一種新型寬脈沖調制器的設計

摘要： 介紹一種寬脈沖調制器，給出了電路設計。

關鍵詞： 脈沖調制器；發射機；場效應管

引言

脈沖調制器是脈沖雷達發射機的重要組成部分，它產生一定寬度和重復頻率的脈沖去驅動行波管柵極，用來控制行波管的工作，以產生大功率微波脈沖。一般的雷達發射機，脈沖調制器產生的脈沖寬度為幾微妙到幾十微秒，采用典型的浮動板調制器電路較易實現，但隨著制導技術發展的要求，需要脈沖調制器的脈沖寬度為幾毫秒到幾十毫秒。此時需要設計一種寬脈沖調制器，本文設計的的調制器能輸出寬度不受限制的調制脈沖，可以廣泛應用在多種型號的雷達發射機中。

寬脈沖調制器

一般調制器是將雷達信號處理機定時器產生的脈沖通過脈沖隔離變壓器耦合到高壓端的電路后再與行波管柵極相連。當要求輸出脈沖的寬度很寬時，脈沖在變壓器初次級之間的傳遞會非常困難，脈沖隔離變壓器制作的難度很大以致不可能實現。通常對于寬脈沖的隔離可以采用光耦合的方法，但是采用此方法時對發射機射頻輸出頻譜影響很大[1]。因此該調制器不能采用光耦合的方法來實現脈沖的隔離。本文采用將寬脈沖在低壓端進行調制，加一個頻率很高的載頻，以利于信號在脈沖隔離變壓器初次級繞組間的耦合傳遞，經變壓器耦合到高壓端后再進行解調。這樣可以使脈沖隔離變壓器的設計與制作變得簡單。

該調制器的主要技術參數如下：
正偏壓 300V
負偏壓 -350V
脈沖寬度 1ms～40ms連續可調
重復頻率 0～100Hz
脈沖前沿 ≤100ns
脈沖后沿 ≤100ns

寬脈沖調制器的原理框圖如圖1所示。定時脈沖由定時器給出，分別提供給脈沖調制電路和切尾脈沖形成電路。

圖1 寬脈沖調制器的原理框圖

脈沖調制電路輸出與定時脈沖等寬的脈沖串。切尾脈沖形成電路是一個由單穩態觸發器構成的電路，利用定時脈沖后沿在寬脈沖結束的時候產生一個窄脈沖信號。兩者經放大后加在脈沖隔離變壓器初級，脈沖串耦合到高壓端后由脈沖解調電路解調后加到高速開啟管的柵極，開啟管導通，這時行波管柵極電壓由-350V迅速躍升至300V，由于脈沖解調電路的存在以及開啟管本身的特性，此電壓將會持續幾十微秒甚至上百微秒的時間，在此過程尚未結束時，脈沖串中的后續脈沖又來到，開啟管將持續導通。當此脈沖串結束時，切尾脈沖加到高速切尾管的柵極，切尾管導通，同時該窄脈沖也加到高速開啟管柵極的控制電路，使開啟管快速截止，這樣行波管柵極的電壓又從300V迅速降至-350V，行波管停止發射電子束。這就是該調制器的工作過程。圖1中的高速開啟管和切尾管均為高耐壓的功率場效應管。

電路設計

脈沖調制電路

我們采用555時基電路來設計脈沖調制電路，由555構成的占空比可調的多諧振蕩器產生周期遠小于定時脈沖的一串脈沖，改變脈沖串中脈沖的占空比可以讓脈沖驅動放大與耦合電路工作在合適的狀態。為使脈沖串與定時脈沖等寬，要將定時脈沖加在555振蕩器的使能端，再讓定時脈沖和555振蕩器相與后輸出，其電路如圖2所示。圖3為定時脈沖寬度為2毫秒時輸出脈沖串的仿真波形。

圖2 基于555的脈沖調制電路

圖3 輸出脈沖串的仿真波形

脈沖驅動放大與耦合電路

對于脈沖串及切尾脈沖可以采用如圖4的電路來增強脈沖的驅動能力[2]，這樣做可以使脈沖變壓器的繞制更加簡單，同時也增強了信號的抗干擾能力。該電路類似單端正激變換電路，利用了場效應管的電流放大能力。脈沖隔離變壓器TX1的初級電流等于V1導通時的漏極電流，這樣脈沖隔離變壓器TX1的次級具有較強的帶負載能力。脈沖隔離變壓器TX1要考慮初次級高低壓電位隔離，采用窄脈沖傳輸時變壓器匝數要求不高，一般10匝左右即可。為保證耦合波形良好，變壓器采用了高B值和高μ值的超微晶磁芯。

圖4 脈沖驅動放大與耦合電路

脈沖解調電路

脈沖解調電路一般采用半波整流電路，產生的檢波脈沖使開啟管導通，為使開啟管在切尾管導通時快速截止，可在開啟管的柵極和源極之間接一個開關三極管，利用切尾脈沖使開關三極管導通，加速開啟管的截止。而切尾管可直接利用切尾脈沖來驅動工作。最終可在行波管柵極得到符合工作要求的調制脈沖。

結語

通過實驗證明，該調制器的設計是可行的，該調制器工作穩定可靠，具有較強的抗高壓打火能力，即將應用于某型雷達發射機。

參考文獻：
1.  陳漢興，一種新型高性能固態浮動板調制器，電子工程師，2003，29(11)：19-20
2.  張占松、蔡宣三，開關電源的原理與設計，電子工業出版社，2004