一種新型寬脈沖調(diào)制器的設(shè)計(jì)

摘要： 介紹一種寬脈沖調(diào)制器，給出了電路設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞： 脈沖調(diào)制器；發(fā)射機(jī)；場(chǎng)效應(yīng)管

引言

脈沖調(diào)制器是脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)的重要組成部分，它產(chǎn)生一定寬度和重復(fù)頻率的脈沖去驅(qū)動(dòng)行波管柵極，用來控制行波管的工作，以產(chǎn)生大功率微波脈沖。一般的雷達(dá)發(fā)射機(jī)，脈沖調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖寬度為幾微妙到幾十微秒，采用典型的浮動(dòng)板調(diào)制器電路較易實(shí)現(xiàn)，但隨著制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的要求，需要脈沖調(diào)制器的脈沖寬度為幾毫秒到幾十毫秒。此時(shí)需要設(shè)計(jì)一種寬脈沖調(diào)制器，本文設(shè)計(jì)的的調(diào)制器能輸出寬度不受限制的調(diào)制脈沖，可以廣泛應(yīng)用在多種型號(hào)的雷達(dá)發(fā)射機(jī)中。

寬脈沖調(diào)制器

一般調(diào)制器是將雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)定時(shí)器產(chǎn)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(dāng)要求輸出脈沖的寬度很寬時(shí)，脈沖在變壓器初次級(jí)之間的傳遞會(huì)非常困難，脈沖隔離變壓器制作的難度很大以致不可能實(shí)現(xiàn)。通常對(duì)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(shí)對(duì)發(fā)射機(jī)射頻輸出頻譜影響很大[1]。因此該調(diào)制器不能采用光耦合的方法來實(shí)現(xiàn)脈沖的隔離。本文采用將寬脈沖在低壓端進(jìn)行調(diào)制，加一個(gè)頻率很高的載頻，以利于信號(hào)在脈沖隔離變壓器初次級(jí)繞組間的耦合傳遞，經(jīng)變壓器耦合到高壓端后再進(jìn)行解調(diào)。這樣可以使脈沖隔離變壓器的設(shè)計(jì)與制作變得簡(jiǎn)單。

該調(diào)制器的主要技術(shù)參數(shù)如下：
正偏壓 300V
負(fù)偏壓 -350V
脈沖寬度 1ms～40ms連續(xù)可調(diào)
重復(fù)頻率 0～100Hz
脈沖前沿 ≤100ns
脈沖后沿 ≤100ns

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

圖1 寬脈沖調(diào)制器的原理框圖

脈沖調(diào)制電路輸出與定時(shí)脈沖等寬的脈沖串。切尾脈沖形成電路是一個(gè)由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的電路，利用定時(shí)脈沖后沿在寬脈沖結(jié)束的時(shí)候產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖信號(hào)。兩者經(jīng)放大后加在脈沖隔離變壓器初級(jí)，脈沖串耦合到高壓端后由脈沖解調(diào)電路解調(diào)后加到高速開啟管的柵極，開啟管導(dǎo)通，這時(shí)行波管柵極電壓由-350V迅速躍升至300V，由于脈沖解調(diào)電路的存在以及開啟管本身的特性，此電壓將會(huì)持續(xù)幾十微秒甚至上百微秒的時(shí)間，在此過程尚未結(jié)束時(shí)，脈沖串中的后續(xù)脈沖又來到，開啟管將持續(xù)導(dǎo)通。當(dāng)此脈沖串結(jié)束時(shí)，切尾脈沖加到高速切尾管的柵極，切尾管導(dǎo)通，同時(shí)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(fā)射電子束。這就是該調(diào)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(chǎng)效應(yīng)管。

電路設(shè)計(jì)

脈沖調(diào)制電路

我們采用555時(shí)基電路來設(shè)計(jì)脈沖調(diào)制電路，由555構(gòu)成的占空比可調(diào)的多諧振蕩器產(chǎn)生周期遠(yuǎn)小于定時(shí)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(qū)動(dòng)放大與耦合電路工作在合適的狀態(tài)。為使脈沖串與定時(shí)脈沖等寬，要將定時(shí)脈沖加在555振蕩器的使能端，再讓定時(shí)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(shí)脈沖寬度為2毫秒時(shí)輸出脈沖串的仿真波形。

圖2 基于555的脈沖調(diào)制電路

圖3 輸出脈沖串的仿真波形

脈沖驅(qū)動(dòng)放大與耦合電路

對(duì)于脈沖串及切尾脈沖可以采用如圖4的電路來增強(qiáng)脈沖的驅(qū)動(dòng)能力[2]，這樣做可以使脈沖變壓器的繞制更加簡(jiǎn)單，同時(shí)也增強(qiáng)了信號(hào)的抗干擾能力。該電路類似單端正激變換電路，利用了場(chǎng)效應(yīng)管的電流放大能力。脈沖隔離變壓器TX1的初級(jí)電流等于V1導(dǎo)通時(shí)的漏極電流，這樣脈沖隔離變壓器TX1的次級(jí)具有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力。脈沖隔離變壓器TX1要考慮初次級(jí)高低壓電位隔離，采用窄脈沖傳輸時(shí)變壓器匝數(shù)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(qū)動(dòng)放大與耦合電路

脈沖解調(diào)電路

脈沖解調(diào)電路一般采用半波整流電路，產(chǎn)生的檢波脈沖使開啟管導(dǎo)通，為使開啟管在切尾管導(dǎo)通時(shí)快速截止，可在開啟管的柵極和源極之間接一個(gè)開關(guān)三極管，利用切尾脈沖使開關(guān)三極管導(dǎo)通，加速開啟管的截止。而切尾管可直接利用切尾脈沖來驅(qū)動(dòng)工作。最終可在行波管柵極得到符合工作要求的調(diào)制脈沖。

結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)證明，該調(diào)制器的設(shè)計(jì)是可行的，該調(diào)制器工作穩(wěn)定可靠，具有較強(qiáng)的抗高壓打火能力，即將應(yīng)用于某型雷達(dá)發(fā)射機(jī)。

參考文獻(xiàn)：
1.  陳漢興，一種新型高性能固態(tài)浮動(dòng)板調(diào)制器，電子工程師，2003，29(11)：19-20
2.  張占松、蔡宣三，開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社，2004