雷達原理第二章課件

第二章雷達發(fā)射機1§2.1概述一、任務及基本組成1.任務：在┻控制下產生周期性大功率微波脈沖振蕩，作為雷達發(fā)射信號。（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射頻功放脈沖調制器定時器電源fs(2)單級振蕩式至天線定時器脈沖調制器大功率射頻振蕩器電源船用雷達用第(2)種2二、主要技術指標

根據

雷達用途

使用性能是雷達發(fā)射機電路設計、制作的依據。1.工作波段λ：s、c、x、Ka

λ=10cm5cm3cm0．8cm船用雷達用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內射頻振蕩的功率（KW）

Pt↑

→rmax↑

電路、結構復雜，可靠性↓，造價↑

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、多腔磁控管的結構及特點

是用來產生厘米波大功率微波振蕩的器件。1.結構

特殊結構的必要性:引線是感;分布電容;電子在管內的渡越時間.特殊結構的“二極管”+強磁場1）陰極

內裝螺旋燈絲，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個對稱園洞，每洞有縫隙，構成振蕩腔體。（壁——等效L；縫——等效C）兩側有蓋極.各腔高頻場有磁交連，縫口構成直→交流能量交換的作用空間。63）磁鐵

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

λ=3cm

B=5000高斯;4）輸出裝置

要求管線匹配；

密封（管內抽真空）；

有足夠功率和場強容量。振蕩能量輸出裝置同軸線λ=3.10cm時用波導型λ<1cm時用2.結構特點：

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，電子受正交電、磁場雙重控制、故稱“磁控管”。λ=1cm

B=10000高斯7B不同,電子運動軌跡不同:ua一定時：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動，便形成“旋轉電子云”。2）旋轉電子云與高頻場的相應作用——動態(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△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%

測距精度f調制器η2≈40%總效率ηt≈30%10高頻場：切向向量供能=耗能→形成等幅振蕩法向向量“車幅狀”電子群旋轉運動，每Ts/2轉過一個腔縫口，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；陽極與波導近、接地安全。2．磁控管電流測量測的磁控管電流ia是充放電平均電流。3．維護1）低壓開3~5min后開高壓(發(fā)射)；2）“老煉”(去管內殘存氣體)；3）冷卻風扇，俁環(huán)境溫度；4）存放離鐵磁物質≥10cm；兩管間距≥20cm；5）負載要匹配；6）防微波輻射。電流表RC燈絲電壓~13§2．3脈沖調制器

一、任務、特點

任務：在控制下產生負極性特高壓、矩形調制脈沖。

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K組成產生負極性特高壓矩形調制脈沖方案。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；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。151.電路說明：

G1——真空管調制管

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)——剛性開關特點：耐高壓、大電流、壽命短（幾十KV幾十~幾百A）；導通內阻小(幾十Ω)→η放高；通斷利爽，“剛性”→波形好；休止期截止→免損耗；需小功率預調脈沖，要求波形好。2.工作概述

1)工作過程+Ea經R1、L對C3充電至UC3max≈+Ea

C3經G1向G2放電，產生來：使ug使G1通，“K”閉合

結束：G1又止，C3又由+Ea充電。無入：一Eg使G1止17注意：

在τm內，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→結論。（1）C3充電C0<<C3

D內阻<<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。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%結論：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。18（2）C3放電

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

L與Co構成振蕩電路t=τ放電結束時，L上感應上正、下負電壓加速脈沖后沿（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，+Ea經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的調制脈沖，經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)電容式中：圖Lr0C3+—+Eaic21∵是全部放電UComin=0∵實際可做到充電電路品質因數(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/225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。(2)預調器保護電路——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