雷達原理第二章-雷達發(fā)射機課件

第二章雷達發(fā)射機提綱1.雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成2.雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標3.單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機4.固態(tài)發(fā)射機5.脈沖調(diào)制器：提供合適的視頻調(diào)制脈沖1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成一、發(fā)射機的任務(wù)二、發(fā)射機的分類與組射頻信號_補充1射頻（RadioFrequency，RF）：是指該頻率的載波功率能通過天線發(fā)射出去，以交變的電磁場形式在自由空間以光速傳播，碰到不同介質(zhì)時傳播速率發(fā)生變化，也會發(fā)生電磁波反射、折射、繞射、穿透等，引起各種損耗。噪聲系數(shù)：一般定義為輸出信噪比與輸入信噪比的比值，實際使用中化為分貝來計算。單位用dB。

耦合度：耦合端口與輸入端口的功率比,單位用dB。

隔離度：本振或信號泄露到其他端口的功率與原有功率之比，單位dB。1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成天線增益（dB）：指天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中輻射的能力。一般把天線的最大輻射方向上的場強E與理想各向同性天線均勻輻射場場強E0相比，以功率密度增加的倍數(shù)定義為增益。Ga=E2/E02

天線方向圖：是天線輻射出的電磁波在自由空間存在的范圍。方向圖寬度一般是指主瓣寬度即從最大值下降一半時兩點所張的夾角。

E面方向圖指與電場平行的平面內(nèi)輻射方向圖；

H面方向圖指與磁場平行的平面內(nèi)輻射方向圖。

一般是方向圖越寬，增益越低；方向圖越窄，增益越高。1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成功率單位簡介_補充2絕對功率的dB表示 射頻信號的絕對功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關(guān)系如下：

例如：信號功率為xW，利用dBm表示時其大小為：例如：1W等于30dBm，等于0dBW。1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成天線傳播相關(guān)單位簡介_補充3天線增益 天線增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天線相對于無方向天線的功率能量密度之比，dBd是指相對于半波振子Dipole的功率能量密度之比，半波振子的增益為2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成信號調(diào)制_補充4什么叫調(diào)制? 調(diào)制是將需要傳輸?shù)男畔⒕幋a和處理，使其適合傳輸?shù)倪^程。一般的調(diào)制過程是指將基帶信號搬移到更高的頻帶內(nèi)。為什么需要調(diào)制?（1）基帶信號一般不適合直接傳輸，需要將其移至適合在傳輸媒介傳輸和頻帶范圍內(nèi)。（2）提高頻率利用效率。（3）利用較高的頻帶傳輸信號可有效降低接收和發(fā)送天線的尺寸。1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成BasebandSignal(Information:Data,Voice,Video)AnalogInformationDigitalInformationCWCarrierAMFMPMASKFSKPSKCombination(QAM,CAP,…)AnalogModulationDigitalModulation1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成模擬調(diào)制:AMFMPMPM其實也是頻率調(diào)制，只是調(diào)制時對頻率的控制精度更高,調(diào)制電路也較為復(fù)雜。1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成數(shù)字調(diào)制:ASKFSKPSKOOK1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成單級振蕩式發(fā)射機主振放大式發(fā)射機1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成二、發(fā)射機的分類與組成1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成①定時器提供以為間隔的脈沖觸發(fā)信號。②脈沖調(diào)制器：在觸發(fā)脈沖信號激勵下產(chǎn)生脈寬為τ的大功率視頻脈沖信號。③大功率射頻振蕩器：產(chǎn)生大功率射頻信號。特點：簡單，廉價，高效，難以產(chǎn)生復(fù)雜調(diào)制，頻率穩(wěn)定性差，－。1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成主振放大式發(fā)射機主振放大式（主控振蕩器加上射頻放大鏈）：先產(chǎn)生小功率的CW（ContinuousWave）振蕩，再分多級進行調(diào)制和放大。固體微波源產(chǎn)生如下五種頻率：1、射頻發(fā)射信號頻率；2、本振信號頻率；3、中頻相干振蕩頻率；4、定時觸發(fā)脈沖頻率；5、時鐘頻率；1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成①定時器：給三個脈沖調(diào)制器提供不同時間，不同寬度的觸發(fā)脈沖信號。②固體微波源：是高穩(wěn)定度的CW振蕩器，在脈沖調(diào)制下形成輸出脈沖。③中間放大器：在微波源脈沖到達后很短時間處于放大狀態(tài)，在微波脈沖結(jié)束后退出放大狀態(tài)，受脈沖控制。④輸出功率放大器：產(chǎn)生大功率的脈沖射頻信號。特點：調(diào)制準確，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜調(diào)制，系統(tǒng)復(fù)雜，昂貴，效率低。工作頻率與器件的關(guān)系1GHZ以下：微波三極管，微波四極管，晶體管。1GHZ以上：磁控管，行波管，速調(diào)管，晶體管。與功率的關(guān)系與系統(tǒng)的關(guān)系頻率越高，功率越低。頻率越高，天線尺寸越小，大氣衰減越大。輸出信號頻率一、工作頻率或頻段2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標發(fā)射機送入天線輸入端的功率平均功率峰值功率單位時間內(nèi)發(fā)出的功率能量Pav，脈沖重復(fù)周期內(nèi)的輸出平均功率。脈沖發(fā)出時間點的功率Pt，脈沖期間射頻振蕩的平均功率。三、總效率輸入發(fā)射機的總平均功率輸出和輸入的功率比工作比，占空比二、輸出功率2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標四、信號形式發(fā)射信號的形式雷達的常用信號形式2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標工作比：2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標五、脈沖波形脈沖：瞬間突然變化、作用時間極短的電壓或電流稱為脈沖信號，簡稱為脈沖。常見的幾種脈沖波形：矩形脈沖信號的獲取方法有兩種：產(chǎn)生：不用信號源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形。整形：輸入信號源進行整形。脈沖產(chǎn)生電路：多諧振蕩器脈沖整形（變換）電路：施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標脈沖周期T脈沖幅度Vm脈沖寬度上升時間tr下降時間tf占空比：2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標矩形射頻脈沖列的理想頻譜

由圖可知：主瓣寬度2/τ，隨τ↑而↓。主要能量集中在主瓣。

2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標

實際發(fā)射信號的頻譜

2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標從圖中可以看出，存在兩種類型的寄生輸出：一類是離散的；另一類是分布寄生輸出，前者相應(yīng)于信號的規(guī)律性不穩(wěn)定，后者相應(yīng)于信號的隨機性不穩(wěn)定。2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標對于離散型寄生輸出對于分布型寄生輸出離散型寄生譜：分布型寄生譜：例1：某型機載脈沖雷達的峰值功率Pt=10kW,使用兩種PRF,fr1=10kHz,fr1=30kHz,如果平均發(fā)射功率Pav為常數(shù)并等于1500W時，每種PRF的脈沖寬度是多少？計算每種情況下的脈沖能量。2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標解：由于Pav為常數(shù)，所有的兩種PRF具有相同的占空比（因子）。脈沖重復(fù)周期（間隔）是由此2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標一、單級振蕩式發(fā)射機（一）特點（二）組成（三）波形（四）各部分電路功用3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（一）特點大功率射頻振蕩器做末級優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、比較輕便。缺點：頻率穩(wěn)定度較差（一般10-4—10-5）；難以形成復(fù)雜的波形；相繼射頻脈沖不相參。3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（二）組成1.基本結(jié)構(gòu)3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機2.帶預(yù)調(diào)器的結(jié)構(gòu)3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（三）波形3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（四）各部分電路功用（1）電源：供給交、直流電能。（2）射頻振蕩器：把直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)樯漕l振蕩的電能（能量轉(zhuǎn)換器）。米波—超短波三極管；分米波—微波三極管或磁控管；厘米波—多腔磁控管。3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（3）脈沖調(diào)制器：控制射頻振蕩器的振蕩方式。實際上就是大功率脈沖產(chǎn)生器或脈沖功率放大器，用于產(chǎn)生等幅、等寬、等周期矩形脈沖，控制射頻振蕩器按脈沖規(guī)律工作。（4）預(yù)調(diào)器：產(chǎn)生小功率的預(yù)調(diào)脈沖。3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機二、主振放大式發(fā)射機（一）特點（二）組成（三）各部分電路功用（四）應(yīng)用舉例3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（一）特點大功率射頻功率放大器做末級缺點：復(fù)雜、昂貴、笨重。優(yōu)點：

頻率穩(wěn)定度高；產(chǎn)生相參信號；適用于頻率捷變雷達；用于形成復(fù)雜調(diào)制波形。

3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機相參信號信號的相參性—兩個信號相位間存在確定關(guān)系。

單級振蕩式發(fā)射機：振蕩器工作狀態(tài)由脈沖調(diào)制器控制，每個射頻脈沖起始射頻相位由振蕩器噪聲決定具有隨機性，即射頻信號相位不相參。主振放大式發(fā)射機：主控振蕩器提供基準連續(xù)波信號，射頻脈沖通過脈沖調(diào)制器控制射頻功率放大器產(chǎn)生。相繼射頻脈沖具有固定的相位關(guān)系。

3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（二）組成3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（三）各部分電路功用（1）主控振蕩器（固態(tài)微波源）產(chǎn)生低電平射頻振蕩信號?，F(xiàn)代雷達要求射頻信號頻率很穩(wěn)定，用一級振蕩器很難滿足要求，往往是比較復(fù)雜系統(tǒng)。主控振蕩器通常由石英晶體振蕩器、多級倍頻器、上變頻器等固體器件組成，所以又稱“固體微波源”。3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（2）射頻放大鏈一般由2～3級射頻功率放大器級聯(lián)而成，包括中間射頻功率放大器、輸出功率放大器，將固體微波源產(chǎn)生的低電平放大到高功率電平。當雷達工作頻率在1000MHz以下時，放大管多采用微波三、四極管（柵控管）；當雷達工作頻率在1000MHz以上時，放大管多采用大功率速調(diào)管、行波管和前向行波管。3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（3）脈沖調(diào)制器產(chǎn)生矩形脈沖控制射頻振蕩器振蕩。但各級射頻功率放大器所需調(diào)制脈沖的參數(shù)（脈沖寬度、延遲時間等）不同。（4）定時器由于各脈沖調(diào)制器不同時工作，需要定時器協(xié)調(diào)各調(diào)制器工作時間。3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機（四）應(yīng)用舉例采用頻率合成技術(shù)的主振放大式發(fā)射機

3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機能產(chǎn)生復(fù)雜波形的主振放大式發(fā)射機

3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機一、發(fā)展概況和特點二、固態(tài)高功率放大器模塊三、固態(tài)發(fā)射機的應(yīng)用4、固態(tài)發(fā)射機（一）發(fā)展概況和特點

近年來，微波半導(dǎo)體大功率器件獲得了發(fā)展。固態(tài)發(fā)射機通常由幾十個-幾千個固態(tài)發(fā)射模塊組成，已在機載雷達、相控陣雷達等雷達中逐步代替常規(guī)微波電子管發(fā)射機。4、固態(tài)發(fā)射機優(yōu)點：

1、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、工作頻帶寬、效率高；5、系統(tǒng)設(shè)計和運用靈活；6、維護方便，成本較低。4、固態(tài)發(fā)射機4、固態(tài)發(fā)射機（二）固態(tài)高功率放大模塊

固態(tài)高功率放大器模塊并行組合多個大功率微波晶體管的輸出功率大功率微波晶體管2G以下：硅雙級晶體管，功率和增益較低2G以上：GaAsFET（砷化鎵場效應(yīng)管）集中合成空間合成主要用于相控陣雷達可用于中小功率的雷達發(fā)射機輻射源輸出功率效率高，決定于n和最后一級功率。由于微波功率合成網(wǎng)絡(luò)的插入損耗將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件和無源器件集成在一起，系統(tǒng)有損耗?？臻g合成的輸出結(jié)構(gòu)

4、固態(tài)發(fā)射機優(yōu)點：1-n2個末級功率輸出模塊每一個與相應(yīng)的輻射單元相接，從而減小了射頻功率的饋線傳輸損失，提高了發(fā)射效率。缺點：發(fā)射不集中。集中合成的輸出結(jié)構(gòu)

4、固態(tài)發(fā)射機有損耗，由于微波功率合成網(wǎng)絡(luò)的插入損耗將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件和無源器件集成在一起。4、固態(tài)發(fā)射機（三）微波單片集成（MMIC）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)模塊在相控陣雷達中的應(yīng)用達到實用階段。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。

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。相控陣雷達的單片集成收發(fā)模塊組成框圖

4、固態(tài)發(fā)射機

近年來微波單片集成收發(fā)模塊發(fā)展很快,并且已經(jīng)成為相控陣雷達的關(guān)鍵部件。從超高頻波段至厘米波波段,都有可供實用的微波單片集成收發(fā)模塊,表列出了從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)點如下:(1)成本低。因為由有源和無源器件構(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。4、固態(tài)發(fā)射機相控陣雷達的幾種單片集成收發(fā)模塊性能參數(shù)

4、固態(tài)發(fā)射機

(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67.2cm2,重量僅為4盎司(即0.113kg)。

4、固態(tài)發(fā)射機（三）固態(tài)發(fā)射機的應(yīng)用1、在相控陣雷達中的應(yīng)用2、在全固態(tài)化高可靠性雷達中的應(yīng)用3、在連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用

4、固態(tài)發(fā)射機

1.在相控陣雷達中的應(yīng)用固態(tài)模塊在相控陣雷達中的應(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。4、固態(tài)發(fā)射機典型的L波段相控陣發(fā)射/接收模塊

4、固態(tài)發(fā)射機

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,最后送至由計算機控制的相控陣雷達信號處理機。

4、固態(tài)發(fā)射機2.在全固態(tài)化高可靠性雷達中的應(yīng)用L波段高可靠性全固態(tài)化發(fā)射機

4、固態(tài)發(fā)射機

圖示出了一個L波段高可靠全固態(tài)化發(fā)射機的應(yīng)用實例。這個固態(tài)發(fā)射機的輸出峰值功率為8kW、平均功率為1.25kW。它的主要特點是:

(1)功率放大級采用64個固態(tài)放大集成模塊組成,每個峰值功率為150W、增益為20dB、帶寬為200MHz、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)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。上述三點使這個固態(tài)發(fā)射機具有高可靠性,而且體積小、重量輕、機動性好。

4、固態(tài)發(fā)射機3.在連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用4、固態(tài)發(fā)射機連續(xù)波對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)的固態(tài)發(fā)射機

圖示出一種用于連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)的固態(tài)發(fā)射機的組成框圖。這個連續(xù)波對空監(jiān)視雷達提供高空衛(wèi)星及其它空中目標的檢測和跟蹤數(shù)據(jù),工作頻率為217MHz。為了提高雷達系統(tǒng)的性能,用固態(tài)發(fā)射機直接代替了原來體積龐大,效率較低的電子管發(fā)射機。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320W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)射機相比,功率傳輸效率提高了1dB。2592個固態(tài)發(fā)射模塊輸出的總平均功率為830kW,當考慮天線陣面的增益時,在空中合成的有效輻射功率高達98dBW。

4、固態(tài)發(fā)射機

與原來的電子管發(fā)射機相比,這個固態(tài)發(fā)射機具有如下優(yōu)點:

(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)射機的效率為52.6%,比原來電子管發(fā)射機的效率(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100000h,整個發(fā)射系統(tǒng)的可靠性為0.9998。(3)體積小、重量輕、維護方便。原來的發(fā)射機由18個輸出功率為50kW的高功率電子管末級放大器組成,需要的附加安全防護設(shè)備很多,體積龐大,維修困難。固態(tài)發(fā)射機使用2592個平均功率為320W的固態(tài)模塊,直流供電電壓為28V,使用和維護很方便。4、固態(tài)發(fā)射機典型的固態(tài)發(fā)射模塊的性能參數(shù)

4、固態(tài)發(fā)射機連續(xù)波對空監(jiān)視雷達固態(tài)發(fā)射機和電子管發(fā)射機性

4、固態(tài)發(fā)射機一、任務(wù)二、組成三、基本工作原理四、典型線路

5、脈沖調(diào)制器（一）任務(wù)

脈沖調(diào)制器解決的關(guān)鍵問題：盡可能降低對于電源部分的高峰值功率的要求，實現(xiàn)用較小功率電源產(chǎn)生較大峰值功率射頻脈沖。

在單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機中都需要脈沖調(diào)制器。

產(chǎn)生等幅、等寬、等時間間隔的視頻脈沖序列控制發(fā)射機輸出高頻脈沖序列。5、脈沖調(diào)制器把初級電源變換成符合要求的直流或交流電源在脈沖間歇期存儲電源送來的能量，降低對電源部分的高峰值功率的要求平時接通電源可以儲能，脈沖發(fā)射期間接通儲能和負載。5、脈沖調(diào)制器（二）組成（1）電源部分：把初級電源（市電）變換成符合要求直流電源。（2）能量儲存部分為有效利用電源功率，采用儲能元件在脈沖間歇期間把電源送來的能量儲存起來，等到脈沖期間再把儲存的能量放出去，交給射頻發(fā)生器。常用儲能元件有電容器和人工長線（或稱仿真線）。5、脈沖調(diào)制器3）脈沖形成部分用開關(guān)控制儲能元件對負載（高頻振蕩器）放電，以提供電壓、功率、脈沖寬度及脈沖波形等都滿足要求的視頻脈沖。調(diào)制開關(guān)（剛性和軟性）：平時接通電源可以儲能，脈沖發(fā)射期間接通儲能和負載。常用的開關(guān)元件有真空三四極管，氫閘流管，半導(dǎo)體開關(guān)元件（可控硅元件）和具有非線性電感的磁開關(guān)等。5、脈沖調(diào)制器5、脈沖調(diào)制器（三）基本工作原理

為了有效利用電源功率，采用儲能元件在較長的脈沖間歇期間把電源送來的能量儲存起來，等到短促的脈沖期間再把儲存的能量提供放給射頻發(fā)生器，已形成高功率輸出脈沖。5、脈沖調(diào)制器（四）典型線路

1.剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器2.軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器

5、脈沖調(diào)制器一、任務(wù)、特點任務(wù)：在控制下產(chǎn)生負極性特高壓、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+_EaKIao5、脈沖調(diào)制器二、組成分類

1.并聯(lián)電路——方案之一儲能元件與振蕩器“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“細水長流”方式。如同水庫平時儲水；以小功率，長時間儲能在“儲能元件”內(nèi)；

K→“2”；以大功率，矩時間放能到負載（磁控管）“振蕩器”；以“長時間”換取大功率，所得增益為S。

2.串聯(lián)電路——方案之二儲能元件與振蕩器“串聯(lián)”；限制器還防止K閉合時電源被短路。5、脈沖調(diào)制器

脈沖調(diào)制器構(gòu)成主要器件：

儲能元件：電容、電感、仿真線（由電感電容構(gòu)成）；

限制器：限流電阻、搶流圈；

船用雷達常用三種脈沖調(diào)制器：限制器：限流電阻、搶流圈；；

調(diào)制開關(guān)：電子管、閘流管、磁開關(guān)、可控硅剛性開關(guān)軟件開關(guān)固態(tài)開關(guān)（1）電容儲能、部分放電式剛性管脈沖調(diào)制器；（2）仿真線儲能、完全放電式軟性管脈沖調(diào)制器；（3）電容/仿真線儲能、完全放電式，因態(tài)開關(guān)脈沖調(diào)制器。二、剛性脈沖調(diào)制器1.典型電路5、脈沖調(diào)制器1.電路說明：

G1——真空管調(diào)制管G2——磁控管R1——限流電阻C3——儲能電容R2——充電電阻Co——分布電容2.真空管(電子管)——剛性開關(guān)特點：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5、脈沖調(diào)制器注意：

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

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，故實為倒相大功率脈沖放大器。5、脈沖調(diào)制器結(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，只有對于更大功率雷達，要Ua、Iao很大，C3、G1承受不了，才不得不用完全放電式。

進一步分析表明：

所需電源：

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

充電效率:部分放電時，ηc→100%完全放電時，ηc<50%5、脈沖調(diào)制器（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，L上感應(yīng)上正、下負電壓加速脈沖后沿（tf↓)；正向振蕩用D削去。5、脈沖調(diào)制器三、軟性脈沖調(diào)制器

1.典型電路1）電路說明圖14

L——充電電感

D——隔離二極管G1——閘流管（軟性開關(guān)管）X——由電感、電容接成的仿真線B——脈沖變壓器G2——磙控管D1、R2——X過壓保護元件；2）閘流管特點

內(nèi)部充氫，有電離和消電離時間，開關(guān)通斷不利爽，稱“軟性管”；

單向控制，零偏壓，正啟動特性；

通：前沿要陡，幅度低，預(yù)調(diào)器簡單；斷：Ua降到100~150V時，Ia<I0（導(dǎo)通維持電流）時；輸出功率P0大，內(nèi)阻小，η高。C2R3——消肩峰元件5、脈沖調(diào)制器2.工作概述

1)工作過程

無G1止，在T—τ內(nèi)，+Ea經(jīng)L、D、B初級對X充電、儲能。

Vc=Vcmax≈2Ea后由D隔離保持。來G1通，經(jīng)G1對B初級等效負載放電，若負載與X特性阻抗匹配，則B初級獲得幅度為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(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初級電阻C0——X等效總電容C0=ncn—節(jié)數(shù)；c單節(jié)電容Lr0C3+—+Eaic5、脈沖調(diào)制器∵是全部放電UComin=0∵實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：式中：5、脈沖調(diào)制器

D隔離作用

ttT0/2T0

D隔離作用

t5、脈沖調(diào)制器（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

C3C2C1L4L3L2L1注意：

5、脈沖調(diào)制器

X放電等效電路—

2EaZc=RL+RLkEaEa放

X放電幾種情況匹配放電根據(jù)完全放電、能量平衡式可寫為：

可得仿真線單節(jié)L1、C1算式：

URLEa

t

URL

Ea

t5、脈沖調(diào)制器

RL>ZC

正失配URL為衰減階梯形放電

E/2

E/2

URL

RL>ZcURL

ttRL＜Zc

RL<ZC

正負正配URL呈衰減振蕩方波實際工作在匹配或略負失配下，以得到矩形脈沖輸出，因負失配而出現(xiàn)的反向脈沖可用D1、R2消除。URL(0)E/2URL(0)E/25、脈沖調(diào)制器磁控管打火時，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6Ea，接D1、R2可放掉仿真線上反極性電壓。低通濾波器200μH680μ680μ3.保護電路及消肩峰電路

1)保護電路(1)仿真線保護電路——D1、R2

D1、R2是仿真線保護電路，以免仿真線、閘流管過壓受損。仿真線過壓成因：5、脈沖調(diào)制器(2)預(yù)調(diào)器保護電路——低通濾波器低通濾波器可消除閘流管起燃時，在閘流管控制柵極上出現(xiàn)的高電壓脈沖，以免預(yù)調(diào)器被擊穿。2)消肩峰電路——C2、R3磁控管未振蕩(Ca<0.7Ea門限電壓前)，阻抗很大，折含至MB初