脉冲雷达发射机举例分析

脉冲雷达发射机举例

一、单级振荡式发射机

单级振荡式发射机是应用最广泛的一种雷达发射机。诸如导航雷达、气象雷达、搜索引导雷达和炮瞄雷达几乎都采用这一种程式。下面介绍一部航海导航雷达中的发射机。

某工作在X波段的航海导航雷达，其发射机的主要技术指标是：

工作频率f0=9370±30MHz

发射脉冲的脉冲宽度τ和重复频率F

150~80

τ=ns相应的Fr1=200Hz

20.16~0.2

τ=us相应的Fr2=2000Hz

30.45~0.6

τ=us相应的Fr3=1000Hz

脉冲功率Pτ≥14kW

该发射机由预调器、调制器和磁控管振荡器三大部分组成，图画出了其方框图。

1.预调器

预调器除产生激励调制器的调制开关脉冲外，同时输出一个幅度为8~15V的正极性触发脉冲去触发显示器作为定时信号。此外还提前输出一个极性为正、幅度大于8V的脉冲去触发海浪抑制（时间增益控制）电路。预调器由控制脉冲形成电路、触发脉冲产生器和预调脉冲形成电路三部分组成。

控制脉冲形成电路的原理线路如图所示。由电源变压器来的21V、1000Hz的交流电压对称地加至二极管D1和D2的负端，在其正端得到一个负的脉动电压，此电压经过稳压管D3和D4限幅后形成方波，它再经电容C1和电阻R3组成的微分电路变成正负相间的尖脉冲送至由BG1组成的限幅放大器，由于BG1处于零偏置的截止状态，故正极性尖脉冲不起作用，而当负尖顶脉冲输入时，它便由截止状态进入导通状态，在其集电极获得一正极性脉冲波，该脉冲一路经过电阻R2进入海浪抑制电路，作为该电路的触发信号；另一路则经耦合电容C2和由R5、C5组成的积分电路变成有较长上升边的脉冲波，然后经由BG2组成的射极跟随器输出至触发脉冲产生器去启动可控硅SCR工作。积分电路R5C5的作用是使海浪抑制触发脉冲能提前于发射脉冲，以防止由于海浪抑制电路的接入而干扰接收机工作。继电器J3用来转换触发脉冲的重复频率，当雷达工作在量程为0.5~4浬范围内时，继电器J3动作，二极管D1和D2同时工作，相当于全波整流，此时重复频率为2000Hz（相应的脉冲宽度为80mus或0.25us），在其它量程则继电器J3不动作，只有二极管D1工作，相当于半波整流，脉冲重复频率转换为1000Hz。

触发脉冲发生器的电路如图所示，实质上是一个最简单的线型调制器，SCR作为调制开关，电容C7用作储能和脉冲形成，当控制极触发脉冲还没有到来时，SCR的控制极电流Ig=0，管子处于正向阻断状态，这时电源电压Ec就通过电感L1、二极管D5向电容C7谐振充电。当控制极触发脉冲到来且达到规定的触发电平后，SCR就进入正向导通状态，于是电容C7就经SCR、脉冲变压器MB初级绕组放电。与此同时，在脉冲变压器MB的次级绕组感应出一个幅度近于300V的正极性脉冲，它被送至下一级去触发它激式间歇振荡器工作。当放电电流减少到SCR的维持电流时，SCR恢复到正向阻断状态，重复前述过程，如此周而复始就得到一系列的脉冲串。

预调脉冲形成电路采用它激式间歇振荡器，图画出了它的电原理图。在脉冲间歇期内，电子管G1因栅极接有负偏压而处于截止状态，一旦正极性的触发脉冲到来，电子管G1导通，

电路形成间歇振荡，在脉冲变压器MB2或MB3的1、6绕组上分别输出脉宽为0.5us、0.2us、60mus的正极性脉冲去激励调制器工作。电路中继电器J1、J2、J3是用来转换脉冲宽度和每次频率的，它们同时受显示器面板上的量程转换开关控制。在0.5、1浬量程上，继电器J1、J2、J3全部吸动，电容C10脉冲变压器MB3决定了间歇振荡器形成的脉冲宽度（60mus 相应的脉冲重复频率2kHz）。在2、4浬量程上，继电器J1、J2不动作，只有继电器J3动作，电容C8、C9和脉冲变压器MB2决定了间歇振荡器形成的脉冲宽度(0.2us其重复频率仍为2kHz)。在8、16、32浬量程上，继电器J1、J2、J3都不动作，这时间歇振荡器的脉冲宽度由电容C9和脉冲变压器MB2决定，其数值为0.5us，相应的重复频率为1kHz。。电路中的由电容C11、电阻R11组成的串联网络和电感L2都是用来控制脉冲前沿的，以使预调脉冲不至于有过大的上冲量和明显的顶部脉动，从而有效地防止磁控管产生频谱遗漏和寄生调频。电阻R16是电子管G1的阳极负载电阻。电阻R15二个作用，其一是构成负反馈以提高电路工作的稳定性，其二是获得与预调脉冲同步的显示器触发脉冲。电阻R10、R12构成了电子管G1的栅极馈电电路。电阻R17和电容C13则构成帘极馈电电路。

2. 调制器

该发射机采用刚性调制器，图是它的电原理图。其工作原理是：在脉冲间歇期内，由于调制管G2栅极上加有大于截止偏压的负偏压而处于截止状态，这时高压电源经限流电阻R18和截尾电阻R22、R23向储能电容充电。当调制管受到正极性的预调脉冲触发时，调制管导通，储能电容向磁控管放电，从而在其阴极上建立起一高压负脉冲激励起磁控管的高频振荡。电阻R19可有效地抑制寄生振荡，R21构成负反馈，用来增进工作稳定性，电阻R23取样磁控管电流，电阻R20、电容C16构成帘栅极馈电电路。

调制器的高压电源由高压变压器B1、电容器C14、C15、硅堆D6、D7组成两倍压整流电路。电容器C15既是储能电容又是整流器滤波电容，两者合用一只电容器也是该电路设计的优点之一。

3. 磁控管振荡器

磁控管振荡器的线路如图所示，磁控管G3是一个小型的包装式磁控管，它在调制脉冲的作用下能产生脉冲功率大于14kW的射频(9370MHz)振荡。由于磁控管的阴极处于负高压电位，所以磁控管灯丝变压器必须能承受高压。电容C17使磁控管灯丝的两端对调制脉冲处于同电位。

二、多级主振放大式发射机

某雷达由于采用了脉冲压缩体制，所以其发射机程式为多级主振放大式。图是该发射机的组成方框图，它的高频部分由四级组成。第一级固态微波源是主振信号源，产生频率足够稳定、信号强度达几十毫瓦的高频信号，其后是三级高频放大器，将信号放大至兆瓦量级。前级放大器和第二级放大器采用中小功率的行波管放大器，每级的增益各为20~30dB，末级功率放大器是一高功率速调管放大器，其增益也在30dB左右，为了防止各级之间相互影响，每一级间都加有隔离器。

各高频放大器都被矩形脉冲调制，前级和第二级都是栅极调制，末级则为阴极调制。各级调制脉冲的宽度各不相同且逐级加宽，以保证高频脉冲能够在调制脉冲的中间部分通过，同时这些调制脉冲都受定时脉冲控制，使它们的起始时间保持一定的关系。

1.级间放大器

图表示了由行波管放大器1构成前级放大器、行波管放大器2构成第二级放大器以及插入在它们之间的连接装置。来自固态微波源的高频信号进入前级放大器，经放大后馈送至第二级放大器再行放大。其间插入有同轴线波导转换器、隔离器、窄带滤波器和波导-同轴线转换器。