沖磁控控管的變變化范圍圍從1 in3，1 kW峰峰值功率率的信標標磁控管管到數(shù)兆兆瓦峰值值功率和和數(shù)千瓦瓦平均功功率，制制造過高高達255 kW的的連續(xù)波波磁控管管，以用用于工業(yè)業(yè)加熱。所所有的商商用航海海雷達都都使用磁磁控管。磁控管發(fā)射射機廣泛泛用于動動目標顯顯示（MMTI）工工作，在在典

18、型情情況下可可得到330440 dB雜雜波對消消。很了了不起的的是，磁磁控管對對MTII工作居居然有足足夠的穩(wěn)穩(wěn)定性，如如果考慮慮到脈間間自激磁磁控管的的頻率變變化必須須小于00.0000022%。在在每個脈脈沖磁控控管開始始振蕩時時，起始始射頻相相位是任任意的，所所以必須須使用鎖鎖相相參參振蕩器器4或等效效器件（測測量發(fā)射射相位，在在接收信信號處理理時校正正）。高高壓電源源（HVVPS）和和脈沖調(diào)調(diào)制器必必須為磁磁控管提提供非常常穩(wěn)定（可可重復(fù)）的的脈沖，保保證不影影響MTTI性能能。由環(huán)環(huán)境震動動引起的的磁控管管頻率顫顫噪調(diào)制制在一定定條件下下是一個個限制因因素。自動頻率控控制（AAFC）

19、電電路一般般在磁控控管受環(huán)環(huán)境溫度度變化和和自加熱熱引起頻頻率慢漂漂移時，用用于保持持接收機機調(diào)諧到到發(fā)射機機。在調(diào)調(diào)諧機構(gòu)構(gòu)精度限限制范圍圍內(nèi)，自自動頻率率控制可可用于磁磁控管，能能夠使它它保持在在一個設(shè)設(shè)定的頻頻率上工工作。局限性盡管它們具具有多種種能力，磁磁控管不不適用于于以下幾幾種情況況。（1）需要要對頻率率進行精精確控制制，而要要求的精精度在考考慮到齒齒輪間隙隙、熱漂漂移、頻頻推和頻頻牽等因因素后，超超過磁控控管調(diào)諧諧所能達達到的程程度；（2）需要要精確的的頻率跳跳變，或或在脈間間或脈組組內(nèi)的頻頻率跳變變；（3）需要要極高的的頻率穩(wěn)穩(wěn)定度。磁磁控管的的穩(wěn)定性性不適于于輸出寬寬脈沖（如

20、如1000 s），起起始抖動動又限制制它們在在極窄脈脈沖中的的應(yīng)用（如如0.11 s），這這個弱點點在大功功率時和和低頻段段尤為突突出；（4）需要要脈間相相參以進進行二次次跨周期期雜波對對消。注注入鎖相相已被試試用，但但它需要要較大的的功率以以至沒有有吸引力力。同樣樣，對磁磁控管的的功率輸輸出進行行合成也也并不誘誘人；（5）要求求編碼或或成形脈脈沖，磁磁控管僅僅僅只有有幾個分分貝的脈脈沖成形形范圍，而而且頻率率推移效效應(yīng)也使使它得不不到期望望的好處處；（6）要求求最低可可能的雜雜散功率率電平。磁磁控管不不能提供供很純凈凈的頻譜譜，而是是在比其其信號帶帶寬寬得得多的帶帶寬內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生相當當可觀的的電

21、磁干干擾（EEMI）（同同軸線磁磁控管稍稍好一些些）；磁控管特性性在磁控管適適用的場場合，其其工作特特性與早早期比較較有相當當大的改改善。調(diào)諧器大功率磁控控管的機機械調(diào)諧諧范圍一一般為頻頻率的55%110%，在在某些情情況下可可達255%。旋轉(zhuǎn)調(diào)諧在19600年左右右研制出出旋轉(zhuǎn)調(diào)調(diào)諧（自自旋調(diào)諧諧）的磁磁控管56。陽陽極腔體體上懸掛掛了一個個帶槽孔孔的盤（如如圖4.3所示示），當當它旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時就交交替地給給空腔加加上感性性或容性性的負載載，以升升高或降降低頻率率。當盤盤旋轉(zhuǎn)一一周時，頻頻率在整整個帶寬寬內(nèi)來回回變化的的次數(shù)等等于沿圍圍繞陽極極的腔體體的數(shù)目目，所以以能夠?qū)崒崿F(xiàn)快速速調(diào)諧。調(diào)調(diào)諧

22、盤用用軸承支支撐在真真空中（最最初是為為旋轉(zhuǎn)陽陽極X射射線管研研制的），并并通過磁磁耦合到到外部的的軸上。如如轉(zhuǎn)速為為18000 rr/miin，管管子有110個腔腔體，則則可在帶帶寬內(nèi)每每秒調(diào)諧諧3000次。若若調(diào)制器器的PRRF不同同步于調(diào)調(diào)諧速率率，則發(fā)發(fā)射的頻頻率將在在脈間按按某一規(guī)規(guī)律變化化，其變變化頻率率為PRRF與調(diào)調(diào)諧速率率之差?？炜焖俑淖冏冋{(diào)制器器的PRRF或馬馬達轉(zhuǎn)速速，能得得到不規(guī)規(guī)則的（偽偽隨機）頻頻率跳變變。接收收機本振振的初始始跟蹤信信息從一一個與調(diào)調(diào)諧盤裝裝在同一一軸上，通通常為電電容性的的內(nèi)部轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器得得到。圖4.3 磁控控管的旋旋轉(zhuǎn)調(diào)諧諧旋轉(zhuǎn)調(diào)諧器器的使用用除

23、高成成本、大大重量外外，還帶帶來一些些弊?。河捎谛D(zhuǎn)盤不不易冷卻卻，管子子的平均均功率輸輸出小于于采用一一般調(diào)諧諧的磁控控管。不不能保證證精確的的帶邊調(diào)調(diào)諧。因因為每個個調(diào)諧周周期都覆覆蓋了整整個調(diào)諧諧范圍，又又不允許許指定帶帶寬以外外的運用用，調(diào)諧諧范圍容容限只能能由帶寬寬承擔。用用于MTTI（此此時調(diào)諧諧停止）時時，穩(wěn)定定度遜于于其他的的調(diào)節(jié)方方式。穩(wěn)頻磁控管管最普通的穩(wěn)穩(wěn)頻磁控控管是同同軸磁控控管，用用一個高高Q的環(huán)形形腔和內(nèi)內(nèi)圓筒中中的陽極極翼片緊緊密耦合合，如圖圖4.4所示示。在較較高的頻頻率（XX波段以以上），將將陰陽極極反過來來的反同同軸磁控控管更適適用（如如圖4.5所示示），

24、因因為這時時腔體非非常小，無無法按正正常的結(jié)結(jié)構(gòu)擺放放陰極和和陽極。以上技術(shù)578可可使頻推推和頻牽牽(在本本節(jié)后面面定義)穩(wěn)定度度提高33100倍。這這在射頻頻率時（XX和K波波段）特特別重要要，因為為這時頻頻推和頻頻牽的影影響與典典型的脈脈寬所占占的帶寬寬相比更更顯著；這時的的高Q諧振腔腔的尺寸寸不會太太大，穩(wěn)穩(wěn)頻是最最現(xiàn)實的的辦法。由由于脈內(nèi)內(nèi)和脈間間的頻率率穩(wěn)定度度提高，其其MTII性能勝勝過普通通磁控管管，但這這種優(yōu)點點不一定定能實現(xiàn)現(xiàn)，除非非每個脈脈沖前沿沿的抖動動和噪聲聲都很低低。在不不同類型型的穩(wěn)頻頻磁控管管中，這這些特性性差異很很大。 圖4.4 同軸磁磁控管（引引自參考考資料

25、88） 圖44.5 反同同軸磁控控管：（a）簡化的截面圖； （bb）簡化化的結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖常見問題磁控管使用用時的傳傳統(tǒng)問題題仍然存存在，但但人們對對它們已已有了更更好的理理解，并并能加以以控制。最最常見的的問題如如下。（1）打火火。特別別是當磁磁控管啟啟動時，在在一小部部分脈沖沖期間陰陰陽極間間打火是是正常的的。在跳跳模或熄熄滅時也也有這種種現(xiàn)象。調(diào)調(diào)制器必必須能短短期允許許這種現(xiàn)現(xiàn)象而不不致跳閘閘，并在在打火后后能提供供正常輸輸出。（2）跳模模。如其其他可能能模式的的振蕩條條件很接接近于正正常模式式電流電電平，就就很難穩(wěn)穩(wěn)定工作作。按希希望的模模式起動動要求磁磁控管陰陰極電壓壓上升率率處于

26、由由管子起起動時間間和鄰近近?？拷潭人鶝Q定的的范圍內(nèi)內(nèi)，上升升過快會會導(dǎo)致起起動失敗敗。由于于起動時時間約等等于4QQL / f0 （其中中QL是有載載的Q值），所所以要將將大功率率低頻率率的磁控控管工作作于窄脈脈沖是困困難而且且低效的的。技術(shù)術(shù)上可以以用尖峰峰平滑電電路，通通常是用用簡單的的串聯(lián)RRC網(wǎng)絡(luò)絡(luò)來降低低調(diào)制脈脈沖上升升速率，或或用二極極管和并并聯(lián)RCC網(wǎng)絡(luò)只只減緩電電壓上升升速率的的最后部部分(即即脈沖彎彎曲電路路)99。調(diào)調(diào)制器脈脈沖電壓壓前沿上上升太慢慢（或后后沿下降降太慢）也也能激起起一個低低電流的的模式（如如果管子子具備這這個模式式的話）10。（3）噪聲聲環(huán)。脈脈沖

27、后沿沿的過大大反電壓壓或小的的正向“后繼脈脈沖”加到磁磁控管上上，能產(chǎn)產(chǎn)生干擾擾近距目目標信號號的足夠夠大的噪噪聲。之之所以采采用“噪聲環(huán)環(huán)”這個術(shù)術(shù)語，是是因為這這種噪聲聲與發(fā)射射脈沖有有恒定的的延遲，并并在平面面位置指指示器上上產(chǎn)生一一個環(huán)。當當正常脈脈沖電壓壓的后沿沿下降不不陡峭時時，也會會產(chǎn)生類類似問題題111。（4）寄生生射頻輸輸出。除除了所需需的輸出出功率外外，磁控控管還產(chǎn)產(chǎn)生相當當大的寄寄生噪聲聲。其種種類和數(shù)數(shù)量與表表4.2中列列出的正正交場放放大管相相似，并并在4.3節(jié)和和4.44節(jié)中討討論，但但磁控管管的諧振振特性抑抑制了遠遠離工作作頻率的的噪聲，不不過對諧諧波是例例外。（

28、5）陰極極引腳射射頻泄漏漏。S波波段的管管子一般般能從其其陰極引引腳泄漏漏出顯著著的VHHF和UUHF能能量，以以及基波波和諧波波。這種種效應(yīng)隨隨磁控管管不同而而有較大大差異，并并且隨引引線的安安排，燈燈絲電壓壓、磁場場等因素素變化。盡盡管最好好是在管管內(nèi)就消消除這種種泄漏，但但有時也也能成功功地在管管外對這這些能量量進行收收集、吸吸收或容容許少量量泄漏。（6）漂移移。磁控控管的振振蕩頻率率根據(jù)腔腔體材料料的溫度度系數(shù)隨隨環(huán)境溫溫度（冷冷卻水或或冷卻空空氣的溫溫度）而而變，在在預(yù)熱期期間也可可有顯著著的變化化。甚至至在連續(xù)續(xù)運行時時，改變變調(diào)諧器器位置可可能改變變腔體或或調(diào)諧器器的熱狀狀態(tài)，也

29、也會引起起漂移。在在某些情情況下，需需要做溫溫度補償償設(shè)計。（7）頻推推。磁控控管的頻頻率隨著著陽極電電流而變變化的數(shù)數(shù)值稱為為頻推系系數(shù)110，應(yīng)應(yīng)當適當當設(shè)計調(diào)調(diào)制器使使脈間及及脈內(nèi)的的頻率變變化限制制在系統(tǒng)統(tǒng)所要求求的范圍圍內(nèi)。（8）頻牽牽。磁控控管的頻頻率隨失失配負載載的相位位而變化化的數(shù)值值稱為頻頻牽系數(shù)數(shù)100。鐵鐵氧體隔隔離器的的采用使使近代雷雷達發(fā)射射機中頻頻牽已不不是問題題，同樣樣長線效效應(yīng)112已已是過去去的問題題，這是是因為隔隔離器很很容易使使磁控管管失配降降低到足足夠程度度以保證證不致引引起振蕩蕩頻率的的跳變。（9）壽命命。雖然某某些磁控控管的壽壽命有限限，但許許多磁控

30、控管的短短壽是由由于無經(jīng)經(jīng)驗的操操作造成成的。通通過改進進操作程程序及對對工作人人員培訓(xùn)訓(xùn)，可以以使磁控控管平均均壽命得得到驚人人的增加加（參見見4.44節(jié)）13144。（10）調(diào)調(diào)諧器壽壽命。由由于考慮慮到管子子成本和和尺寸，管管內(nèi)調(diào)諧諧機構(gòu)波波紋管的的有限疲疲勞壽命命限制了了管子壽壽命。在在管外的的調(diào)諧機機構(gòu)仍應(yīng)應(yīng)有合適適的齒輪輪和軸承承設(shè)計，以以免影響響管子壽壽命。尤尤其是齒齒隙，可可能是一一種限制制因素。4.3 放大鏈鏈發(fā)射機機磁控管的局局限性最最終促使使雷達使使用功能能更強也也更復(fù)雜雜的放大大鏈發(fā)射射機。其其根本不不同在于于，在低低電平獲獲得所需需精度的的發(fā)射信信號，并并放大到到所需

31、的的峰值功功率電平平。如圖圖15.44和和圖155.455所示，磁磁控管與與放大鏈鏈發(fā)射機機在系統(tǒng)統(tǒng)框圖上上區(qū)別不不大，僅僅僅是兩兩個箭頭頭的方向向，以及及大功率率射頻源源從振蕩蕩器到放放大器的的變化。但但實現(xiàn)放放大鏈發(fā)發(fā)射機在在硬件需需求上有有巨大的的差異，放放大鏈發(fā)發(fā)射機包包括多級級射頻放放大器，每每級都有有自身的的電源、調(diào)調(diào)制器及及其控制制器，每每級都必必須足夠夠穩(wěn)定以以滿足MMTI性性能要求求（參見見第155章）。振蕩管與放放大管放大鏈發(fā)射射系統(tǒng)很很容易做做到脈間間全相參參及其他他脈沖振振蕩管系系統(tǒng)（通通常為磁磁控管）不不能提供供的特性性：脈沖沖編碼、頻頻率捷變變、合成成及陣列列化。代

32、代價是復(fù)復(fù)雜的系系統(tǒng)和高高昂的價價格。采采用振蕩蕩型發(fā)射射機還是是放大型型發(fā)射機機是設(shè)計計雷達系系統(tǒng)時需需首先進進行的一一個基本本選擇，下下面介紹紹進行這這種選擇擇要考慮慮的一些些因素。載波頻率的的精度和和穩(wěn)定度度在振蕩型發(fā)發(fā)射機中中，振蕩蕩頻率由由射頻功功率管決決定，而而不是由由獨立的的小功率率穩(wěn)定振振蕩器提提供。因因此振蕩蕩頻率可可能受管管子的預(yù)預(yù)熱漂移移、溫度度漂移、頻頻推、頻頻牽、調(diào)調(diào)諧器齒齒隙以及及校準誤誤差等因因素的影影響。在在放大鏈鏈發(fā)射機機中，頻頻率精度度基本等等于低電電平穩(wěn)定定晶體（或或其他）振振蕩器的的精度。而而且，放放大鏈的的工作頻頻率可通通過電子子開關(guān)在在幾個振振蕩器中

33、中迅速切切換，切切換速度度遠快于于任何機機械調(diào)諧諧的速度度。相參性放大鏈系統(tǒng)統(tǒng)能夠以以高精度度產(chǎn)生本本振信號號和相參參（相參參中頻振振蕩器）信信號，而而振蕩型型發(fā)射機機需要手手動調(diào)諧諧或自頻頻控系統(tǒng)統(tǒng)把本振振調(diào)諧至至正確的的頻率。振振蕩型發(fā)發(fā)射機在在相對于于相參和和本振成成任意起起始相位位的情況況下起動動每個脈脈沖，所所以必須須提供相相參鎖定定。在放放大鏈系系統(tǒng)中，相相參鎖定定存在于于信號產(chǎn)產(chǎn)生過程程中。由由于放大大型發(fā)射射機的脈脈沖序列列能保持持相位相相參性，二二次跨周周期雜波波是可以以對消的的；而振振蕩型系系統(tǒng)中，這這種雜波波由振蕩蕩管隨機機起動相相位進行行噪聲調(diào)調(diào)制。放放大鏈可可以提供供

34、全相參參性，在在這種情情況下脈脈沖重復(fù)復(fù)頻率、中中頻、射射頻全都都鎖定。為為了使脈脈沖重復(fù)復(fù)頻率的的諧波處處在中頻頻多普勒勒頻帶之之外，有有時需要要這樣做做。不穩(wěn)定度如節(jié)51討脈蕩統(tǒng)沖鏈不類穩(wěn)對型脈率度于電紋而的變?nèi)≌{(diào)形降鈴表.列穩(wěn)允限如脈度參器基射的平這限以對鏈脈位度壓紋定內(nèi)位取調(diào)波頂振允限列14實現(xiàn)一種有有趣的折折中也是是可能的的：如果果放大鏈鏈使用鎖鎖定相參參，放大大鏈脈間間相位變變化不明明顯（有有二次跨跨周期雜雜波的除除外）。在在現(xiàn)有的的脈沖振振蕩動目目標指示示雷達系系統(tǒng)上加加一個正正交場功功率放大大器時，這這種技術(shù)術(shù)特別適適用，只只需簡單單改變一一下射頻頻取樣點點就可以以鎖定現(xiàn)現(xiàn)有的

35、相相參振蕩蕩器，而而不要求求所加的的正交場場放大管管有嚴格格的脈間間相位穩(wěn)穩(wěn)定度。數(shù)字鎖相相相參電路路也得到到運用。發(fā)發(fā)射機的的相位在在每個脈脈沖進行行測試，并并在信號號處理系系統(tǒng)中對對接收信信號提供供適當?shù)牡难a償。與與鎖相相相參一樣樣，這種種技術(shù)對對二次跨跨周期目目標無效效。放大鏈：特特殊的考考慮運用放大鏈鏈通常是是為了相相參性和和頻率捷捷變，但但這種方方法增加加了系統(tǒng)統(tǒng)的復(fù)雜雜性。下下面介紹紹放大鏈鏈引起的的某些復(fù)復(fù)雜問題題。定時由于調(diào)制器器上升時時間不同同，每個個放大級級的觸發(fā)發(fā)器必須須分別調(diào)調(diào)節(jié)以實實現(xiàn)恰當當?shù)耐讲?，而不不致過多多地浪費費電子注注能量。如如4.44節(jié)所指指出的那那樣，

36、在在正交場場管放大大鏈中，應(yīng)應(yīng)考慮必必需的射射頻激勵勵重疊引引起的脈脈寬壓縮縮。隔離放大鏈的每每個中間間級必須須有適當當?shù)呢撦d載匹配，即即使下一一級有大大的電壓壓駐波比比（VSSWR）輸輸入，如如典型的的寬帶速速調(diào)管，或或是下一一級有大大的反向向功率反反射，如如在正交交場放大大管中那那樣。這這種反向向功率由由正交場場放大管管輸出端端失配引引起，并并沿正交交場放大大管的低低損耗結(jié)結(jié)構(gòu)返回回。例如如，具有有1.55:1的電壓壓駐波比比的負載載能反射射14 dB的的功率。在在某些頻頻率下，這這種反射射功率將將同管內(nèi)內(nèi)的反射射功率復(fù)復(fù)合，并并回饋到到正交場場放大管管輸入端端，其功功率電平平僅比滿滿功率

37、輸輸出低88 dB。即即使正交交場放大大管僅有有10 dB的的增益，反反向功率率也比到到達那里里的射頻頻輸入功功率大22 dB。雖雖然這不不會干擾擾正交場場放大管管的正常常運轉(zhuǎn)，但但是它要要求在正正交場放放大管輸輸入端放放置一個個16 dB的的隔離器器，以便便將前級級所看到到的電壓壓駐波比比降低到到1.55:1。匹配放使射比管要匹由前得好離如保子良匹如1就改大額力外交大行要比工帶多圍控配確大持信噪比單個放大管管的噪聲聲功率輸輸出可能能較大。當當幾個管管子連接接成鏈時時，輸出出的信噪噪比不可可能比其其中最差差的一級級好。因因此，特特別是對對輸入級級，必須須仔細檢檢查，看看其是否否具有足足夠小的的

38、噪聲系系數(shù)；否否則，可可能妨礙礙整個放放大鏈達達到滿意意的信噪噪比。例例如，一一只0.5 mW射射頻信號號輸入、335 dB噪噪聲系數(shù)數(shù)的低電電平行波波管在11 MHzz帶寬內(nèi)內(nèi)限制放放大鏈的的信噪比比在744 dB以以下。常常規(guī)正交交場管的的噪聲電電平比線線性注管管大，在在1 MHzz帶寬時時，它們們的典型型信噪比比值只有有55 dB；低噪聲聲正交場場管則可可達到770 dB或或更好（參參見4.4節(jié)）。電平在多級線性性注管放放大鏈中中，每一一級管子子的工作作都部分分地依賴賴于前級級的工作作狀況。特特別是，在在前級可可容許的的不平坦坦度的條條件下，功功率平坦坦度指標標（頻段段內(nèi)不變變的功率率輸

39、出）需需要精確確地規(guī)定定每級的的平坦度度。例如如，管子子的飽和和增益在在頻段內(nèi)內(nèi)可能是是常數(shù)，但但是，在在恒定射射頻輸入入時，頻頻段內(nèi)的的功率輸輸出會發(fā)發(fā)生相當當大的變變化。飽飽和增益益是通過過改變各各個頻點點的激勵勵，直到到發(fā)現(xiàn)該該頻點的的最大輸輸出功率率而測得得。飽和和增益是是在該點點輸出射射頻功率率與輸入入射頻功功率的比比值。除除非飽和和功率輸輸出在頻頻段內(nèi)為為常數(shù)，否否則在頻頻段內(nèi)恒恒定射頻頻激勵時時，飽和和增益與與功率平平坦度關(guān)關(guān)系很小小。平坦坦的小信信號增益益也并不不表示在在大信號號條件下下的功率率平坦度度。一般般最好規(guī)規(guī)定，管管子要經(jīng)經(jīng)過測試試確保在在系統(tǒng)中中正常工工作，包包括足

40、夠夠的射頻頻激勵容容限。像管子的容容限一樣樣，發(fā)射射機的增增益和電電平規(guī)劃劃必須包包括級間間組件所所有的損損耗和容容限，以以及管子子的容限限；還需需要做的的是，考考慮無源源頻率形形成網(wǎng)絡(luò)絡(luò)以補償償已知的的射頻管管特性所所引起的的平坦度度偏差。在正交場管管放大鏈鏈中，由由于過大大的激勵勵功率是是無害的的（它僅僅僅饋通通并加到到輸出端端）115，所所以電平平問題十十分簡單單，只需需要保證證總有足足夠的激激勵功率率。穩(wěn)定度預(yù)分分配在多級放大大鏈中，每每級的穩(wěn)穩(wěn)定度都都必須優(yōu)優(yōu)于整個個發(fā)射機機的指標標要求，這這是因為為所有級級的影響響是相加加的。根根據(jù)不穩(wěn)穩(wěn)定度的的特性和和來源，它它們可能能隨機或或直

41、接相相加，在在某種特特定條件件下相減減。通常常有必要要將發(fā)射射機穩(wěn)定定度要求求分解為為幾個較較小的數(shù)數(shù)值，并并根據(jù)難難易程度度預(yù)先分分配到各各級。穩(wěn)穩(wěn)定度預(yù)預(yù)分配通通常是對對脈間變變化、脈脈內(nèi)變化化、有時時是對相相位線性性度要求求的。頻頻率跳變變主要來來自于單單級，故故一般不不在級間間預(yù)分配配。射頻泄漏在和場典放在頻有 的為放自從鏈端到端號有 以衰但更的是于信平漏大入射號低T度的這為路能扇機動制漏也響沖的電由T脈縮的純平0這致大出入隔求1 典波鏈軸接泄平6所到0的度困其響鏈泄問線管極和場極成放設(shè)要識仔控頻可靠性發(fā)射機放大大鏈復(fù)雜雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)常常使使其可靠靠性難以以達到要要求的指指標。一一般采用用

42、備份單單級或備備份整個個放大鏈鏈解決這這個問題題，因而而必須使使用開關(guān)關(guān)轉(zhuǎn)換組組合。仔仔細分析析和限制制是必要要的，否否則故障障監(jiān)控和和自動開開關(guān)轉(zhuǎn)換換的復(fù)雜雜性和造造價很快快會超出出限度。對對于可接接受的可可靠性的的合理設(shè)設(shè)計，要要求對各各種序列列和備份份發(fā)射鏈鏈及轉(zhuǎn)換換開關(guān)進進行綜合合折中考考慮，但但這種系系統(tǒng)可靠靠性的計計算已超超出本書書討論的的范圍。射頻放大器器成功的放大大鏈發(fā)射射機設(shè)計計依賴于于，是否否有合適適的射頻頻放大器器件，以以及開發(fā)發(fā)它們的的可行性性。由于于固態(tài)發(fā)發(fā)射機在在第5章章討論，所所以本節(jié)節(jié)以后段段落只限限于討論論雷達系系統(tǒng)中的的射頻真真空管。4.4 射頻放放大管直到

43、20世世紀700年代中中期，雷雷達發(fā)射射機只采采用這種種或那種種真空管管產(chǎn)生微微波功率率。如前前所述，早早期的發(fā)發(fā)射機都都使用磁磁控管，而而放大鏈鏈系統(tǒng)的的發(fā)展則則不得不不等待合合適的大大功率脈脈沖放大大管的開開發(fā)。盡盡管開發(fā)發(fā)了各種種管子，但但成功的的種類是是速調(diào)管管、行波波管和正正交場管管，三極極管和四四極管2在在低于6600 MHzz的雷達達中也得得到應(yīng)用用。速調(diào)管和行行波管稱稱為線性性電子注注管，這這是因為為加速電電子注的的直流電電場與聚聚焦和約約束電子子注的磁磁場的軸軸線指向向相同；與其相相對，在在交叉場場放大管管，如磁磁控管、正正交場管管中，電電場與磁磁場互成成直角。由于有大量量的

44、參考考資料描描述射頻頻放大管管的原理理與工作作過程2416618，本節(jié)節(jié)主要限限于從系系統(tǒng)角度度討論雷雷達發(fā)射射機中微微波放大大管的選選取和使使用。正交場放大大器高效率、小小尺寸和和低電壓壓運用特特性，使使正交場場放大管管在UHHFKK波段的的車載或或機載雷雷達發(fā)射射機的應(yīng)應(yīng)用中具具有特別別的吸引引力。由由于增益益較低，正正交場放放大器只只使用在在放大鏈鏈中功率率最高的的一級或或兩級中中，提供供優(yōu)于線線性電子子注管的的效率、工工作電壓壓、尺寸寸或重量量。正交交場管輸輸出級的的前級通通常采用用中功率率行波管管，它可可以提供供放大鏈鏈的大部部分增益益。正交交場放大大管還可可用于增增強現(xiàn)有有雷達系系

45、統(tǒng)的輸輸出功率率。占支配地位位的正交交場放大大器是重重入式分分布發(fā)射射正交場場管44116188。高高增益正正交場管管199直到到19887年才才研制成成功，但但其低激激勵功率率和由陰陰極射頻頻激勵帶帶來的低低噪聲特特性使其其非常有有吸引力力。首先得到開開發(fā)和應(yīng)應(yīng)用的是是返波正正交場放放大器（泊泊管）15。在返返波器件件中，為為得到給給定峰值值電流所所需的電電壓與頻頻率成正正比，利利用線性性調(diào)制器器固有的的恒功率率特性或或工作在在恒流范范圍的剛剛性管調(diào)調(diào)制器可可滿足此此要求。恒恒流開關(guān)關(guān)管可幫幫助穩(wěn)定定正交場場管電流流，以對對付高壓壓電源（HHVPSS）電容容器組壓壓降。后后期發(fā)展展的前向向波

46、正交交場放大大器在其其工作頻頻段內(nèi)為為近乎常常壓工作作，因此此可以認認為是直直流工作作，僅需需用控制制電極（如如圖4.6所示示）取代代全功率率脈沖調(diào)調(diào)制器。某些正交場場放大管管具有冷冷陰極，并并且依靠靠射頻激激勵啟動動。射頻頻激勵功功率必須須及時加加入，使使管子在在陰極電電壓脈沖沖越過合合適的使使用電壓壓前就能能開始吸吸取電流流。如圖圖4.66所示，盡盡管存在在漂移區(qū)區(qū)，當射射頻激勵勵去除后后，管子子并不停停止工作作；重入入的電子子仍然有有足夠能能量以維維持陰極極二次發(fā)發(fā)射，管管子就在在通帶邊邊緣振蕩蕩或產(chǎn)生生一個寬寬頻帶的的噪聲，直直到陰極極脈沖終終止。此此外，一一旦射頻頻激勵啟啟動管子子，

47、電子子的回轟轟就加熱熱陰極，在在下一個個脈沖，即即使射頻頻激勵還還未加入入，熱發(fā)發(fā)射也能能使陰極極電流啟啟動。這這將產(chǎn)生生噪聲輸輸出，所所以通常常使射頻頻調(diào)制器器電壓脈脈沖套入入激勵脈脈沖內(nèi)以以避免這這種效應(yīng)應(yīng)。在有有一個或或多個正正交場放放大管的的放大鏈鏈中，必必須對脈脈沖寬度度減縮，留留出足夠夠的余量量。如圖圖4.77所示，由由于具有有較寬脈脈沖寬度度的射頻頻激勵的的直通，輸輸出脈沖沖中會出出現(xiàn)兩個個臺階?？刂茦O22021通常包包含在漂漂移區(qū)的的陰極結(jié)結(jié)構(gòu)中，如如圖4.6所示示。在射射頻激勵勵脈沖的的尾端，控控制電極極加上一一個相對對于陰極極為正的的脈沖電電壓以吸吸收通過過漂移區(qū)區(qū)的電子子

48、，這樣樣，即使使陽極上上仍有高高壓，管管子也將將停止工工作222。正正交場放放大管的的關(guān)斷控控制電極極使管子子可以直直流運用用，從而而取消了了大功率率調(diào)制器器。在直直流條件件下，陰陰陽極間間一直加加有高壓壓，電流流由射頻頻激勵起起動，由由控制極極的脈沖沖熄滅。為為了防止止管子在在沒有射射頻激勵勵時起動動，陰極極必須保保持低溫溫以防止止熱發(fā)射射?？刂浦茦O只需需要一個個短的、中中功率脈脈沖，一一般為陽陽極電壓壓的1/3和陽陽極峰值值電流的的1/33。由于于直流運運用對調(diào)調(diào)制器的的要求大大大降低低，使得得復(fù)雜的的脈沖編編碼運用用成為可可能。但但是，每每次加入入脈沖時時，控制制極有一一定的能能量損耗耗

49、，又因因為它是是隔離的的電極，所所以對它它冷卻較較為困難難。因此此，控制制極的發(fā)發(fā)熱限制制了該類類管能使使用的最最大脈沖沖重復(fù)頻頻率。 圖4.6 重入式式正交場場放大器器的漂移移區(qū)和控控制電極極 圖4.7 正交場場放大器器射頻輸輸出脈沖沖的臺階階實際上直流流工作方方式很少少使用23，這是是因為需需要一個個大得多多的電容容器組以以限制電電壓跌落落（與在在恒流模模式使用用開關(guān)管管相反），并并且需要要消弧電電路，防防止直流流工作的的正交場場放大管管起弧的的影響（參參見4.9節(jié)），消消弧電路路使工作作中斷數(shù)數(shù)秒鐘，而而不只是是中斷單單個脈沖沖的時間間，它并并不能避避免管子子起弧。另另外，鄰鄰近雷達達發(fā)

50、射的的強射頻頻信號通通過天線線回送到到發(fā)射機機，可能能導(dǎo)致直直流正交交場管發(fā)發(fā)射機誤誤觸發(fā)。在未加調(diào)制制電壓時時，正交交場放大大管從射射頻輸入入端到射射頻輸出出端之間間的低插插入損耗耗允許較較方便地地階梯式式地對正正交場放放大鏈的的輸出功功率進行行編程24。例如如，包含含兩級正正交場放放大管和和一級前前置行波波管的放放大鏈發(fā)發(fā)射機，選選擇哪個個調(diào)制器器加脈沖沖電壓即即可選擇擇三種輸輸出功率率電平。功功率編程程，也稱稱做饋通通工作（FFeeddthrrouggh ooperratiion）特特別適合合3D雷雷達應(yīng)用用，因為為它允許許在大掃掃描角下下用減少少峰值功功率來保保持相同同的平均均功率。正

51、交場放大大管的低低插入損損耗還允允許輸出出端反射射功率通通過管子子回送到到輸入端端。在許許多情況況下，輸輸入端反反射回的的功率會會超過激激勵功率率，因此此，必須須在正交交場放大大管放大大鏈各級級間加上上有適當當額定值值的隔離離器33225。磁控管的某某些常見見問題在在正交場場管中也也同樣存存在。詳詳細情況況可參見見磁控管管“常見問問題”（參見見4.22節(jié)）中中所討論論的打火火、跳模模、噪聲聲環(huán)、寄寄生射頻頻輸出、射射頻泄漏漏等。一一個主要要的差別別在于，因因為射頻頻激勵在在電壓上上升期間間出現(xiàn)，許許多（而而不是全全部）陰陰極脈沖沖調(diào)制的的正交場場放大管管允許有有比磁控控管快得得多的電電壓上升升

52、速率。同同樣由于于射頻激激勵已經(jīng)經(jīng)存在，在在所希望望的模式式上沒有有起動時時間的延延遲；但但模振蕩蕩需要一一個有限限的起動動時間，如如果電壓壓上升快快速通過過它的起起動區(qū)間間，則模模就不能能建立。在在直流運運用的正正交場放放大管中中，由于于陰極電電壓一直直保持滿滿額定值值，模振振蕩無法法建立。速調(diào)管多腔速調(diào)管管以其高高增益和和大功率率而聞名名。但在在20世世紀500年代它它的帶寬寬只有11%或更更低一些些，只有有對腔體體進行機機械調(diào)諧諧，才能能得到寬寬頻帶，通通常使用用同調(diào)（用用一個調(diào)調(diào)諧旋鈕鈕或電動動驅(qū)動機機構(gòu)同時時調(diào)諧所所有的腔腔體）。盡盡管在速速調(diào)管增增益與帶帶寬間進進行折中中是可行行的

53、，但但速調(diào)管管的參差差調(diào)諧比比中頻電電路復(fù)雜雜得多。速速調(diào)管的的頻率響響應(yīng)是中中間增益益的乘積積以及其其全部獨獨立腔體體響應(yīng)的的總乘積積；某些些調(diào)諧組組合會產(chǎn)產(chǎn)生過大大的諧波波輸出，并并且寬帶帶的小信信號增益益不能確確保寬帶帶的飽和和增益。由由于強電電子注給給腔體提提供大負負載，速速調(diào)管的的帶寬隨隨功率電電平的增增大而增增大116。圖4.8 長作用腔現(xiàn)代數(shù)字計計算機的的使用使使得確定定調(diào)諧各各腔的最最佳方案案成為可可能，速速調(diào)管的的帶寬迅迅速增大大。在固固定腔體體調(diào)諧下下3 dB帶帶寬達88%，個個別的可可達111%（VVariian VA8122C）。速速調(diào)管帶帶寬的展展寬也部部分地決決定于

54、電電子注導(dǎo)導(dǎo)流系數(shù)數(shù)的改進進，但更更重要的的是輸出出腔設(shè)計計的改進進。無論論前面的的增益或或激勵有有多大，輸輸出腔的的功率-帶寬特特性決定定了從通通過這個個腔的電電子注里里能吸取取出的能能量。因因此在寬寬帶速調(diào)調(diào)管里，用用雙重調(diào)調(diào)諧或三三重調(diào)諧諧的腔體體，有時時稱為長長作用腔腔（Exxtenndedd-innterracttionn ciircuuit）2627，取代單腔。長作用腔是在一個腔體內(nèi)有多個作用縫隙以從電子注中取能，如圖4.8所示。這種組腔技術(shù)也推廣到了前面的腔體中。在發(fā)現(xiàn)組中各腔體不必相互耦合后，聚腔速調(diào)管（Clustered-cavity klystron圖4.8 長作用腔行波管

55、小功率螺線線形行波波管在帶帶寬上仍仍占第一一位。由由于在所所有頻率率上其相相速基本本不變，螺螺線使行行波管的的帶寬超超過倍頻頻程。螺螺線形行行波管沒沒有用于于大功率率雷達，因因為大功功率要求求高壓電電子注，而而電子速速度太高高，則難難以與螺螺線上的的低速射射頻波同同步。螺螺線形行行波管最最高運用用于100kV，峰峰值功率率約幾千千瓦。為為了得到到大功率率，需使使用其他他類型的的有較高高射頻速速度的慢慢波電路路，而這這些慢波波結(jié)構(gòu)的的帶通特特性可能能導(dǎo)致帶帶邊振蕩蕩。此外外，在慢慢波線上上會同時時傳播前前向波和和反向波波，這可可能引起起返波振振蕩。根根據(jù)不同同線路，還還可能產(chǎn)產(chǎn)生其他他振蕩。由由

56、于這些些原因，大大功率行行波管的的研制落落后于速速調(diào)管，到到目前仍仍然較貴貴。19963年年，Vaariaan公司司用三葉葉草形線線路研制制出兆瓦瓦級的脈脈沖行波波管（如如圖4.9所示示）229，這這種三葉葉草形慢慢波結(jié)構(gòu)構(gòu)既重又又堅實，足足以承受受與速調(diào)調(diào)管相當當?shù)墓β事省４蠊β市胁úü艿穆ńY(jié)構(gòu)構(gòu)包括螺螺線形結(jié)結(jié)構(gòu)（反反繞螺線線或環(huán)桿桿線路）和和耦合腔腔電路（如如三葉草草線路）以以及梯形形網(wǎng)絡(luò)（LLaddder nettworrk）30。當功功率在1100 kW以以下，環(huán)環(huán)桿線路路的帶寬寬比耦合合腔電路路寬，效效率也高高；在2200 kW以以上或低低于2000 kW但但受平均均功率限限制

57、，耦耦合腔線線路則占占優(yōu)勢31。如果采用耦耦合腔電電路的行行波管是是陰極脈脈沖調(diào)制制的，則則在脈沖沖電壓上上升或下下降過程程中的某某一時刻刻，電子子注速度度和射頻頻電路的的截止頻頻率（模模）同步步，這會會引起振振蕩。在在射頻輸輸出脈沖沖前后沿沿所產(chǎn)生生的特殊殊振蕩形形狀稱為為“兔耳”（如圖圖4.110所示示）。很很少能完完全抑制制這種振振蕩。由由于這種種特殊振振蕩決定定于電子子速度，而而電子速速度又取取決于注注電壓，因因此，采采用脈沖沖調(diào)制陽陽極或柵柵極可以以防止它它的產(chǎn)生生（在本本節(jié)后面面說明）。在在這種情情況下，只只要保證證不在加加高壓期期間就加加上陰極極調(diào)制脈脈沖，而而是等高高壓加到到約

58、600%880%的的滿值時時，即超超過引起起振蕩的的安全值值時，再再加上調(diào)調(diào)制脈沖沖。圖4.9 三葉葉草形慢慢波結(jié)構(gòu)構(gòu)圖4.100 陰陰極脈沖沖調(diào)制的的行波管管和射頻頻輸出包包絡(luò)上的的“兔耳”振蕩為了防止由由于輸入入端和輸輸出端反反射引起起的振蕩蕩，在大大功率行行波管的的慢波線線中間，必必須有不不連續(xù)性性，即切切斷（SSeveer）。雖雖然沿慢慢波線分分布損耗耗也能防防止振蕩蕩，但它它會降低低效率，對對大功率率管是不不利的。一一般達到到1530 dB增增益的每每節(jié)管子子都有一一個切斷斷。在每每個切斷斷處，已已調(diào)制的的電子注注載運信信號繼續(xù)續(xù)前進，而而沿慢波波線傳播播的功率率被耗散散在切斷斷處的

59、負負載中，這這樣就消消除了反反向傳輸輸功率。切切斷處的的負載可可以放在在管外，以以減少射射頻結(jié)構(gòu)構(gòu)內(nèi)的功功率耗散散。行波管的效效率低于于速調(diào)管管，這是是因為保保持穩(wěn)定定需要負負載，同同時也因因沿整個個結(jié)構(gòu)的的大部分分都存在在有較高高的功率率。提高高大功率率行波管管效率的的一個重重要手段段是所謂謂“速度漸漸變”（Veeloccityy taaperringg），運運用這種種方法時時，對慢慢波線最最后幾節(jié)節(jié)的長度度進行漸漸變，以以便能與與換能后后失速的的電子注注相適應(yīng)應(yīng)。速度度漸變允允許從電電子注中中取出更更多的能能量，并并顯著改改進管子子的功率率帶寬特特性331。但但大功率率行波管管在帶邊邊的功

60、率率輸出一一般有顯顯著下降降，它的的額定帶帶寬在很很大程度度上取決決于整個個系統(tǒng)所所能允許許的功率率跌落。降壓收集極極166332可可以顯著著提高行行波管（速速調(diào)管）的的效率。在在中等電電壓下的的多收集集極節(jié)在在近于最最佳電壓壓時吸收收每個失失能的電電子。通通信領(lǐng)域域用到多多于100個收集集極節(jié)的的行波管管，3節(jié)節(jié)大功率率行波管管（如圖圖4.111所示示）是現(xiàn)現(xiàn)代雷達達中典型型的應(yīng)用用。降壓壓收集極極的各種種不同電電壓需求求使高壓壓電源變變得較為為復(fù)雜，幸幸運的是是收集極極電壓并并不像電電子注電電壓那樣樣要求嚴嚴格的穩(wěn)穩(wěn)壓。行波速調(diào)管管1963年年Varriann公司研研制了一一個復(fù)合合管，前