雷达原理第三版西电-优秀PPT.ppt

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1、第 2 章 雷 达 发 射 机 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.1 雷达放射机的任务和基本组成雷达放射机的任务和基本组成 2.2 雷达放射机的主要质量指标雷达放射机的主要质量指标 2.3 单级振荡和主振放大式放射机单级振荡和主振放大式放射机 2.4 固态放射机固态放射机 2.5 脉冲调制器脉冲调制器 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.1 雷达放射机的任务和基本组成雷达放射机的任务和基本组成 雷达是利用物体反射电磁波的特性来发觉目标并确定目标的距离、方位、高度和速度等参数的。因此,雷达工作时要求放射一种特定的大功率无线电信号。放射机在雷达中就是起这一作用的,也就是说,它为雷达供应一个载波受

2、到调制的大功率射频信号,经馈线和收发开关由天线辐射出去。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.1单级振荡式放射机第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.2主振放大式放射机第 2 章 雷 达 发 射 机 单级振荡式放射机与主振放大式放射机相比，最大的优点是简洁、经济,也比较灵活。实践表明,同样的功率电平,单级振荡式放射机大约只有主振放大式重量的1/3。因此,只要有可能,还是尽量优先接受单级振荡式方案。但是,当整机对放射机有较高要求时,单级振荡式放射机往往无法满足而必需接受主振放大式放射机。第 2 章 雷 达 发 射 机 2.2 雷达放射机的主要质量指标雷达放射机的主要质量指标 1.工作频率或波段工

3、作频率或波段 雷雷达达的的工工作作频频率率或或波波段段是是依依据据雷雷达达的的用用途途确确定定的的。为为了了提提高高雷雷达达系系统统的的工工作作性性能能和和抗抗干干扰扰实实力力,有有时时还还要要求求它它能能在在几几个个频频率率上上跳跳变变工工作作或或同同时时工工作作。工工作作频频率率或或波波段段的的不不同同对对放放射射机机的的设设计计影影响响很很大大,它它首首先先牵牵涉涉到到放放射射管管种种类类的的选选择择,例例如如目目前前在在1000MHz以以下下主主要要接接受受微微波波三三、四四极极管管,在在1 000 MHz以以上上则则有有多多腔腔磁磁控控管管、大大功功率率速速调调管管、行行波波管管以以

4、及及前前向向波波管管等等。目目前前各类放射管所能供应的射频功率与带宽实力如图各类放射管所能供应的射频功率与带宽实力如图2.3所示。所示。第 2 章 雷 达 发 射 机 2.输出功率放射机的输出功率干脆影响雷达的威力和抗干扰实力。通常规定放射机送至天线输入端的功率为放射机的输出功率。有时为了测量便利,也可以规定在指定负载上(馈线上确定的电压驻波比)的功率为放射机的输出功率。假如是波段工作的放射机，则还应规定在整个波段中输出功率的最低值,或者规定在波段内输出功率的变更不得大于多少分贝。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.3微波放射管功率与带宽实力现状第 2 章 雷 达 发 射 机 脉冲雷达放射机

5、的输出功率又可分为峰值功率Pt和平均功率Pav。Pt是指脉冲期间射频振荡的平均功率(留意不要与射频正弦振荡的最大瞬功率相混淆)。Pav是指脉冲重复周期内输出功率的平均值。假如放射波形是简洁的矩形脉冲列,脉冲宽度为,脉冲重复周期为Tr,则有式中的fr=1/Tr是脉冲重复频率。/Tr=fr称作雷达的工作比D。常规的脉冲雷达工作比的典型值为D=0.001,但脉冲多卜勒雷达的工作比可达10-2数量级,甚至达10-1数量级。明显,连续波雷达的D=1。第 2 章 雷 达 发 射 机 3.总效率放射机的总效率是指放射机的输出功率与它的输入总功率之比。因为放射机通常在整机中是最耗电和最须要冷却的部分,有高的总

6、效率,不仅可以省电,而且对于减轻整机的体积重量也很有意义。对于主振放大式放射机,要提高总效率,特殊要留意改善输出级的效率。第 2 章 雷 达 发 射 机 4.信号形式信号形式(调制形式调制形式)表表 2.1 雷达的常用信号形式雷达的常用信号形式 第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.4三种典型雷达信号和调制波形第 2 章 雷 达 发 射 机 5.信号的稳定度或频谱纯度信号的稳定度是指信号的各项参数,例如信号的振幅、频率(或相位)、脉冲宽度及脉冲重复频率等是否随时间作不应有的变更。后面将会分析到,雷达信号的任何不稳定都会给雷达整机性能带来不利的影响。例如对动目标显示雷达,它会造成不应有的系统对消

7、剩余,在脉冲压缩系统中会造成目标的距离旁瓣以及在脉冲多卜勒系统中会造成假目标等。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、机械振动等缘由引起的,而随机性的不稳定则是由放射管的噪声和调制脉冲的随机起伏所引起的。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.5矩形射频脉冲列的志向频谱第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.6实际放射信号的频谱第 2 章 雷 达 发 射 机 对于分布性的寄生输出则以偏离载频若干赫的傅里叶频率(以fm表之)上每单位频带的单边带功率与信号功率之比来衡量,其单位以dB/Hz计。由于分布性寄生输出对于fm的分布是不匀整的,所以信号频谱纯度是fm

8、的函数,通常用L(fm)表示。假如测量设备的有效带宽不是1Hz而是BHz,那么所测得的分贝值与L(fm)的关系可近似认为等于现代雷达对信号的频谱纯度提出了很高的要求,例如对于脉冲多卜勒雷达一个典型的要求是-80dB。为了满足信号频谱纯度的要求,放射机须要细心的设计。第 2 章 雷 达 发 射 机 2.3 单级振荡和主振放大式放射机单级振荡和主振放大式放射机 2.3.1 单级振荡式放射机单级振荡式放射机 图2.7单级振荡式放射机组成方框图第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.8单级振荡式放射机各级波形第 2 章 雷 达 发 射 机 2.3.2 主振放大式放射机的特点主振放大式放射机的特点 1.具

9、有很高的频率稳定度具有很高的频率稳定度 在在雷雷达达整整机机要要求求有有很很高高的的频频率率稳稳定定度度的的状状况况下下,必必需需接接受受主主振振放放大大式式放放射射机机。因因为为在在单单级级振振荡荡式式放放射射机机中中,信信号号的的载载频频干干脆脆由由大大功功率率振振荡荡器器确确定定。由由于于振振荡荡管管的的预预热热漂漂移移、温温度度漂漂移移、负负载载变变更更引引起起的的频频率率拖拖曳曳效效应应、电电子子频频移移、调调谐谐游游移移以以及及校校准准误误差差等等缘缘由由,单单级级振振荡荡式式放放射射机机难难于于达达到到高高的的频频率率精精度度和和稳稳定定度。度。在在主主振振放放大大式式放放射射机

10、机中中,如如前前所所述述,载载频频的的精精度度和和稳稳定定度度在在低低电电平平级级确确定定,较较易易实实行行各各种种稳稳频频措措施施,例例如如恒恒温温、防防震震、稳稳压压以以及及接接受受晶晶体体滤滤波波、注注入入稳稳频频及及锁锁相相稳稳频频等等措措施施,所所以以能能够够得得到很高的频率稳定度。到很高的频率稳定度。第 2 章 雷 达 发 射 机 2.放射相位相参信号在要求放射相位相参信号的雷达系统(例如脉冲多卜勒雷达等)中,必需接受主振放大式放射机。所谓相位相参性，是指两个信号的相位之间存在着确定的关系。对于单级振荡式放射机,由于脉冲调制器干脆限制振荡器的工作,每个射频脉冲的起始射频相位是由振荡

11、器的噪声确定的,因而相继脉冲的射频相位是随机的,或者说,这种受脉冲调制的振荡器输出的射频信号相位是不相参的。所以,有时把单级振荡式放射机称为非相参放射机。第 2 章 雷 达 发 射 机 在主振放大式放射机中,主控振荡器供应的是连续波信号,射频脉冲的形成是通过脉冲调制器限制射频功率放大器达到的。因此，相继射频脉冲之间就具有固定的相位关系。只要主控振荡器有良好的频率稳定度,射频放大器有足够的相位稳定度,放射信号就可以具有良好的相位相参性。为此,常把主振放大式放射机称为相参放射机。还需指出,假如雷达系统的放射信号、本振电压、相参振荡电压和定时器的触发脉冲均由同一基准信号供应,那么全部这些信号之间均保

12、持相位相参性,通常把这种系统称为全相参系统。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.9接受频率合成技术的主振放大式放射机第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.9是接受频率合成技术的主振放大式放射机的原理方框图,图中基准频率振荡器输出的基准信号频率为F。在这里,放射信号(频率f0=NiF+MF)、稳定本振电压(频率fL=NiF)、相参振荡电压(频率fc=MF)和定时器的触发脉冲(重复频率fr=F/n)均由基准信号F经过倍频、分频及频率合成而产生,它们之间有确定的相位相参性,所以这是一个全相参系统。第 2 章 雷 达 发 射 机 4.能产生困难波形能产生困难波形 图2.10能产生困难波形的主振放大式

13、放射机第 2 章 雷 达 发 射 机 2.3.3 射频放大链的性能与组成射频放大链的性能与组成 主主振振放放大大式式放放射射机机接接受受多多级级射射频频放放大大链链,它它的的设设计计质质量量与与射射频频放放大大管管的的选选择择关关系系亲亲密密。关关于于各各种种微微波波放放大大管管的的工工作作原原理理已已经经在在“微微波波电电子子线线路路”课课程程中中探探讨讨过过,在在此此仅仅从从微微波波管管对对放放射射机机性性能能影影响响的的角角度度动动身身探探讨讨微微波波管管的的选选用用问问题题。前前面面已已经经提提到到,当当雷雷达达工工作作频频率率在在1000MHz以以上上时时,通通常常选选用用直直线线电

14、电子子注注微微波波管管(O型型管管)和和正正交交场场型型微微波波管管(M型型管管)作作为为放放射射机机的的射射频频放放大大管管。在在表表2.2中中我我们们对对高高功功率率脉脉冲冲工工作作的的O型型管管和和分分布布放放射射式式的的M型型管管在在同同一一频频段段、同同样样峰峰值值功功率率和和平平均均功功率率电电平平下下的的各各项项主主要要性性能能进进行行了了比比较较。在在1000 MHz以以下下用用得得较较多多的的是是微微波波三三、四四极极管管(栅控管栅控管),在表在表2.3中列出了它们的主要性能。中列出了它们的主要性能。第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.2 高功率脉冲工作的高功率脉冲工作的

15、O型管和分布放射式型管和分布放射式M型管的性能比较型管的性能比较 第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.2 高功率脉冲工作的高功率脉冲工作的O型管和分布放射式型管和分布放射式M型管的性能比较型管的性能比较 第 2 章 雷 达 发 射 机 表表 2.3 微波三、四极管的主要电性能微波三、四极管的主要电性能 第 2 章 雷 达 发 射 机 依据以上的比较可以知道,选用什么微波管组成放大链要按实际状况具体考虑,不存在对于一切场合都是最佳的放大链。从现有的运用状况看,在1000MHz以下选用微波三、四极管组成的放大链,它具有体积小、重量轻、工作电压低、相位稳定性和相位特性线性度好、成本低和对负载失配

16、容限大等优点。但是它的单级增益较低,往往要求的级数较多(为提高增益，通常让前级工作在A类,这样做对放大链的总效率影响不大)。它的频带也不易做得宽(新型的将电路元件和管子结合在一起封装于真空壳内的所谓同轴管放大器以及将一系列管子结合在一起组成分布放大器的四极管链，则具有10%以上乃至几个倍频程的带宽)。这种放大链较多用于地面远程雷达和相控阵雷达中。第 2 章 雷 达 发 射 机 在1000MHz以上放大链通常有行波管-行波管、行波管-速调管和行波管-前向波管等几种组成方式:1)行波管-行波管式放大链这种放大链具有较宽的频带,可用较少的级数供应高的增益,因而结构较为简洁。但是它的输出功率往往不大,

17、效率也不是很高,常应用于机载雷达及要求灵活的雷达系统中。第 2 章 雷 达 发 射 机 2)行波管-速调管放大链它的特点是可以供应较大的功率,在增益和效率方面的性能也比较好,但是它的频带较窄,速调管本身以及要求的附属设备(如聚焦磁场及冷却和防护设备等),使放大链较为笨重,所以这种放大链多用于地面雷达。3)行波管-前向波管放大链这是一种比较好的折衷方案。行波管虽然效率低,用在前级对整个放大链影响较小,但可以发挥其高增益的优点。由于行波管供应了足够的增益,使得后级可以接受增益较低的前向波管,而前向波管的高效率特点提高了整个放大链的效率,彼此取长补短。这种放大链频带较宽,体积重量相对不大,因而在地面

18、的机动雷达、相控阵雷达(末级通常接受多管输出)以及某些空载雷达中应用日趋增多。第 2 章 雷 达 发 射 机 2.3.4 射频放大链应用举例射频放大链应用举例 某某精精密密跟跟踪踪雷雷达达用用的的放放射射机机,工工作作在在C波波段段,要要求求输输出出脉脉冲冲功功率率为为2.5 MW,1 dB带带宽宽为为1%,射射频频脉脉冲冲宽宽度度为为0.8s(前前沿沿宽宽度度不不大大于于0.10.5s,后后沿沿宽宽度度不不大大于于0.150.2s),脉脉冲冲重重复复频频率率可可在在600800 Hz的范围内以三种不同的值跳变。的范围内以三种不同的值跳变。由由于于此此雷雷达达要要求求对对所所跟跟踪踪的的目目标

19、标进进行行多多卜卜勒勒测测速速,所所以以必必需需用用主主振振放放大大式式放放射射机机,其其主主振振器器(固固体体微微波波源源)的的输输出出功功率率为为20 mW、脉冲宽度为脉冲宽度为4 s的射频脉冲。的射频脉冲。第 2 章 雷 达 发 射 机 依据输入和输出功率的要求,微波放大链的功率增益至少应为明显,这样高的功率增益单靠一级是无法达到的。依据微波管产生的具体状况,选用三级级联组成。为避开各级之间的相互影响,级间必需用铁氧体环流器隔离。考虑到级间损耗,微波放大链的实际增益应在83dB以上。由于要求的输出功率大,功率增益高,但带宽并不大,且该雷达系固定式的地面雷达,所以可以选用行波管-速调管式放

20、大链。第 2 章 雷 达 发 射 机 末级选四腔大功率速调管,它的前三腔接受参差调谐,输出腔为复合腔,以保证瞬时通频带大于1%。速调管的饱和增益为32dB。放大链的前级由两级行波管组成,第一级小功率行波管为包装式结构的周期性永磁聚焦栅控行波管,其最大增益为32dB,1dB带宽为7%。其次级是中功率行波管,其饱和增益大于24dB,3dB带宽为2.5%。由于工艺的限制,中功率行波管和大功率速调管没有栅极或调制阳级,因此只有接受阴极脉冲调制。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.11放射机的组成方框图第 2 章 雷 达 发 射 机 2.4 固固 态态 发发 射射 机机 2.4.1 发展概况和特点发展

21、概况和特点 与微波电子管放射机相比,固态放射机具有如下优点:不须要阴极加热、寿命长。(2)具有很高的牢靠性。(3)体积小、重量轻。(4)工作频带宽、效率高。(5)系统设计和运用敏捷。(6)维护便利,成本较低。第 2 章 雷 达 发 射 机 表表 2.4 应用于雷达系统中的各种固态放射机的特性应用于雷达系统中的各种固态放射机的特性 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.4.2 固态高功率放大器模块固态高功率放大器模块 1.大功率微波晶体管大功率微波晶体管 大大功功率率微微波波晶晶体体管管的的快快速速发发展展,对对固固态态放放射射模模块块的的性性能能和和应应用用起起到到重重要要的的推推动动作作用用。

22、在在S波波段段以以下下,通通常常接接受受硅硅双双极极晶晶体体管管。表表2.5列列出出了了在在某某些些雷雷达达固固态态放放射射模模块块中中应应用用的的大大功功率率晶晶体体管管的的特特性性。在在S波波段段以以上上则则较较多多接接受受砷砷化化镓镓场场效效应应管管(GaAs FET),目目前前它它们们的的输输出出功功率率在在810 GHz频频率率上上可可达达20 W,而而在在12 GHz以以上时只有几瓦。上时只有几瓦。第 2 章 雷 达 发 射 机 表表 2.5 在某些雷达固态放射模块中应用的大功率晶体管特性在某些雷达固态放射模块中应用的大功率晶体管特性 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.固态高功率

23、放大器模块固态高功率放大器模块 应用先进的集成电路工艺和微波网络技术,将多个大功率晶体管的输出功率并行组合,即可制成固态高功率放大器模块。输出功率并行组合的主要要求是高功率和高效率。依据运用要求,主要有两种典型的输出功率组合方式。图2.12(a)是空间合成的输出结构,主要用于相控阵雷达。由于没有微波功率合成网络的插入损耗,因此输出功率的效率很高。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.12固态功率放大器输出功率组合方式(a)空间合成方式;(b)集中合成输出结构;(c)集中合成输出结构的固态高效模块第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.12固态功率放大器输出功率组合方式(a)空间合成方式;(b)集

24、中合成输出结构;(c)集中合成输出结构的固态高效模块第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.12固态功率放大器输出功率组合方式(a)空间合成方式;(b)集中合成输出结构;(c)集中合成输出结构的固态高效模块第 2 章 雷 达 发 射 机 2.4.3 微波单片集成微波单片集成(MMIC)收发模块收发模块 微微波波单单片片集集成成电电路路(MMIC)的的最最新新发发展展,使使固固态态收收发发模模块块在在相相控控阵阵雷雷达达中中的的应应用用达达到到好好用用阶阶段段。微微波波单单片片集集成成电电路路接接受受了了新新的的模模块块化化设设计计方方法法,将将固固态态收收发发模模块块中中的的有有源源器器件件(线

25、线性性放放大大器器、低低噪噪声声放放大大器器、饱饱和和放放大大器器或或有有源源开开关关等等)和和无无源源器器件件(电电阻阻、电电容容、电电感感、二二极极管管和和传传输输线线等等)制制作作在在同同一一块块砷砷化化镓镓(GaAs)基基片片上上,从从而而大大大大提提高高了了固固态态收收发发模模块块的的技技术术性性能能,使使成成品的一样性好品的一样性好,尺寸小尺寸小,重量轻。重量轻。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.13示出典型的微波单片集成收发模块的组成框图。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、高牢靠性和多功能特点。第

26、 2 章 雷 达 发 射 机 图2.13用于相控阵雷达的单片集成收发模块组成框图第 2 章 雷 达 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,都有可供好用的微波单片集成收发模块,表2.6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:(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,它不须要常规的电路焊接装配过程,所以成本低廉。(2)高牢靠性。接受先进的集成电路工艺和优化的微波网络技术,没有常规分别元件电路的硬线连接和元件组

27、装过程,因此单片集成收发模块的牢靠性大大提高。第 2 章 雷 达 发 射 机 表表 2.6 用于相控阵雷达的几种单片集成收发模块性能参数用于相控阵雷达的几种单片集成收发模块性能参数 第 2 章 雷 达 发 射 机(3)电路性能一样性好、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,电路性能的一样性很好,成品率高,在运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别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)。第 2

28、章 雷 达 发 射 机 2.4.4 固态放射机的应用固态放射机的应用 1.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须要的高功率输出,从而避开了接受微波网络合成功率所引起的损耗。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.14典型的L波段相控阵放射/接收模块第 2 章 雷 达 发 射 机 在放射状态,逻辑限制电路发出指令,使移相器收发开关处于放射方式(即保证移相器与预放大器接通)。射频信号经过移相器加到由硅双极晶体管组成的预放大器和功率放大器上,再经过环行器后干脆激励相

29、控阵天线中的某个阵元。在接收状态,逻辑限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。射频综合网络合成从各个阵元的放射/接收组件返回的射频回波信号,最终送至由计算机限制的相控阵雷达信号处理机。第 2 章 雷 达 发 射 机 2.在全固态化高牢靠性雷达中的应用在全固态化高牢靠性雷达中的应用 图2.15L波段高牢靠性全固态化放射机第 2 章 雷 达 发 射 机 2.在全固态化高牢靠性雷达中的应用图2.15示出了一个L波段高牢靠全固态化放射机的应用实例。这个固态放射机的

30、输出峰值功率为8kW、平均功率为125kW。它的主要特点是:(1)功率放大级采用64个固态放大集成组件组成,每个集成组件峰值功率为150W、增益为20dB、带宽为200MHz、效率为33%;(2)接受高性能的18功率安排器和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)接受两套前置预放大器(组件65和66),假如一路预放大器失效,转换开关将自动接通另一路。上述三点使这个固态放射机具有高牢靠性,而且体积小、重量轻、机动性好。第 2 章 雷 达 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 图2.16用于连续波对空监视雷达系统的固态放射

31、机第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.16示出一种用于连续波体制对空监视雷达系统的固态放射机的组成框图。这个连续波对空监视雷达供应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,用固态放射机干脆代替了原来体积浩大,效率较低的电子管放射机。整个天线阵面由2592个相控阵偶极子辐射器组成。每个辐射器干脆由一个平均功率为320W的固态放射模块驱动。由于固态放射模块与偶极子辐射器接受了一体化结构,与电子管放射机相比,功率传输效率提高了1dB。2592个固态放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率高达98dBW。第

32、2 章 雷 达 发 射 机 与原来的电子管放射机相比,这个固态放射机具有如下优点:(1)高效率、低损耗。由于2592个固态放射模块与对应的偶极子辐射器在结构上是一体化的,没有电子管放射机必不行少的微波功率输出安排网络带来的损耗,整个放射机的效率为52.6%,比原来电子管放射机的效率(26.4%)提高了1倍。(2)高牢靠性。固态放射模块本身的平均无故障间隔时间已超过100000h,整个放射系统的牢靠性为0.9998。(3)体积小、重量轻、维护便利。原来的放射机由18个输出功率为50kW的高功率电子管末级放大器组成,须要的附加平安防护设备很多,体积浩大,修理困难。固态放射机运用2592个平均功率为

33、320W的固态模块,直流供电电压为28V,运用和维护很便利。第 2 章 雷 达 发 射 机 表表 2.7 典型的固态放射模块的性能参数典型的固态放射模块的性能参数 第 2 章 雷 达 发 射 机 表表2.8 连续波对空监视雷达固态放射机和电子管放射机性连续波对空监视雷达固态放射机和电子管放射机性 第 2 章 雷 达 发 射 机 2.5 脉脉 冲冲 调调 制制 器器 图2.17脉冲调制器的组成方框第 2 章 雷 达 发 射 机 2.5.1 刚性开关脉冲调制器刚性开关脉冲调制器 依依据据负负载载的的不不同同,刚刚性性开开关关脉脉冲冲调调制制器器又又可可分分为为阴阴极极脉脉冲冲调调制制器器、调调制制

34、阳阳极极脉脉冲冲调调制制器器和和栅栅极极脉脉冲冲调调制制器器。阴阴极极脉脉冲冲调调制制器器是是干干脆脆或或通通过过耦耦合合元元件件(脉脉冲冲变变压压器器)去去限限制制射射频频发发生生器器的的全全部部电电子子注注功功率率的的。调调制制阳阳极极脉脉冲冲调调制制器器虽虽然然一一般般也也要要供供应应全全部部电电子子注注电电压压,但但由由于于调调制制阳阳极极截截获获的的电电流流很很小小,因因而而它它主主要要在在脉脉冲冲的的起起始始和和结结束束时时给给分分布布电电容容充充电电和和放放电电供供应应较较大大的的电电流流。栅栅极极脉脉冲冲调调制制器器和和调调制制阳阳极极脉脉冲冲调调制制器器相相像像,不不过过超超

35、高高频频管管的的栅栅极极总总是是做做成成具具有有高高放放大大系系数数的的限限制制极极,所所以以要要求求的的调调制制电电压压要要小得多小得多,可以接受低压元件和技术。可以接受低压元件和技术。第 2 章 雷 达 发 射 机 1.阴极脉冲调制器刚性开关阴极脉冲调制器的典型线路如图2.18所示。图中V1是刚性开关管,C是储能电容,V2是作为调制器负载的磁控管,电阻R1是充电元件,电感L和二极管V3构成储能元件的充电通路并用来改善调制脉冲的下降边。把图2.18的线路与一般的视频脉冲放大器相比可以看出,刚性开关阴极脉冲调制器本质上就是一个视频脉冲放大器,只不过在设计上要充分留意到它在大功率下运用,并要保证

36、射频发生器所要求的良好波形罢了。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.18刚性开关阴极调制器的典型线路第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.19用脉冲变压器耦合的阴极脉冲调制器第 2 章 雷 达 发 射 机 为了适应多种脉冲宽度和高工作比的工作,往往接受把高压电源、调制管和负载三者串联起来的方式,如图2.20所示,我们把它叫做串联式阴极脉冲调制器,以与图2.18所示的高压电源、调制管和负载三者并联的并联式阴极脉冲调制器相区分。串联式调制器与并联式相比有以下优点:第一,串联式调制器省去了重复充电电路,所以可适用于高重复频率工作,特殊适用于脉冲串工作,那里可能要求串内的各脉冲间的间隔很小;其次,串

37、联式调制器的储能电容就是高压电源的滤波电容器组,只要这个电容足够大,就可以适应各种不同的脉冲宽度工作;第三,一般说来,串联式调制器的体积要比并联式的小些,因为并联式调制器除了须要储能电容外,高压电源输出端还须要有一个电容,以尽量减小脉冲负载对电源的影响。此外,并联式调制器还须要充电元件和旁通元件等。但是,串联式调制器有一个最大的缺点,就是调制管的栅极电源、帘栅电源、灯丝电源及栅极激励电路等都是处在对地有高压变动的电位上,这样就使得结构大大困难。因此,一般常规雷达还是较多地接受并联式阴极脉冲调制器。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.20串联式阴极脉冲调制器第 2 章 雷 达 发 射 机 2.

38、调制阳极脉冲调制器为了减小调制器的尺寸和调制功率,对于具有调制阳极或栅极的O型管,可以接受调制阳极调制或栅极调制。这样做还可以避开电子注电压(阴极电压)在上升与下降过程中产生寄生的模振荡。由于O型管的调制阳极与栅极所截获的电流只有电子注电流的很小一部分(约为0.1%到1%),因而它对调制器呈现的是一个高欧姆电阻,同时并联着它自身的分布电容、杂散电容以及调制器的输出电容,也就是说，它呈现的基本上是一个电容性负载。由于这个缘由,要接受类似上述阴极调制器的线路是不成功的,通常接受的是一种称之为浮动板调制器的线路,如图2.21所示。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.21浮动板调制器第 2 章 雷

39、达 发 射 机 线路的工作原理是:在脉冲间歇期,接通管和截尾管都不导电,通过泄放电阻R使O型管调制阳板和阴极维持在负偏压上,因此O型管的电子注电流被截止。当接通管V1受到激励而进入导通状态时,调制阳极的分布电容C0被充电,浮动板随之被短接到近于地电位,形成输出脉冲前沿,此时调制阳极与阴极之间的电位差接近于电子注电压E,O型管起先工作,在脉冲宽度期间,接通管保持在导通状态,使调制阳极也接着维持在近于地电位,形成调制脉冲平顶。当截尾管受到激励而开启时(接通管的激励电路同时使接通管断开),分布电容C0通过偏压电源和截尾管快速放电,调制阳极重新回到相对于阴极为负偏压的电位差,形成调制脉冲的后沿2,O型

40、管也就相应地截止。第 2 章 雷 达 发 射 机 浮动板调制器与一般的阴极脉冲调制器相比,具有以下基本特点:要求调制管能承受全部电子注电压,但要求流过它的电流较小,主要是在脉冲前后沿期内给分布电容C0提供充放电电流,因而调制管的功率损耗主要也就取决于分布电容C0中的储能和脉冲重复频率fr。其表达式为式中,Pa为调制管的功率损耗;u为电子注电压;fr为脉冲重复频率。第 2 章 雷 达 发 射 机 浮动板调制器形成的调制脉冲,其前沿和后沿按速率du/dt=I0/C线性变更,此速率取决于接通管和截尾管的电流I0,与脉冲宽度的大小无关,故适合于宽脉冲和高工作比。浮动板调制器形成的脉冲具有比较平坦的平顶

41、,不存在顶峰,因为O型管接通时干脆跨在电子注电源的两端,并且接通管处在饱和开关状态,只有很小的管压降,其栅极激励电压的变更对O型管的电子注电流只有二阶的影响。第 2 章 雷 达 发 射 机 接通管和截尾管都处于高电位上,故增加了对它们激励的困难。解决的基本方法是使定时器来的使接通管导通的脉冲起先触发信号和使接通管截止、截尾管导通的脉冲起先触发信号，分别通过隔离高电位的耦合方式耦合到浮动的高电位上去。常用的耦合方式有电容耦合、变压器耦合、射频耦合和光耦合等,其中光耦合是一种新颖 技术,它的性能较好。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.22接通管和截尾管电压.电流波形第 2 章 雷 达 发 射

42、机 2.5.2 软性开关脉冲调制器软性开关脉冲调制器 为了提高充电效率,在软性开关调制器中广泛采用电感作为 充 电 元 件。通 常 设 计 得 使 充 电 回 路 的 自 然 谐 振 周 期 是仿真线的静电容)等于脉冲重复周期Tr的两倍,即这种充电方式称为直流谐振充电。在忽视充电电路的损耗时,仿真线在充电结束时的电压应为电源电压的两倍。直流谐振充电的缺点是脉冲重复频率必需是固定的,因此为了适应雷达工作于多种重复频率的要求,可在充电电路中串入一只二极管,称为充电二极管或保持二极管,如图2.23中VD1所示。第 2 章 雷 达 发 射 机 图2.23软性开关脉冲调制器的典型线路第 2 章 雷 达

43、发 射 机 与刚性开关脉冲调制器相比,软性开关调制器的优点是:转换功率大,线路效率高。这是因为软性开关导通时内阻小,可以通过的电流大。例如,国产氢闸流管的定型产品转换功率可达10MW以上,电流达1000A。它要求的触发脉冲振幅小,功率低,对波形的要求不严格,因此预调器比较简洁。第 2 章 雷 达 发 射 机 它的主要缺点是:脉冲波形一般不如刚性开关调制器好,因为人工线的不志向和脉冲变压器的分布参数都会使脉冲波形的前后沿拖长,顶部产生脉动。对负载阻抗的适应性差,因为它在正常工作时要求人工线的特性阻抗与负载阻抗匹配。对波形的适应性也差,因为变更脉冲宽度时必需在高压电路中变换人工线。假如是高工作比工作,由于软性开关复原时间的限制,往往更难做到。由此可见,软性开关调制器适宜应用在精度要求不高,波形要求不严而功率要求较大的雷达放射机中,例如远程警戒雷达中。