1、第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.1 雷達發(fā)射機的義務和根本組成雷達發(fā)射機的義務和根本組成 2.2 雷達發(fā)射機的主要質量目的雷達發(fā)射機的主要質量目的 2.3 單級振蕩和主振放大式發(fā)射機單級振蕩和主振放大式發(fā)射機 2.4 固態(tài)發(fā)射機固態(tài)發(fā)射機 2.5 脈沖調制器脈沖調制器 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.1 雷達發(fā)射機的義務和根本組成雷達發(fā)射機的義務和根本組成 雷達是利用物體反射電磁波的特性來發(fā)現(xiàn)目的并確定目的的間隔、方位、高度和速度等參數(shù)的。因此, 雷達任務時要求發(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

2、載波遭到調制的大功率射頻信號, 經饋線和收發(fā)開關由天線輻射出去。 S波段全固態(tài)發(fā)射機第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.1 單級振蕩式發(fā)射機 脈沖調制器大功率射頻振蕩器電 源定時信號至天線TrTrTr第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.2 主振放大式發(fā)射機 固 體微波源中間射頻功率放大器輸出射頻功率放大器脈沖調制器脈沖調制器脈沖調制器定時器主控振蕩器射頻放大鏈電 源觸發(fā)脈沖至天線第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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、經濟, 也比較輕便。實際闡明, 同樣的功率電平, 單級振蕩式發(fā)射機大約只需主振放大式分量的1/3。因此, 只需有能夠,

3、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需采用主振放大式發(fā)射機。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.2 雷達發(fā)射機的主要質量目的雷達發(fā)射機的主要質量目的 1. 任務頻率或波段任務頻率或波段 雷達的任務頻率或波段是按照雷達的用途確定的。雷達的任務頻率或波段是按照雷達的用途確定的。 頻率捷變頻率捷變 頻率分集：提高雷達系統(tǒng)的任務性能和抗干擾才干。頻率分集：提高雷達系統(tǒng)的任務性能和抗干擾才干。 任務頻率或波段的不同對發(fā)射機的設計影響很大。任務頻率或波段的不同對發(fā)射機的設計影響很大。1000MHz以下主要采用微波三、四極管以下主要采用微波

4、三、四極管,1000 MHz以上那么有多腔磁控管、以上那么有多腔磁控管、 大功率速調管、行波管以及大功率速調管、行波管以及前向波管等。前向波管等。第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.3 微波發(fā)射管功率與帶寬才干現(xiàn)狀 123451010010000.11110100100010 000平均功率/kW功率 / MW0.010.10.11.0101001324PF 265微波管邊界1.010100頻率/GHz頻率/GHz(a)(b)螺線行波管耦合腔行波管速調管行波速調管速調管0.1110100100010 000110100帶寬( % )峰值功率/kW(c)第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.

5、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才干。 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。 有時為了丈量方便, 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。假設是波段任務的發(fā)射機，那么還應規(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。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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。rtrtavfPTPP式中的式中的fr=1/Tr是脈沖反復頻率。是脈沖反復頻率。/Tr=fr稱作雷達的任務比稱作雷達的任務比D。 常規(guī)的脈沖雷達任務比的典型值為常規(guī)的脈沖雷達任務

6、比的典型值為D=0.001, 但脈沖多卜勒雷達但脈沖多卜勒雷達的任務比可達的任務比可達10-2數(shù)量級數(shù)量級, 甚至達甚至達10-1數(shù)量級。顯然數(shù)量級。顯然, 延續(xù)波雷達延續(xù)波雷達的的D=1。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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。 由于發(fā)射機通常在整機中是最耗電和最需求冷卻的部分, 有高的總效率, 不僅可以省電, 而且對于減輕整機的體積分量也很有意義。對于主振放大式發(fā)射機, 要提高總效率, 特別要留意改善輸出級的效率。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 4. 信號方式信號方式(調制方式調制方式) 表表 2.1 雷達的常用信號方式雷達

7、的常用信號方式 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.4 三種典型雷達信號和調制波形 Trtt(a)Tr(b)0(c)tttt第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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)、 脈沖寬度及脈沖反復頻率等能否隨時間作不應有的變化。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。例如對動目的顯示雷達, 它會呵斥不應有的系統(tǒng)對消剩余, 在脈沖緊縮系統(tǒng)中會呵斥目的的間隔旁瓣以及在脈沖多卜勒系統(tǒng)中會呵斥假目的等。信號參數(shù)的不穩(wěn)定：規(guī)律性、隨機性第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.5 矩形射頻脈沖列的理想頻譜 相

8、對振幅Tr1fsinff01f0f01第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.6 實踐發(fā)射信號的頻譜 204060801000123信號的第一譜線離 散 型寄生輸出分布型寄生輸出fm / kHz /(dB/Hz)04第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.3 單級振蕩和主振放大式發(fā)射機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 預調器調制器振蕩器發(fā)射機定時器顯示器接收機天線開關天線控制系統(tǒng)電源、控制、保護電路(b)(c)(a)(d)天線第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.8 單級振蕩式發(fā)射機各級波形 觸發(fā)脈沖0Trt(a)t

9、預調脈沖0(b)調制脈沖(c)射頻脈沖tt00(d)第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.3.2 主振放大式發(fā)射機的特點主振放大式發(fā)射機的特點1. 具有很高的頻率穩(wěn)定度具有很高的頻率穩(wěn)定度 在雷達整機要求有很高的頻率穩(wěn)定度的情況下在雷達整機要求有很高的頻率穩(wěn)定度的情況下, 必需采用主必需采用主振放大式發(fā)射機。振放大式發(fā)射機。2. 發(fā)射相位相參信號發(fā)射相位相參信號 脈沖多普勒脈沖多普勒PD雷達雷達3. 適用于頻率捷變雷達適用于頻率捷變雷達第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.9 采用頻率合成技術的主振放大式發(fā)射機 分頻器 n調制器多 級放大鏈基準頻率振 蕩 器倍頻器 M上變頻混頻器諧 波產生器N

10、1F控制器N2FN3FNkFNiF發(fā)射信號至天線f0 (Ni M)F觸發(fā)脈沖 fr F/nFFMFF相參振蕩電壓fC MF穩(wěn)定本振電壓fL NiF第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 4. 能產生復雜波形能產生復雜波形 圖 2.10 能產生復雜波形的主振放大式發(fā)射機 波 形產生器主振放大式發(fā)射機收發(fā)開關控制與定時器穩(wěn) 頻振蕩器信 號處理器接收機復雜波形發(fā)射機輸出天線第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.3.3 射頻放大鏈的性能與組成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, 它的設計質量與射它的設計質量與射頻放大管的選擇關系親密。頻放大管的選擇關系親

11、密。第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 表表2.2 高功率脈沖任務的高功率脈沖任務的O型管和分布發(fā)射式型管和分布發(fā)射式M型管的性能比較型管的性能比較 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 表表2.2 高功率脈沖任務的高功率脈沖任務的O型管和分布發(fā)射式型管和分布發(fā)射式M型管的性能比較型管的性能比較 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 表表 2.3 微波三、四極管的主要電性能微波三、四極管的主要電性能 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 選用什么微波管組成放大鏈要按實踐情況詳細思索選用什么微波管組成放大鏈要按實踐情況詳細思索, 不存在對于不存在對于一切場所都是最正確的放大鏈。一切場所都是最正確的放大鏈。 在在100

12、0 MHz以下選用微波三、四極管組成的放大鏈以下選用微波三、四極管組成的放大鏈優(yōu)點：體積小、分量輕、任務電壓低、優(yōu)點：體積小、分量輕、任務電壓低、 相位穩(wěn)定性和相位特性相位穩(wěn)定性和相位特性線性度好、本錢低和對負載失配容限大。線性度好、本錢低和對負載失配容限大。缺陷：單級增益較低缺陷：單級增益較低, 頻帶也不易做得寬頻帶也不易做得寬多用于地面遠程雷達和相控陣雷達中。多用于地面遠程雷達和相控陣雷達中。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 在1000 MHz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 優(yōu)點：頻帶寬、增益高、構造較為簡單。

13、缺陷: 輸出功率往往不大, 效率也不是很高. 常運用于機載雷達及要求輕便的雷達系統(tǒng)中。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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)揚其高增益的優(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,

14、 彼此取長補短。 這種放大鏈頻帶較寬, 體積分量相對不大, 因此在地面的機動雷達、相控陣雷達(末級通常采用多管輸出)以及某些空載雷達中運用日趨增多。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.3.4 射頻放大鏈運用舉例射頻放大鏈運用舉例 某精細跟蹤雷達用的發(fā)射機某精細跟蹤雷達用的發(fā)射機, 任務在任務在C波段波段, 要求輸出脈沖要求輸出脈沖功率為功率為2.5 MW, 1 dB帶寬為帶寬為1 %, 射頻脈沖寬度為射頻脈沖寬度為0.8s(前沿寬前沿寬度不大于度不大于0.10.5s, 后沿寬度不大于后沿寬度不大于0.150.2s), 脈沖反復頻率脈沖反復頻率可在可在600800 Hz的范圍內以三種不同的值跳

15、變。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的進展多卜勒測速由于此雷達要求對所跟蹤的目的進展多卜勒測速, 所以必需所以必需用主振放大式發(fā)射機用主振放大式發(fā)射機, 其主振器其主振器(固體微波源固體微波源)的輸出功率為的輸出功率為20 mW、 脈沖寬度為脈沖寬度為4 s的射頻脈沖。的射頻脈沖。第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 根據(jù)輸入和輸出功率的要求根據(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微波放大鏈的功率增益至少應為 dBG811020105 . 2lg1036根據(jù)微波管產生的詳細情況根據(jù)微波管產生的詳細情況, 選用三級級聯(lián)組成。為防止各級之選用三級級聯(lián)組成。為防止各

16、級之間的相互影響間的相互影響, 級間必需用鐵氧體環(huán)流器隔離。思索到級間損耗級間必需用鐵氧體環(huán)流器隔離。思索到級間損耗, 微波放大鏈的實踐增益應在微波放大鏈的實踐增益應在83 dB以上。由于要求的輸出功率大以上。由于要求的輸出功率大, 功率增益高功率增益高, 但帶寬并不大但帶寬并不大, 且該雷達系固定式的地面雷達且該雷達系固定式的地面雷達, 所以所以可以選用行波管可以選用行波管-速調管式放大鏈。速調管式放大鏈。第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 末級選四腔大功率速調管末級選四腔大功率速調管, 它的前三腔采用參差調諧它的前三腔采用參差調諧, 輸出腔為輸出腔為復合腔復合腔, 以保證瞬時通頻帶大于以保證瞬

17、時通頻帶大于1 %。 速調管的飽和增益為速調管的飽和增益為32 dB。放大鏈的前級由兩級行波管組成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構造的周期性永磁聚焦柵控行波第一級小功率行波管為包裝式構造的周期性永磁聚焦柵控行波管管, 其最大增益為其最大增益為32 dB, 1 dB帶寬為帶寬為7 %。 第二級是中功率行波管第二級是中功率行波管, 其飽和增益大于其飽和增益大于24 dB, 3 dB帶寬為帶寬為2.5 %。由于工藝的限制。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中功率行波管和大功率速調管沒有柵極或調制陽級調制陽級, 因此只需采用陰極脈沖調制。因此只需采用陰極脈

18、沖調制。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.11 發(fā)射機的組成方框圖 第一級行波管第二級行波管定 向耦合器速測管20 mW32 dB16 W24 dB4 kW自固體微波源0.8 s環(huán)流器環(huán)流器穩(wěn)壓電源1.3 s240 V0穩(wěn)壓電源磁場電源調制器定時器1.3 s50 V調制器01.2 s50 V0預調器1.2 s01.0 s調制器預調器磁調壓器高壓電源18 kV磁場電源0.7 s01.4 s120 kV低壓電源中壓電源0.7 s50 V05 V0由測距機來的定時脈沖4 s0.8 s0.8 s鈦泵電源32 dB0.8 s2.5 W至天線第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.4 固固 態(tài)態(tài) 發(fā)發(fā)

19、 射射 機機 2.4.1 開展概略和特點開展概略和特點 與微波電子管發(fā)射機相比與微波電子管發(fā)射機相比, 固態(tài)發(fā)射機具有如下優(yōu)點固態(tài)發(fā)射機具有如下優(yōu)點:不需求陰極加熱、不需求陰極加熱、 壽命長。壽命長。 (2) 具有很高的可靠性。具有很高的可靠性。 (3) 體積小、分量輕。體積小、分量輕。 (4) 任務頻帶寬、效率高。任務頻帶寬、效率高。 (5) 系統(tǒng)設計和運用靈敏。系統(tǒng)設計和運用靈敏。 (6) 維護方便維護方便, 本錢較低。本錢較低。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 表表 2.4 運用于雷達系統(tǒng)中的各種固態(tài)發(fā)射機的特性運用于雷達系統(tǒng)中的各種固態(tài)發(fā)射機的特性 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.

20、4.2 固態(tài)高功率放大器模塊固態(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 大功率微波晶體管的迅速開展大功率微波晶體管的迅速開展, 對固態(tài)發(fā)射模塊的性能和運對固態(tài)發(fā)射模塊的性能和運用起到重要的推進作用。用起到重要的推進作用。 在在S波段以下波段以下, 通常采用硅雙極晶體管。通常采用硅雙極晶體管。在在S波段以上那么較多采用砷化鎵場效應管波段以上那么較多采用砷化鎵場效應管(GaAs FET),目前它目前它們的輸出功率在們的輸出功率在810 GHz頻率上可達頻率上可達20 W, 而在而在12 GHz以上時以上時只需幾瓦。只需幾瓦。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 表表 2.5 在某些雷

21、達固態(tài)發(fā)射模塊中運用的大功率晶體管特性在某些雷達固態(tài)發(fā)射模塊中運用的大功率晶體管特性 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2. 固態(tài)高功率放大器模塊固態(tài)高功率放大器模塊 運用先進的集成電路工藝和微波網絡技術, 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)運用要求, 主要有兩種典型的輸出功率組合方式?？臻g合成的輸出構造, 主要用于相控陣雷達。 由于沒有微波功率合成網絡的插入損耗, 因此輸出功率的效率很高。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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

22、構造; (c) 集中合成輸出構造的固態(tài)高效模塊 (a)11: n12 n1n1:11: n2132 n2輸入P n2AA第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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) 集中合成輸出構造; (c) 集中合成輸出構造的固態(tài)高效模塊 11: n12 n1n1:11: n2132 n2輸入n2:1P n2A損耗(b)A第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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) 集中合成輸出構造; (c) 集中合成輸出構造的固態(tài)高效模塊 1: n11n1: 12 n112 n21: n2n2: 1

23、3C邏輯SW輸入集電極電壓輸出(c)第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.4.3 微波單片集成微波單片集成(MMIC) 收發(fā)模塊收發(fā)模塊 微波單片集成電路微波單片集成電路(MMIC)的最新開展的最新開展, 使固態(tài)收發(fā)模塊在使固態(tài)收發(fā)模塊在相控陣雷達中的運用到達適用階段。微波單片集成電路采用了相控陣雷達中的運用到達適用階段。微波單片集成電路采用了新的模塊化設計方法新的模塊化設計方法, 將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件(線性放大線性放大器、低噪聲放大器、飽和放大器或有源開關等器、低噪聲放大器、飽和放大器或有源開關等)和無源器件和無源器件(電電阻、電容、電感、二極管和傳輸線等阻、電

24、容、電感、二極管和傳輸線等)制造在同一塊砷化鎵制造在同一塊砷化鎵(GaAs)基片上基片上, 從而大大提高了固態(tài)收發(fā)模塊的技術性能從而大大提高了固態(tài)收發(fā)模塊的技術性能, 使廢使廢品的一致性好品的一致性好, 尺寸小尺寸小, 分量輕。分量輕。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.13 用于相控陣雷達的單片集成收發(fā)模塊組成框圖 12345T/R控制T/RT/R控制處理 A

25、A A偏置控制 A A AT/R限幅器發(fā)射功率放大器環(huán)行器天線發(fā)射端口接收端口控制數(shù)據(jù)輸入低噪聲接收放大器第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 近年來微波單片集成收發(fā)模塊開展很快, 并且曾經成為相控陣雷達的關鍵部件。從超高頻波段至厘米波波段, 都有可供適用的微波單片集成收發(fā)模塊。 微波單片集成收發(fā)模塊的主要優(yōu)點如下: (1) 本錢低。由于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消費工藝制造在一樣的基片上的, 它不需求常規(guī)的電路焊接裝配過程, 所以本錢低廉。 (2) 高可靠性。采用先進的集成電路工藝和優(yōu)化的微波網絡技術, 沒有常規(guī)分別元件電路的硬線銜接和元件組裝過程, 因此單片集成收發(fā)模塊的

26、可靠性大大提高。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 表表 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)用于相控陣雷達的幾種單片集成收發(fā)模塊性能參數(shù) 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 (3) 電路性能一致性好、廢品率高。單片集成收發(fā)模塊是在一樣的基片上批量消費制造的, 電路性能的一致性很好, 廢品率高, 在運用維護中的交換性也很好。 (4) 尺寸小、分量輕。有源和無源器件制造在同一塊砷化鎵基片上, 電路的集成度很高, 它的尺寸和分量與常規(guī)的分別元件制造的收發(fā)模塊相比越來越小。第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.4.4 固態(tài)發(fā)射機的運用固態(tài)發(fā)射機的運用 1. 在相控陣雷達中的運用 固態(tài)模塊在相

27、控陣雷達中的運用已遭到注重。 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求的高功率輸出, 從而防止了采用微波網絡合勝利率所引起的損耗。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.14 典型的L波段相控陣發(fā)射/接納模塊 1 2 3 4 5 6 7移相器T/R開關低噪聲放大器限幅器T/R開關環(huán)行器至天線T/R邏輯功率放大器預放大器移相器移相邏輯射頻信號12(T/R) 2(T/R) 1控制信號假負載Pt=1kw=10usNf=3dB4檔移向第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2. 在全固態(tài)化高可靠性雷達中的運用在全固態(tài)化高可靠性雷

28、達中的運用 圖 2.15 L波段高可靠性全固態(tài)化發(fā)射機 150 W轉換開關轉換開關 65 66(1)組合器1:8(8)組合器 1 2 64150 W1:8(8)組合器8:1150 W150 W(1)組合器8:1至控制器面板至監(jiān)控器8 kW射頻輸出射頻輸入增益(損耗)電平0.7 dB33.532.819.2 dB52.019.2 dB32.819 dB69.80.93 dB68.5(dBmW)第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2. 在全固態(tài)化高可靠性雷達中的運用 圖2.15示出了一個L波段高可靠全固態(tài)化發(fā)射機的運用實例。 這個固態(tài)發(fā)射機的輸出峰值功率為8 kW、平均功率為1.25 kW。 它的主要

29、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150 W、增益為20 dB、帶寬為200 MHz、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), 假設一路預放大器失效, 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、分量輕、 機動性好。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 3. 在延續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)中的運用在延續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)中的運用 圖 2.16 用于延續(xù)波對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)的固態(tài)發(fā)射機

30、320 W144144個發(fā)射模塊320 W144144個發(fā)射模塊末前級激勵2320 W 功率18 路輸出1.8 kW1.8 kW6 個模塊6 個模塊激勵級320 W功率2592320 W第 2 章 雷 達 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)射模塊與對應的偶極子輻射器在構造上是一體化的, 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缺點間隔時間已超越100 000 h

31、, 整個發(fā)射系統(tǒng)的可靠性為0.9998。 (3) 體積小、分量輕、維護方便。原來的發(fā)射機由18個輸出功率為50 kW的高功率電子管末級放大器組成, 需求的附加平安防護設備很多, 體積龐大, 維修困難。固態(tài)發(fā)射機運用2592個平均功率為320 W的固態(tài)模塊, 直流供電電壓為28 V, 運用和維護很方便。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 表表 2.7 典型的固態(tài)發(fā)射模塊的性能參數(shù)典型的固態(tài)發(fā)射模塊的性能參數(shù) 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 表表2.8 延續(xù)波對空監(jiān)視雷達固態(tài)發(fā)射機和電子管發(fā)射機性延續(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 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.5 脈脈 沖沖 調調

32、制制 器器 圖 2.17 脈沖調制器的組成方框 充電元件儲能元件(電容器或人工線)耦合元件(脈沖變壓器)調制開關(剛性的或軟性的)電源部分射 頻發(fā)生器第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 2.5.1 剛性開關脈沖調制器剛性開關脈沖調制器 根據(jù)負載的不同根據(jù)負載的不同, 剛性開關脈沖調制器又可分為陰極脈沖調剛性開關脈沖調制器又可分為陰極脈沖調制器、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經過耦合元件器是直接或經過耦合元件(脈沖變壓器脈沖變壓器)去控制射頻發(fā)生器的全去控制射頻發(fā)生器的全部電子注功率的。調制陽極脈沖調制器雖然普通也要

33、提供全部部電子注功率的。調制陽極脈沖調制器雖然普通也要提供全部電子注電壓電子注電壓, 但由于調制陽極截獲的電流很小但由于調制陽極截獲的電流很小, 因此它主要在脈因此它主要在脈沖的起始和終了時給分布電容充電和放電提供較大的電流。柵沖的起始和終了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類似極脈沖調制器和調制陽極脈沖調制器類似, 不過超高頻管的柵極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所以要求的調制電壓要小得多多, 可以采用低壓元件和技術?？梢圆捎玫蛪涸图夹g。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 1.

34、 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的線路與普通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留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。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.18 剛性開關陰極調制器的典型線路 ER1CV1LV3C0V2Eg第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.19 用脈沖變壓器耦合的陰

35、極脈沖調制器 高壓電源R1L1CV第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 為了順應多種脈沖寬度和高任務比的任務, 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)式調制器省去了反復充電電路, 所以可適用于高反復頻率任務, 特別適用于脈沖串任務, 那里能夠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, 只需這個電容足夠大, 就可以順應各種不同的脈沖寬度任務; 第三, 普通

36、說來, 串聯(lián)式調制器的體積要比并聯(lián)式的小些, 由于并聯(lián)式調制器除了需求儲能電容外, 高壓電源輸出端還需求有一個電容, 以盡量減小脈沖負載對電源的影響。此外,并聯(lián)式調制器還需求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陷, 就是調制管的柵極電源、簾柵電源、燈絲電源及柵極鼓勵電路等都是處在對地有高壓變動的電位上, 這樣就使得構造大大復雜。因此, 普通常規(guī)雷達還是較多地采用并聯(lián)式陰極脈沖調制器。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.20 串聯(lián)式陰極脈沖調制器 高壓電源C第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 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

37、的O型管, 可以采用調制陽極調制或柵極調制。這樣做還可以防止電子注電壓(陰極電壓)在上升與下降過程中產生寄生的模振蕩。由于O型管的調制陽極與柵極所截獲的電流只需電子注電流的很小一部分(約為0.1 %到1 %), 因此它對調制器呈現(xiàn)的是一個高歐姆電阻, 同時并聯(lián)著它本身的分布電容、 雜散電容以及調制器的輸出電容, 也就是說， 它呈現(xiàn)的根本上是一個電容性負載。由于這個緣由, 要采用類似上述陰極調制器的線路是不勝利的, 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。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 圖 2.21 浮動板調制器 偏 壓 與激勵電路偏 壓偏 壓 與激勵電路V2RV1E前沿

38、觸發(fā)00后沿觸發(fā)0后沿觸發(fā)浮動板C0第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 線路的任務原理是: 在脈沖間歇期, 接通管和截尾管都不導電, 經過泄放電阻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遭到鼓勵而進入導通形狀時, 調制陽極的分布電容C0被充電, 浮動板隨之被短接到近于地電位, 構成輸出脈沖前沿, 此時調制陽極與陰極之間的電位差接近于電子注電壓E, O型管開場任務, 在脈沖寬度期間, 接通管堅持在導通形狀, 使調制陽極也繼續(xù)維持在近于地電位, 構成調制脈沖平頂。當截尾管遭到鼓勵而開啟時(接通管的鼓勵電路同時使接通管斷開), 分布電容C0經過偏壓電源和截尾管迅速放電, 調制陽極重新回到相對于陰極為負偏壓的電位差, 構成調制脈沖的后沿2, O型管也就相應地截止。 第 2 章 雷 達 發(fā) 射 機 浮動板調制器與普通的陰極脈沖調制器相比, 具有以下根本特點: 要求調制管能接受全部電子注電壓, 但要求流過它的電流較小, 主要是在脈沖前后沿期內給分布電容C0提供充放電電流, 因此調制管