雷達原理(第三)第2章雷達發(fā)射機

2.1雷達發(fā)射機的任務和基本組成雷達是利用物體反射電磁波的特性來發(fā)現(xiàn)目標并確定目標的距離、方位、高度和速度等參數(shù)的。因此,雷達工作時要求發(fā)射一種特定的大功率無線電信號。發(fā)射機在雷達中就是起這一作用的,也就是說,它為雷達提供一個載波受到調制的大功率射頻信號,經(jīng)饋線和收發(fā)開關由天線輻射出去。當前1頁，總共73頁。圖2.1單級振蕩式發(fā)射機當前2頁，總共73頁。圖2.2主振放大式發(fā)射機當前3頁，總共73頁。單級振蕩式發(fā)射機與主振放大式發(fā)射機相比，最大的優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟,也比較輕便。實踐表明,同樣的功率電平,單級振蕩式發(fā)射機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,當整機對發(fā)射機有較高要求時,單級振蕩式發(fā)射機往往無法滿足而必須采用主振放大式發(fā)射機。當前4頁，總共73頁。2.2雷達發(fā)射機的主要質量指標1.工作頻率或波段雷達的工作頻率或波段是按照雷達的用途確定的。為了提高雷達系統(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)射機的設計影響很大,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、四極管,在1000MHz以上則有多腔磁控管、大功率速調管、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。當前5頁，總共73頁。

2.輸出功率發(fā)射機的輸出功率直接影響雷達的威力和抗干擾能力。通常規(guī)定發(fā)射機送至天線輸入端的功率為發(fā)射機的輸出功率。有時為了測量方便,也可以規(guī)定在指定負載上(饋線上一定的電壓駐波比)的功率為發(fā)射機的輸出功率。如果是波段工作的發(fā)射機，則還應規(guī)定在整個波段中輸出功率的最低值,或者規(guī)定在波段內輸出功率的變化不得大于多少分貝。當前6頁，總共73頁。圖2.3微波發(fā)射管功率與帶寬能力現(xiàn)狀當前7頁，總共73頁。脈沖雷達發(fā)射機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混淆)。Pav是指脈沖重復周期內輸出功率的平均值。如果發(fā)射波形是簡單的矩形脈沖列,脈沖寬度為τ,脈沖重復周期為Tr,則有式中的fr=1/Tr是脈沖重復頻率。τ/Tr=τfr稱作雷達的工作比D。常規(guī)的脈沖雷達工作比的典型值為D=0.001,但脈沖多卜勒雷達的工作比可達10-2數(shù)量級,甚至達10-1數(shù)量級。顯然,連續(xù)波雷達的D=1。當前8頁，總共73頁。

3.總效率發(fā)射機的總效率是指發(fā)射機的輸出功率與它的輸入總功率之比。因為發(fā)射機通常在整機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,而且對于減輕整機的體積重量也很有意義。對于主振放大式發(fā)射機,要提高總效率,特別要注意改善輸出級的效率。當前9頁，總共73頁。4.信號形式(調制形式)表2.1雷達的常用信號形式當前10頁，總共73頁。圖2.4三種典型雷達信號和調制波形當前11頁，總共73頁。

5.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參數(shù),例如信號的振幅、頻率(或相位)、脈沖寬度及脈沖重復頻率等是否隨時間作不應有的變化。后面將會分析到,雷達信號的任何不穩(wěn)定都會給雷達整機性能帶來不利的影響。例如對動目標顯示雷達,它會造成不應有的系統(tǒng)對消剩余,在脈沖壓縮系統(tǒng)中會造成目標的距離旁瓣以及在脈沖多卜勒系統(tǒng)中會造成假目標等。信號參數(shù)的不穩(wěn)定可分為規(guī)律性的與隨機性的兩類,規(guī)律性的不穩(wěn)定往往是由電源濾波不良、機械震動等原因引起的,而隨機性的不穩(wěn)定則是由發(fā)射管的噪聲和調制脈沖的隨機起伏所引起的。當前12頁，總共73頁。圖2.5矩形射頻脈沖列的理想頻譜當前13頁，總共73頁。圖2.6實際發(fā)射信號的頻譜當前14頁，總共73頁。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。假如測量設備的有效帶寬不是1Hz而是ΔBHz,那么所測得的分貝值與L(fm)的關系可近似認為等于現(xiàn)代雷達對信號的頻譜純度提出了很高的要求,例如對于脈沖多卜勒雷達一個典型的要求是-80dB。為了滿足信號頻譜純度的要求,發(fā)射機需要精心的設計。當前15頁，總共73頁。2.3單級振蕩和主振放大式發(fā)射機2.3.1單級振蕩式發(fā)射機圖2.7單級振蕩式發(fā)射機組成方框圖當前16頁，總共73頁。圖2.8單級振蕩式發(fā)射機各級波形當前17頁，總共73頁。2.3.2主振放大式發(fā)射機的特點1.具有很高的頻率穩(wěn)定度在雷達整機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。因為在單級振蕩式發(fā)射機中,信號的載頻直接由大功率振蕩器決定。由于振蕩管的預熱漂移、溫度漂移、負載變化引起的頻率拖曳效應、電子頻移、調諧游移以及校準誤差等原因,單級振蕩式發(fā)射機難于達到高的頻率精度和穩(wěn)定度。在主振放大式發(fā)射機中,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,所以能夠得到很高的頻率穩(wěn)定度。當前18頁，總共73頁。

2.發(fā)射相位相參信號

在要求發(fā)射相位相參信號的雷達系統(tǒng)(例如脈沖多卜勒雷達等)中,必須采用主振放大式發(fā)射機。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系。對于單級振蕩式發(fā)射機,由于脈沖調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的,或者說,這種受脈沖調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)射機稱為非相參發(fā)射機。當前19頁，總共73頁。在主振放大式發(fā)射機中,主控振蕩器提供的是連續(xù)波信號,射頻脈沖的形成是通過脈沖調制器控制射頻功率放大器達到的。因此，相繼射頻脈沖之間就具有固定的相位關系。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)射機稱為相參發(fā)射機。還需指出,如果雷達系統(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)。當前20頁，總共73頁。圖2.9采用頻率合成技術的主振放大式發(fā)射機當前21頁，總共73頁。圖2.9是采用頻率合成技術的主振放大式發(fā)射機的原理方框圖,圖中基準頻率振蕩器輸出的基準信號頻率為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(重復頻率fr=F/n)均由基準信號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系統(tǒng)。當前22頁，總共73頁。4.能產(chǎn)生復雜波形圖2.10能產(chǎn)生復雜波形的主振放大式發(fā)射機當前23頁，總共73頁。2.3.3射頻放大鏈的性能與組成主振放大式發(fā)射機采用多級射頻放大鏈,它的設計質量與射頻放大管的選擇關系密切。關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,當雷達工作頻率在1000MHz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主要性能進行了比較。在1000MHz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。當前24頁，總共73頁。表2.2高功率脈沖工作的O型管和分布發(fā)射式M型管的性能比較當前25頁，總共73頁。表2.2高功率脈沖工作的O型管和分布發(fā)射式M型管的性能比較當前26頁，總共73頁。表2.3微波三、四極管的主要電性能當前27頁，總共73頁。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1000MHz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、成本低和對負載失配容限大等優(yōu)點。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(新型的將電路元件和管子結合在一起封裝于真空殼內的所謂同軸管放大器以及將一系列管子結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程雷達和相控陣雷達中。當前28頁，總共73頁。在1000MHz以上放大鏈通常有行波管-行波管、行波管-速調管和行波管-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,因而結構較為簡單。但是它的輸出功率往往不大,效率也不是很高,常應用于機載雷達及要求輕便的雷達系統(tǒng)中。當前29頁，總共73頁。2)行波管-速調管放大鏈它的特點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,速調管本身以及要求的附屬設備(如聚焦磁場及冷卻和防護設備等),使放大鏈較為笨重,所以這種放大鏈多用于地面雷達。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。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提高了整個放大鏈的效率,彼此取長補短。這種放大鏈頻帶較寬,體積重量相對不大,因而在地面的機動雷達、相控陣雷達(末級通常采用多管輸出)以及某些空載雷達中應用日趨增多。當前30頁，總共73頁。2.3.4射頻放大鏈應用舉例某精密跟蹤雷達用的發(fā)射機,工作在C波段,要求輸出脈沖功率為2.5MW,1dB帶寬為1%,射頻脈沖寬度為0.8μs(前沿寬度不大于0.1~0.5μs,后沿寬度不大于0.15~0.2μs),脈沖重復頻率可在600~800Hz的范圍內以三種不同的值跳變。由于此雷達要求對所跟蹤的目標進行多卜勒測速,所以必須用主振放大式發(fā)射機,其主振器(固體微波源)的輸出功率為20mW、脈沖寬度為4μs的射頻脈沖。當前31頁，總共73頁。根據(jù)輸入和輸出功率的要求,微波放大鏈的功率增益至少應為顯然,這樣高的功率增益單靠一級是無法達到的。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,微波放大鏈的實際增益應在83dB以上。由于要求的輸出功率大,功率增益高,但帶寬并不大,且該雷達系固定式的地面雷達,所以可以選用行波管-速調管式放大鏈。當前32頁，總共73頁。末級選四腔大功率速調管,它的前三腔采用參差調諧,輸出腔為復合腔,以保證瞬時通頻帶大于1%。速調管的飽和增益為32dB。放大鏈的前級由兩級行波管組成,第一級小功率行波管為包裝式結構的周期性永磁聚焦柵控行波管,其最大增益為32dB,1dB帶寬為7%。第二級是中功率行波管,其飽和增益大于24dB,3dB帶寬為2.5%。由于工藝的限制,中功率行波管和大功率速調管沒有柵極或調制陽級,因此只有采用陰極脈沖調制。當前33頁，總共73頁。圖2.11發(fā)射機的組成方框圖當前34頁，總共73頁。2.4固態(tài)發(fā)射機2.4.1發(fā)展概況和特點與微波電子管發(fā)射機相比,固態(tài)發(fā)射機具有如下優(yōu)點: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)設計和運用靈活。(6)維護方便,成本較低。當前35頁，總共73頁。表2.4應用于雷達系統(tǒng)中的各種固態(tài)發(fā)射機的特性當前36頁，總共73頁。2.4.2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的迅速發(fā)展,對固態(tài)發(fā)射模塊的性能和應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列出了在某些雷達固態(tài)發(fā)射模塊中應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管(GaAsFET),目前它們的輸出功率在8~10GHz頻率上可達20W,而在12GHz以上時只有幾瓦。當前37頁，總共73頁。表2.5在某些雷達固態(tài)發(fā)射模塊中應用的大功率晶體管特性當前38頁，總共73頁。2.固態(tài)高功率放大器模塊應用先進的集成電路工藝和微波網(wǎng)絡技術,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構,主要用于相控陣雷達。由于沒有微波功率合成網(wǎng)絡的插入損耗,因此輸出功率的效率很高。當前39頁，總共73頁。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)集中合成輸出結構;(c)集中合成輸出結構的固態(tài)高效模塊當前40頁，總共73頁。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)集中合成輸出結構;(c)集中合成輸出結構的固態(tài)高效模塊當前41頁，總共73頁。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)集中合成輸出結構;(c)集中合成輸出結構的固態(tài)高效模塊當前42頁，總共73頁。2.4.3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用達到實用階段。微波單片集成電路采用了新的模塊化設計方法,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)模塊的技術性能,使成品的一致性好,尺寸小,重量輕。當前43頁，總共73頁。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。當前44頁，總共73頁。圖2.13用于相控陣雷達的單片集成收發(fā)模塊組成框圖當前45頁，總共73頁。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)點如下:(1)成本低。因為由有源和無源器件構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)絡技術,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。當前46頁，總共73頁。表2.6用于相控陣雷達的幾種單片集成收發(fā)模塊性能參數(shù)當前47頁，總共73頁。(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)。當前48頁，總共73頁。2.4.4固態(tài)發(fā)射機的應用

1.在相控陣雷達中的應用固態(tài)模塊在相控陣雷達中的應用已受到重視。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)絡合成功率所引起的損耗。當前49頁，總共73頁。圖2.14典型的L波段相控陣發(fā)射/接收模塊當前50頁，總共73頁。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)開關處于發(fā)射方式(即保證移相器與預放大器接通)。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。射頻綜合網(wǎng)絡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。當前51頁，總共73頁。2.在全固態(tài)化高可靠性雷達中的應用圖2.15L波段高可靠性全固態(tài)化發(fā)射機當前52頁，總共73頁。

2.在全固態(tài)化高可靠性雷達中的應用圖2.15示出了一個L波段高可靠全固態(tài)化發(fā)射機的應用實例。這個固態(tài)發(fā)射機的輸出峰值功率為8kW、平均功率為125kW。它的主要特點是:(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)采用兩套前置預放大器(組件65和66),如果一路預放大器失效,轉換開關將自動接通另一路。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。當前53頁，總共73頁。3.在連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)中的應用圖2.16用于連續(xù)波對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)的固態(tài)發(fā)射機當前54頁，總共73頁。圖2.16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構,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。當前55頁，總共73頁。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)射模塊與對應的偶極子輻射器在結構上是一體化的,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。當前56頁，總共73頁。表2.7典型的固態(tài)發(fā)射模塊的性能參數(shù)當前57頁，總共73頁。表2.8連續(xù)波對空監(jiān)視雷達固態(tài)發(fā)射機和電子管發(fā)射機性當前58頁，總共73頁。2.5脈沖調制器圖2.17脈沖調制器的組成方框當前59頁，總共73頁。2.5.1剛性開關脈沖調制器根據(jù)負載的不同,剛性開關脈沖調制器又可分為陰極脈沖調制器、調制陽極脈沖調制器和柵極脈沖調制器。陰極脈沖調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。調制陽極脈沖調制器雖然一般也要提供全部電子注電壓,但由于調制陽極截獲的電流很小,因而它主要在脈沖的起始和結束時給分布電容充電和放電提供較大的電流。柵極脈沖調制器和調制陽極脈沖調制器相似,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,所以要求的調制電壓要小得多,可以采用低壓元件和技術。當前60頁，總共73頁。

1.陰極脈沖調制器剛性開關陰極脈沖調制器的典型線路如圖2.18所示。圖中V1是剛性開關管,C是儲能電容,V2是作為調制器負載的磁控管,電阻R1是充電元件,電感L和二極管V3構成儲能元件的充電通路并用來改善調制脈沖的下降邊。把圖2.18的線路與一般的視頻脈沖放大器相比可以看出,剛性開關陰極脈沖調制器本質上就是一個視頻脈沖放大器,只不過在設計上要充分注意到它在大功率下運用,并要保證射頻發(fā)生器所要求的良好波形罷了。當前61頁，總共73頁。圖2.18剛性開關陰極調制器的典型線路當前62頁，總共73頁。圖2.19用脈沖變壓器耦合的陰極脈沖調制器當前63頁，總共73頁。為了適應多種脈沖寬度和高工作比的工作,往往采用把高壓電源、調制管和負載三者串聯(lián)起來的方式,如圖2.20所示,我們把它叫做串聯(lián)式陰極脈沖調制器,以與圖2.18所示的高壓電源、調制管和負載三者并聯(lián)的并聯(lián)式陰極脈沖調制器相區(qū)別。串聯(lián)式調制器與并聯(lián)式相比有以下優(yōu)點:第一,串聯(lián)式調制器省去了重復充電電路,所以可適用于高重復頻率工作,特別適用于脈沖串工作,那里可能要求串內的各脈沖間的間隔很小;第二,串聯(lián)式調制器的儲能電容就是高壓電源的濾波電容器組,只要這個電容足夠大,就可以適應各種不同的脈沖寬度工作;第三,一般說來,串聯(lián)式調制器的體積要比并聯(lián)式的小些,因為并聯(lián)式調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,以盡量減小脈沖負載對電源的影響。此外,并聯(lián)式調制器還需要充電元件和旁通元件等。但是,串聯(lián)式調制器有一個最大的缺點,就是調制管的柵極電源、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,這樣就使得結構大大復雜。因此,一般常規(guī)雷達還是較多地采用并聯(lián)式陰極脈沖調制器。當前64頁，總共73頁。圖2.20串聯(lián)式陰極脈沖調制器當前65頁，總共73頁。

2.調制陽極脈沖調制器為了減小調制器的尺寸和調制功率,對于具有調制陽極或柵極的O型管,可以采用調制陽極調制或柵極調制。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π模振蕩。由于O型管的調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載。由于這個原因,要采用類似上述陰極調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制器的線路,如圖2.21所示。當前66頁，總共73頁。圖2.21浮動板調制器當前67頁，總共73頁。線路的工作原理是:在脈沖間歇期,接通管和截尾管都不導電,通過泄放電阻R使O型管調制陽板和陰極維持在負偏壓上,因此O型管的電子注電流被截止。當接通管V1受到激勵而進入導通狀態(tài)時,調制陽極的分布電容C0被充電,浮動板隨之