雷达原理第二章-雷达发射机.ppt

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1、第二章第二章 雷达发射机雷达发射机提提 纲纲1.1.雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成2.2.雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标3.3.单级振荡式和主振放大式发射机单级振荡式和主振放大式发射机4.4.固态发射机固态发射机5.5.脉冲调制器：提供合适的视频调制脉冲脉冲调制器：提供合适的视频调制脉冲1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成一、发射机的任务一、发射机的任务二、发射机的分类与组二、发射机的分类与组一、发射机的任务一、发射机的任务 产生大功率的特定调制的电磁振荡即射频信号。对于常见的脉冲雷达，要求发射机产生具有一定宽度、一定重复频率、一定波

2、形的大功率射频脉冲列。1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成射频信号射频信号_ _补充补充1 1射频（射频（RadioFrequency，RF）：）：是指该频率的载波功率能通过天线发射出去，以交变的电磁场形式在自由空间以光速传播，碰到不同介质时传播速率发生变化，也会发生电磁波反射、折射、绕射、穿透等，引起各种损耗。噪声系数噪声系数：一般定义为输出信噪比与输入信噪比的比值，实际使用中化为分贝来计算。单位用dB。耦合度耦合度：耦合端口与输入端口的功率比,单位用dB。隔离度隔离度：本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比，单位dB。1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务

3、和基本组成天线增益（天线增益（dB）：指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线均匀辐射场场强E0相比，以功率密度增加的倍数定义为增益。Ga=E2/E02 天线方向图天线方向图：是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图宽度一般是指主瓣宽度即从最大值下降一半时两点所张的夹角。E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图；H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成功率单位简介功率单位简介_ _补充补充2 2绝对功率的绝对功率的dB表示

4、表示射频信号的绝对功率常用dBm、dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：例如例如：信号功率为x W，利用dBm表示时其大小为：例如例如：1W等于30dBm，等于0dBW。1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成相对功率的相对功率的dB表示表示射频信号的相对功率常用dB和dBc两种形式表示，其区别在于：dB是任意两个功率的比值的对数表示形式，而dBc是某一频点输出功率和载频输出功率的比值的对数表示形式。1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成天线传播相关单位简介天线传播相关单位简介 _ _补充补充3 3天线增益天线增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天线相对

5、于无方向天线的功率能量密度之比，dBd是指相对于半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子的增益为2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi。1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成信号调制信号调制_ _补充补充4 4什么叫调制?调制是将需要传输的信息编码和处理，使其适合传输的过程。一般的调制过程是指将基带信号搬移到更高的频带内。为什么需要调制?（1）基带信号一般不适合直接传输，需要将其移至适合在传输媒介传输和频带范围内。（2）提高频率利用效率。（3）利用较高的频带传输信号可有效降低接收和发送天线的尺寸。1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成Base

6、band Signal(Information:Data,Voice,Video)Analog InformationDigital InformationCW CarrierAMFMPMASKFSKPSKCombination(QAM,CAP,)Analog ModulationDigital Modulation1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成模拟调制：被调制信号为模拟信号.分为:幅度调制(AM)，频率调制(FM)和相位调制(PM)数字调制：被调制信号为数字信号。分为：振幅键控(ASK)，频移键控(FSK)，相移键控(QSK)，开关键控调制(OOK)以及ASK与PS

7、K的组合调制如(DPSK，QPSK，8PSK等)1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成模拟调制:AMFMPM PM其实也是频率调制，只是调制时对频率的控制精度更高,调制电路也较为复杂。1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成数字调制:ASKFSKPSKOOK1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成单级振荡式发射机主振放大式发射机1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成二、发射机的分类与组成二、发射机的分类与组成1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成单级振荡式单级振荡式：大功率电磁振荡产生与调制同时完成（一个器件

8、）单级振荡式发射机单级振荡式发射机1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成定时器提供以 为间隔的脉冲触发信号。脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为 的大功率视频脉冲信号。大功率射频振荡器：产生大功率射频信号。特点：特点：简单，廉价，高效，难以产生复杂调制，频率稳定性差，。1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成主振放大式发射机主振放大式发射机主振放大式主振放大式（主控振荡器加上射频放大链）：先产生小功率的CW（Continuous Wave）振荡，再分多级进行调制和放大。固体微波源产生如下五种频率：1、射频发射信号频率 ；2、本振信号频率 ；3、中频相干振

9、荡频率 ；4、定时触发脉冲频率 ；5、时钟频率 ；1:雷达发射机的任务和基本组成雷达发射机的任务和基本组成定时器：给三个脉冲调制器提供不同时间，不同宽度的触发脉冲信号。固体微波源：是高稳定度的CW 振荡器，在脉冲调制下形成输出脉冲。中间放大器：在微波源脉冲到达后很短时间处于放大状态，在微波脉冲结束后退出放大状态，受脉冲控制。输出功率放大器：产生大功率的脉冲射频信号。特点：调制准确，能够适应多种复杂调制，系统复杂，昂贵，效率低。一、工作频率或频段二、输出功率三、总效率四、信号形式五、信号的稳定度或频谱纯度2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标工作频率工作频率与器件的关系1GHZ以下

10、：微波三极管，微波四极管，晶体管。1GHZ以上：磁控管，行波管，速调管，晶体管。与功率的关系与系统的关系频率越高，功率越低。频率越高，天线尺寸越小，大气衰减越大。输出信号频率输出信号频率一、工作频率或频段一、工作频率或频段2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标发射机送入天线输入端的功率平均功率平均功率峰值功率峰值功率单位时间内发出的功率能量Pav，脉冲重复周期内的输出平均功率。脉冲发出时间点的功率Pt，脉冲期间射频振荡的平均功率。三、总效率三、总效率输入发射机的总平均功率输出和输入的功率比工作比，占空比二、输出功率二、输出功率2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标四

11、、信号形式四、信号形式发射信号的形式雷达的常用信号形式雷达的常用信号形式2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标工作比：2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标三种典型雷达信号形式和调制波形三种典型雷达信号形式和调制波形固定载频矩形脉冲调制信号固定载频矩形脉冲调制信号线性调频信号线性调频信号相位编码信号相位编码信号子脉冲宽度2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标五、脉冲波形五、脉冲波形脉冲：脉冲：瞬间突然变化、作用时间极短的电压或电流称为脉冲信号，简称为脉冲。常见的几种脉冲波形：常见的几种脉冲波形：矩形脉冲信号的获取方法有两种：产生：不用信号源，加上电源自

12、激振荡，直接产生波形。整形：输入信号源进行整形。脉冲产生电路：脉冲产生电路：多谐振荡器脉冲整形（变换）电路：脉冲整形（变换）电路：施密特触发器、单稳态触发器2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标脉冲周期T脉冲幅度Vm脉冲宽度上升时间tr下降时间tf占空比：2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标1.1.信号的稳定度信号的稳定度信号各项参数（如信号的振幅、频率、相位、脉冲宽度和脉冲重复频率等）是否随时间作不应有的变化。2.2.信号的频谱纯度信号的频谱纯度雷达信号在应有信号频谱之外的寄生输出。频谱纯度为稳定度在频域中的表示。2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量

13、指标六、信号的稳定度或频谱纯度六、信号的稳定度或频谱纯度信号参数的不稳定可分为规律性的与随机性的两类,规律性的不稳定往往是由电源滤波不良、机械震动等原因引起的,而随机性的不稳定则是由发射管的噪声和调制脉冲的随机起伏所引起的。矩形射频脉冲列的理想频谱由图可知由图可知：主瓣宽度2/，随而。主要能量集中在主瓣。2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标实际发射信号的频谱2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标从图中可以看出，存在两种类型的寄生输出：一类是离散的；另一类从图中可以看出，存在两种类型的寄生输出：一类是离散的；另一类是分布寄生输出，前者相应于信号的规律性不稳定，后者相

14、应于信号是分布寄生输出，前者相应于信号的规律性不稳定，后者相应于信号的随机性不稳定。的随机性不稳定。2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标对于离散型寄生输出对于离散型寄生输出对于分布型寄生输出对于分布型寄生输出离散型寄生谱：离散型寄生谱：分布型寄生谱：分布型寄生谱：例1：某型机载脉冲雷达的峰值功率Pt=10kW,使用两种PRF,fr1=10kHz,fr1=30kHz,如果平均发射功率Pav为常数并等于1500W时，每种PRF的脉冲宽度是多少？计算每种情况下的脉冲能量。2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标解：由于Pav为常数，所有的两种PRF具有相同的占空比（因子）

15、。脉冲重复周期（间隔）是 由此 2:雷达发射机的主要质量指标雷达发射机的主要质量指标 一、单级振荡式发射机一、单级振荡式发射机（一）特点（一）特点（二）组成（二）组成（三）波形（三）波形（四）各部分电路功用（四）各部分电路功用3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（一）特点（一）特点大功率射频振荡器做末级优点优点：简单、经济、比较轻便。缺点缺点：频率稳定度较差（一般10-410-5）；难以形成复杂的波形；相继射频脉冲不相参。3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（二）组成（二）组成1.1.基本结构基本结构3 3、单级振荡式和主振放大式发射

16、机、单级振荡式和主振放大式发射机2.2.带预调器的结构带预调器的结构3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（三）波形（三）波形3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（四）各部分电路功用（四）各部分电路功用（1 1）电源：）电源：供给交、直流电能。（2 2）射频振荡器：）射频振荡器：把直流电源转变为射频振荡的电能（能量转换器）。米波超短波三极管；分米波微波三极管或磁控管；厘米波多腔磁控管。3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（3 3）脉冲调制器：）脉冲调制器：控制射频振荡器的振荡方式。实际上就是大功率脉冲产生器

17、或脉冲功率放大器，用于产生等幅、等宽、等周期矩形脉冲，控制射频振荡器按脉冲规律工作。（4 4）预调器：）预调器：产生小功率的预调脉冲。3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机二、主振放大式发射机二、主振放大式发射机（一）特点（一）特点（二）组成（二）组成（三）各部分电路功用（三）各部分电路功用（四）应用举例（四）应用举例3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（一）特点（一）特点大功率射频功率放大器做末级大功率射频功率放大器做末级缺点：缺点：复杂、昂贵、笨重。优点：优点：频率稳定度高；产生相参信号；适用于频率捷变雷达；用于形成复杂调制波形。3

18、 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机相参信号相参信号信号的相参性信号的相参性两个信号相位间存在确定关系。两个信号相位间存在确定关系。单级振荡式发射机：单级振荡式发射机：振荡器工作状态由脉冲调制器控制，每个射频脉冲起始射频相位由振荡器噪声决定具有随机性，即射频信号相位不相参。主振放大式发射机：主振放大式发射机：主控振荡器提供基准连续波信号，射频脉冲通过脉冲调制器控制射频功率放大器产生。相继射频脉冲具有固定的相位关系。3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（二）组成（二）组成3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（

19、三）各部分电路功用（三）各部分电路功用（1 1）主控振荡器（固态微波源）主控振荡器（固态微波源）产生低电平射频振荡信号。现代雷达要求射频信号频率很稳定，用一级振荡器很难满足要求，往往是比较复杂系统。主控振荡器通常由石英晶体振荡器、多级倍频器、上变频器等固体器件组成，所以又称“固体微波源”。3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（2 2）射频放大链）射频放大链 一般由23级射频功率放大器级联而成，包括中间射频功率放大器、输出功率放大器，将固体微波源产生的低电平放大到高功率电平。当雷达工作频率在1000MHz以下时，放大管多采用微波三、四极管（栅控管）；当雷达工作频率在

20、1000MHz以上时，放大管多采用大功率速调管、行波管和前向行波管。3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（3 3）脉冲调制器）脉冲调制器 产生矩形脉冲控制射频振荡器振荡。但各级射频功率放大器所需调制脉冲的参数（脉冲宽度、延迟时间等）不同。（4 4）定时器）定时器 由于各脉冲调制器不同时工作，需要定时器协调各调制器工作时间。3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机（四）应用举例（四）应用举例采用频率合成技术的主振放大式发射机采用频率合成技术的主振放大式发射机 3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机 能产生复杂波形

21、的主振放大式发射机能产生复杂波形的主振放大式发射机 3 3、单级振荡式和主振放大式发射机、单级振荡式和主振放大式发射机一、发展概况和特点一、发展概况和特点二、固态高功率放大器模块二、固态高功率放大器模块 三、固态发射机的应用三、固态发射机的应用4 4、固态发射机、固态发射机（一）发展概况和特点（一）发展概况和特点 近年来，微波半导体大功率器件获得了发展。固态发射机通常由几十个-几千个固态发射模块组成，已在机载雷达、相控阵雷达等雷达中逐步代替常规微波电子管发射机。4 4、固态发射机、固态发射机优点：优点：1、不需要阴极加热、寿命长；2、具有很高的可靠性；3、体积小、重量轻；4、工作频带宽、效率高

22、；5、系统设计和运用灵活；6、维护方便，成本较低。4 4、固态发射机、固态发射机4 4、固态发射机、固态发射机（二）固态高功率放大模块（二）固态高功率放大模块 固态高功率放大器模块固态高功率放大器模块并行组合多个大功率微波晶体管的输出功率大功率微波晶体管大功率微波晶体管2G以下：硅双级晶体管，功率和增益较低2G以上：GaAs FET（砷化镓场效应管）集中合成集中合成空间合成空间合成主要用于相控阵雷达主要用于相控阵雷达可用于中小功率的可用于中小功率的雷达发射机辐射源雷达发射机辐射源输出功率效率高，决定于n和最后一级功率。由于微波功率合成网络的插入损耗将固态收发模块中的有源器件和无源器件集成在一起

23、，系统有损耗。空间合成的输出结构 4 4、固态发射机、固态发射机优点：优点：1-n2个末级功率输出模块每一个与相应的辐射单元相接，从而减小了射频功率的馈线传输损失，提高了发射效率。缺点：缺点：发射不集中。集中合成的输出结构 4 4、固态发射机、固态发射机有损耗，由于微波功率合成网络的插入损耗将固态收发模块中的有源器件和无源器件集成在一起。4 4、固态发射机、固态发射机（三）微波单片集成（三）微波单片集成（MMIC）收发模块）收发模块微波单片集成电路(MMIC)的最新发展,使固态收发模块在相控阵雷达中的应用达到实用阶段。微波单片集成电路采用了新的模块化设计方法,将固态收发模块中的有源器件(线性放

24、大器、低噪声放大器、饱和放大器或有源开关等)和无源器件(电阻、电容、电感、二极管和传输线等)制作在同一块砷化镓(GaAs)基片上,从而大大提高了固态收发模块的技术性能,使成品的一致性好,尺寸小,重量轻。典典型型的的微微波波单单片片集集成成收收发发模模块块的的组组成成框框图图：收发模块主要由功率放大器、低噪声放大器、宽带放大器、移相器、衰减器、限幅收发开关和环行器等部件组成,具有高集成度、高可靠性和多功能特点。相控阵雷达的单片集成收发模块组成框图4 4、固态发射机、固态发射机近年来微波单片集成收发模块发展很快,并且已经成为相控阵雷达的关键部件。从超高频波段至厘米波波段,都有可供实用的微波单片集成

25、收发模块,表列出了从L波段至X波段的几种集成收发模块的主要性能参数及其体积和重量。微波单片集成收发模块的主要优点如下微波单片集成收发模块的主要优点如下:(1)成本低。因为由有源和无源器件构成的高集成度和多功能电路是用批量生产工艺制作在相同的基片上的,它不需要常规的电路焊接装配过程,所以成本低廉。(2)高可靠性。采用先进的集成电路工艺和优化的微波网络技术,没有常规分离元件电路的硬线连接和元件组装过程,因此单片集成收发模块的可靠性大大提高。4 4、固态发射机、固态发射机相控阵雷达的几种单片集成收发模块性能参数相控阵雷达的几种单片集成收发模块性能参数 4 4、固态发射机、固态发射机(3)电路性能一致

26、性好、成品率高。单片集成收发模块是在相同的基片上批量生产制作的,电路性能的一致性很好,成品率高,在使用维护中的替换性也很好。(4)尺寸小、重量轻。有源和无源器件制作在同一块砷化镓基片上,电路的集成度很高,它的尺寸和重量与常规的分离元件制作的收发模块相比越来越小。如表2.6所示,L波段的单片集成收发模块的尺寸为67.2cm2,重量仅为4盎司(即0.113kg)。4 4、固态发射机、固态发射机（三）固态发射机的应用（三）固态发射机的应用1、在相控阵雷达中的应用、在相控阵雷达中的应用2、在全固态化高可靠性雷达中的应用、在全固态化高可靠性雷达中的应用3、在连续波体制对空监视雷达系统中的应用、在连续波体

27、制对空监视雷达系统中的应用 4 4、固态发射机、固态发射机1.在相控阵雷达中的应用在相控阵雷达中的应用固态模块在相控阵雷达中的应用已受到重视。相控阵天线中的每个辐射元由单个的固态收发模块组成。相控阵天线利用电扫描方式,使每个固态模块辐射的能量在空间合成为所需要的高功率输出,从而避免了采用微波网络合成功率所引起的损耗。4 4、固态发射机、固态发射机典型的L波段相控阵发射/接收模块4 4、固态发射机、固态发射机在在发发射射状状态态,逻辑控制电路发出指令,使移相器收发开关处于发射方式(即保证移相器与预放大器接通)。射频信号经过移相器加到预放大器和功率放大器上,再经过环行器后直接激励相控阵天线中的某个

28、阵元。在在接接收收状状态态,逻辑控制电路使移相器收发开关处于接收方式(即保证低噪声放大器与移相器接通),由天线阵元接收到的射频回波信号经环行器和限幅器收发开关后加至低噪声放大器,然后再经过移相器送至射频综合网络。射射频频综综合合网网络络合合成成从从各各个个阵阵元元的的发发射射/接接收收组组件件返返回回的的射频回波信号射频回波信号,最后送至由计算机控制的相控阵雷达信号处理机。最后送至由计算机控制的相控阵雷达信号处理机。4 4、固态发射机、固态发射机2.在全固态化高可靠性雷达中的应用在全固态化高可靠性雷达中的应用 L波段高可靠性全固态化发射机4 4、固态发射机、固态发射机图示出了一个L波段高可靠全

29、固态化发射机的应用实例。这个固态发射机的输出峰值功率为8kW、平均功率为1.25kW。它它的的主主要要特特点点是是:(1)功率放大级采用64个固态放大集成模块组成,每个峰值功率为150W、增益为20dB、带宽为200MHz、效率为33%;(2)采用高性能的18功率分配器和81的功率合成器,保证级间有良好的匹配和高的功率传输效率;(3)采用两套前置预放大器(组件65和66),如果一路预放大器失效,转换开关将自动接通另一路。上述三点使这个固态发射机具有高可靠性,而且体积小、重量轻、机动性好。4 4、固态发射机、固态发射机3.在连续波体制对空监视雷达系统中的应用在连续波体制对空监视雷达系统中的应用

30、4 4、固态发射机、固态发射机连续波对空监视雷达系统的固态发射机图示出一种用于连续波体制对空监视雷达系统的固态发射机的组成框图。这个连续波对空监视雷达提供高空卫星及其它空中目标的检测和跟踪数据,工作频率为217MHz。为了提高雷达系统的性能,用固态发射机直接代替了原来体积庞大,效率较低的电子管发射机。整个天线阵面由2592个相控阵偶极子辐射器组成。每个辐射器直接由一个平均功率为320W的固态发射模块驱动。由于固态发射模块与偶极子辐射器采用了一体化结构,与电子管发射机相比,功率传输效率提高了1dB。2592个固态发射模块输出的总平均功率为830kW,当考虑天线阵面的增益时,在空中合成的有效辐射功

31、率高达98dBW。4 4、固态发射机、固态发射机与与原原来来的的电电子子管管发发射射机机相相比比,这这个个固固态态发发射射机机具具有有如如下下优点优点:(1)高效率、低损耗。由于2592个固态发射模块与对应的偶极子辐射器在结构上是一体化的,没有电子管发射机必不可少的微波功率输出分配网络带来的损耗,整个发射机的效率为52.6%,比原来电子管发射机的效率(26.4%)提高了1倍。(2)高可靠性。固态发射模块本身的平均无故障间隔时间已超过100000h,整个发射系统的可靠性为0.9998。(3)体积小、重量轻、维护方便。原来的发射机由18个输出功率为50kW的高功率电子管末级放大器组成,需要的附加安

32、全防护设备很多,体积庞大,维修困难。固态发射机使用2592个平均功率为320W的固态模块,直流供电电压为28V,使用和维护很方便。4 4、固态发射机、固态发射机典型的固态发射模块的性能参数典型的固态发射模块的性能参数 4 4、固态发射机、固态发射机连续波对空监视雷达固态发射机和电子管发射机性 4 4、固态发射机、固态发射机一、任务一、任务二、组成二、组成三、基本工作原理三、基本工作原理四、典型线路四、典型线路 5 5、脉冲调制器、脉冲调制器（一）任务（一）任务 脉冲调制器解决的关键问题：尽可能降低对于电源部分的高峰值功率的要求，实现用较小功率电源产生较大峰值功率射频脉冲。在单级振荡式和主振放大

33、式发射机中都需要脉冲调制器。产生等幅、等宽、等时间间隔的视频脉冲序列控制发射机输出高频脉冲序列。5 5、脉冲调制器、脉冲调制器把初级电源变换成符合要求的把初级电源变换成符合要求的直流或交流电源直流或交流电源在脉冲间歇期存储电源送来的能量，在脉冲间歇期存储电源送来的能量，降低对电源部分的高峰值功率的要降低对电源部分的高峰值功率的要求求平时接通电源可以储能，脉冲发平时接通电源可以储能，脉冲发射期间接通储能和负载。射期间接通储能和负载。5 5、脉冲调制器、脉冲调制器（二）组成（二）组成（1 1）电源部分：）电源部分：把初级电源（市电）变换成符合要求直流电源。（2 2）能量储存部分）能量储存部分 为有

34、效利用电源功率，采用储能元件在脉冲间歇期间把电源送来的能量储存起来，等到脉冲期间再把储存的能量放出去，交给射频发生器。常用储能元件有电容器和人工长线（或称仿真线）。5 5、脉冲调制器、脉冲调制器3 3）脉冲形成部分）脉冲形成部分 用开关控制储能元件对负载（高频振荡器）放电，以提供电压、功率、脉冲宽度及脉冲波形等都满足要求的视频脉冲。调制开关（刚性和软性）：平时接通电源可以储能，脉冲发射期间接通储能和负载。常用的开关元件有真空三四极管，氢闸流管，半导体开关元件（可控硅元件）和具有非线性电感的磁开关等。5 5、脉冲调制器、脉冲调制器5 5、脉冲调制器、脉冲调制器（三）基本工作原理（三）基本工作原理

35、 为了有效利用电源功率，采用储能元件在较长的脉冲间歇期间把电源送来的能量储存起来，等到短促的脉冲期间再把储存的能量提供放给射频发生器，已形成高功率输出脉冲。5 5、脉冲调制器、脉冲调制器（四）典型线路（四）典型线路 1.1.刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器2.2.软性开关脉冲调制器软性开关脉冲调制器 5 5、脉冲调制器、脉冲调制器一、任务、特点一、任务、特点 任务：任务：在在 控制下产生负极性特高压、矩形调制脉冲。控制下产生负极性特高压、矩形调制脉冲。T特性：特性：周期性周期性 脉冲工作比脉冲工作比 脉冲孔度比脉冲孔度比 由高压电源由高压电源Ea和快速开关和快速开关K组成产生负极性特高压矩

36、形调制脉冲方案。组成产生负极性特高压矩形调制脉冲方案。电源利用电源利用率很低。率很低。可否采用可否采用“水库式水库式”工作？工作？磁控管磁控管+_EaKIao5 5、脉冲调制器、脉冲调制器二、组成分类二、组成分类二、组成分类二、组成分类1.1.并联电路并联电路并联电路并联电路方案之一方案之一方案之一方案之一 储能元件与振荡器储能元件与振荡器“并联，限制器兼并联，限制器兼作充电限流元件。作充电限流元件。K “1”充电储能充电储能 Wc PcT K“2”放电、放能放电、放能 W=Pt 若无损耗，则若无损耗，则 Wc=W 可可 得得 K“1”：电源以：电源以“细水长流细水长流”方式。如方式。如同水库

37、平时储水；同水库平时储水；以小功率，长时间储能以小功率，长时间储能在在“储能元件储能元件”内；内；K“2”；以大功率，矩时间放能到负载；以大功率，矩时间放能到负载（磁控管）（磁控管）“振荡器振荡器”；以以“长时间长时间”换换取大功率，所得增益为取大功率，所得增益为S。2.2.串联电路串联电路串联电路串联电路方案之二方案之二方案之二方案之二 储能元件与振荡器储能元件与振荡器“串联串联”；限；限制器还防止制器还防止K闭合时电源被短路。闭合时电源被短路。5 5、脉冲调制器、脉冲调制器q脉冲调制器构成主要器件：脉冲调制器构成主要器件：储能元件：电容、电感、仿真线（由电感电容构成）；储能元件：电容、电感

38、、仿真线（由电感电容构成）；限制器：限流电阻、抢流圈；限制器：限流电阻、抢流圈；q 船用雷达常用三种脉冲调制器：船用雷达常用三种脉冲调制器：限制器：限流电阻、抢流圈；限制器：限流电阻、抢流圈；调制开关：电子管、调制开关：电子管、闸流管、闸流管、磁开关、可控硅磁开关、可控硅 刚性开关刚性开关 软件开关软件开关 固态开关固态开关（1）电容储能、部分放电式刚性管）电容储能、部分放电式刚性管脉冲调制器；脉冲调制器；（2）仿真线储能、完全放电式软性）仿真线储能、完全放电式软性管脉冲调制器；管脉冲调制器；（3）电容）电容/仿真线储能、完全放电仿真线储能、完全放电式，因态开关脉冲调制器。式，因态开关脉冲调制

39、器。二、刚性脉冲调制器二、刚性脉冲调制器二、刚性脉冲调制器二、刚性脉冲调制器 1.1.典型电路典型电路典型电路典型电路 5 5、脉冲调制器、脉冲调制器1.电电路说路说明：明：G1 真空管真空管 调制管调制管 G2 磁控管磁控管 R1限流电阻限流电阻 C3储能电容储能电容 R2充电电阻充电电阻 Co分布电容分布电容 2.真空管真空管(电子管电子管)刚性刚性开关特点：开关特点：耐高压、大电流、寿命短耐高压、大电流、寿命短（几（几十十KV 几十几十几百几百A）；）；导通内阻小导通内阻小(几十几十)放放高高；通断利爽，通断利爽，“刚性刚性”波形好；波形好；休止期截止休止期截止免损耗免损耗；需小功率预调

40、脉冲，要求波需小功率预调脉冲，要求波形好。形好。2.2.工作概述工作概述工作概述工作概述1)工作过程工作过程+Ea经经R1、L对对C3充电至充电至 UC3max+Ea C3经经G1向向G2放电，产生放电，产生 来来 ：使：使ug使使G1通，通，“K”闭合闭合 结束：结束：G1又止，又止，C3又由又由+Ea充电。充电。无无 入：一入：一Eg使使G1止止5 5、脉冲调制器、脉冲调制器注注 意：意：在在m内，内，C3只放部分电荷。只放部分电荷。UCmin+UCmax称称“部分放电式部分放电式”。2)电路分析要点电路分析要点分分分分析析析析思思思思路路路路：画画画画充充充充放放放放电电电电等等等等效效

41、效效电电电电路路路路 列列列列微微微微分分分分议议议议程程程程 按按按按初初初初始始始始条条条条件件件件简简简简化化化化方方方方程程程程，得得得得充充充充放放放放电流、电压表达式电流、电压表达式电流、电压表达式电流、电压表达式画曲线、分析画曲线、分析画曲线、分析画曲线、分析 结论。结论。结论。结论。（1）C3充电充电 C0 C3 D内阻内阻R1 可略可略R1icC3CR1+EaUC3输出输出 的的m、F及波形取决于及波形取决于Ug，但幅度大增，故实为倒相大功率脉冲放大器。但幅度大增，故实为倒相大功率脉冲放大器。5 5、脉冲调制器、脉冲调制器结论：结论：结论：结论：从所需电源高低及充电效率高低看

42、，均采用部分放电较有利，从所需电源高低及充电效率高低看，均采用部分放电较有利，只有对于更大功率雷达，要只有对于更大功率雷达，要Ua、Iao很大，很大，C3、G1承受不了，才承受不了，才不得不用完全放电式。不得不用完全放电式。进一步分析表明：进一步分析表明：所需电源：所需电源：部分放电时，部分放电时，EaUc3min极近于极近于Uc3max!完全放电时，完全放电时，Ea1.6Uc3max 充电效率充电效率:部分放电时，部分放电时，c100%完全放电时，完全放电时，c50%5 5、脉冲调制器、脉冲调制器（2）C3放电放电等效电路：等效电路：Ri1G1内阻内阻 Ri2G2内阻内阻 RD二极管二极管D

43、内阻内阻 C 3储能电容储能电容(3)峰化电感峰化电感L及削反峰二极管及削反峰二极管D作用作用L与与Co构成振荡电路构成振荡电路 t=放电结束时，放电结束时，L上感应上正、下负电压加速脉冲后沿（上感应上正、下负电压加速脉冲后沿（tf)；正向振荡用；正向振荡用D削去。削去。5 5、脉冲调制器、脉冲调制器三、软性脉冲调制器三、软性脉冲调制器三、软性脉冲调制器三、软性脉冲调制器1.1.典型电路典型电路典型电路典型电路 1）电路说明）电路说明 图图14L充电电感充电电感D隔离二极管隔离二极管 G1闸流管（软性开关管）闸流管（软性开关管）X由电感、电容接成的仿真线由电感、电容接成的仿真线 B脉冲变压器脉

44、冲变压器 G2磙控管磙控管 D1、R2X过压保护元件；过压保护元件；2）闸流管特点）闸流管特点v 内部充氢，有电离和消电离时间，开关通断不利爽，称内部充氢，有电离和消电离时间，开关通断不利爽，称“软性管软性管”；v 单向控制，零偏压，正启动特性单向控制，零偏压，正启动特性；v 通：通：前沿要陡，幅度低，预调器简单；前沿要陡，幅度低，预调器简单；v 断：断：Ua降到降到100150V时，时，Ia ZC 正失配正失配 URL 为衰减阶梯形放电为衰减阶梯形放电E/2E/2URLRL ZcURLttRL Zc RL ZC 正负正配正负正配 URL呈衰减振荡方波呈衰减振荡方波 实际工作在匹配或略负失配下

45、，以得到矩形脉冲输出，因负失配实际工作在匹配或略负失配下，以得到矩形脉冲输出，因负失配而出现的反向脉冲可用而出现的反向脉冲可用D 1、R 2消除。消除。URL(0)E/2URL(0)E/25 5、脉冲调制器、脉冲调制器磁磁控控管管打打火火时时，D LR C仿仿真真线线上上出出现现反反向向充充电电，并并和和下下周周期期仿仿真真线线充充电电电电压压叠叠加加、打打火火继继续续，仿仿真真线线上上电电压压越越积积累累越越高高，甚甚至至达达6E a，接接D 1、R 2可放掉仿真线上反极性电压。可放掉仿真线上反极性电压。低通滤波器低通滤波器200H680 680 3.3.保护电路及消肩峰电路保护电路及消肩峰

46、电路保护电路及消肩峰电路保护电路及消肩峰电路1)保护电路保护电路(1)仿真线保护电路仿真线保护电路D 1、R 2 D 1、R 2是仿真线保护电路，以免仿真线、闸流管过压受损。仿真线是仿真线保护电路，以免仿真线、闸流管过压受损。仿真线过压成因：过压成因：5 5、脉冲调制器、脉冲调制器(2)预调器保护电路预调器保护电路低通滤波器低通滤波器 低通滤波器可消除闸流管起燃时，在闸流管控制栅极上出现低通滤波器可消除闸流管起燃时，在闸流管控制栅极上出现的高电压脉冲，以免预调器被击穿。的高电压脉冲，以免预调器被击穿。2)消肩峰电路消肩峰电路C 2、R 3磁控管未振荡磁控管未振荡(C aE C，正失配，出现起始

47、肩峰，接入，正失配，出现起始肩峰，接入C2、R 3因前沿因前沿时时 5 5、脉冲调制器、脉冲调制器第一章（重点）第一章（重点）1、雷达的基本概念雷达概念(Radar)，雷达的任务是什么，从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息2、目标距离的测量 测量原理、距离测量分辨率、最大不模糊距离3、目标角度的测量 方位分辨率取决于哪些因素4、雷达的基本组成 哪几个主要部分，各部分的功能是什么1、雷达发射机的任务2、雷达发射机的主要质量指标3、雷达发射机的分类4、单级震荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点第二章（重点）第二章（重点）1、雷达发射机产生的射频脉冲功率

48、大，频率非常高。是非题：是非题：习题习题2、磁控管振荡产生周期性大功率的射频脉冲。3、磁控管振荡产生周期性大功率的调制脉冲。习题习题1、雷达的测距原理是利用电波的以下特性 _ A、在空间匀速传播 B、在空间直线传播 C、碰到物标具有良好反射性 D、以上都是2、雷达测方位原理是利用_特性。A、雷达天线定向发射和接收 B、雷达天线360旋转 C、雷达天线与扫描线同步 D、以上都是选择题选择题3、雷达发射机产生射频脉冲，其特点是_。A、周期性 大功率 B、周期性 小功率 C、连续等幅 小功率 D、连续等幅 大功率4、雷达之所以能够发射和接收共用一个雷达天线,是因为 .A、雷达天线是定向天线 B、雷达

49、天线是波导天线 C、收发开关的转换作用 D、雷达天线用波导传输能量5、雷达定时器产生的脉冲是-.发射机产生的脉冲是_ A、触发脉冲,射频脉冲 B、发射脉冲,视频脉冲 C、触发脉冲,视频脉冲 D、发射脉冲,触发脉冲习题习题论述和计算题：论述和计算题：1、某雷达发射机峰值功率为800KW，矩形脉冲宽度为3s，脉冲重复频率为1000Hz，求该发射机的平均功率和工作比？2、在什么情况下选用主振放大式发射机？在什么情况下选用单级振荡式发射机？3、用带宽为10Hz 的测试设备测得某发射机在距主频1KHz 处的分布型寄生输出功率为10W，信号功率为100mW，求该发射机在距主频1KHz 处的频谱纯度。4、画出p6 图1.5 中同步器、调制器、发射机高放、接收机高放和混频、中放输出信号的基本波形和时间关系。5、某放大链末级速调管采用调制阳极脉冲调制器，已知E0=120KV，Eg=70V，C0=100pF，充放电电流I=80A，试画出a,b,c 三点的电压波形及电容C0 的充电电流ic 波形与时间关系图。若重频为600Hz，求G1、G2 的平均功率和调制脉冲的上升时间、下降时间。习题习题第一次作业的解第一次作业的解波长：多卜勒频率：径向速度：线速度：目标距离：1、解：第一次作业的解第一次作业的解b）a）2、解：