第三节 雷达发射机

5．磁控管使用注意事项
1)在检修维护保养时，要谨防特高压触电伤人， 接触管子阴极前，应先关机，并将高压放电。 2)严防大功率超高频电磁波损伤人脑及眼睛。雷 达发射时不要站在开口波导前或天线辐射窗面 前。 3)接触磁控管时，应先脱去手表，以防手表磁化。 4)加高压前，应保证阴极已充分预热(3 min～5 min)。频繁使用雷达，可不关低压只关高压， 以免灯丝忽冷忽热而损坏。这样可保护阴极发 射性能和延长使用寿命。
• 阳极是．一块厚约1 cm的圆形大铜环。圆孔 中央放着阴极，阴极和阳极块同心。阴极和阳 • 极之间的空间称为作用空间。阳极块圆环四周 沿其轴线方向开有偶数个(一般为8个～14个) • 圆孔(谐振腔)。 • 腔体(圆孔及缝隙)的尺寸大小基本决定了磁控 管的振荡频率。工作时阳极块会发热，为了便 于散热，阳极块外面往往装有散热片。 • 另外，为了安全及便于高压与机壳间绝缘。磁 控管的阳极接地(接机壳)．而把负极性调制脉 冲接到阴极上。
三、磁控管振荡器
• 1．磁控管的结构 • 磁控Hale Waihona Puke Baidu振荡器中的磁控管由灯丝、阴极、 阳极、永久磁铁和输出耦合装置等组成。 磁控管外形如图1—2—6所示，内部结构 如图1—2—7所示。
• 磁控管阴极为圆柱形旁热式的氧化物阴 极，它位于磁控管中央。阴极表面具有 很强的发射能力。阴极圆筒里面装有灯 丝，以加热阴极。灯丝电压一般为6．3 V，也有用12 V的。交直流均有使用。灯 丝一端与阴极相连，两根引线穿过高压 绝缘罩接入负向高压调制脉冲和灯丝电 压。
五、发射机调整
• 发射机的调整项目一般包括如下两项： • 1．高压自动延时电路调整 • 雷达先停机冷却15 min～30 min，再开 机核查高压自动延时电路的继电器是否 在3 min～5 min内动作(或预备指示灯是 否在规定时间内接通)。如不符合要求， 则调整自动延时电位器或直接更换自动 延时元件。
• 2．脉冲宽度 • 脉冲宽度就是射频脉冲振荡持续的时间， 一般用τ表示。在船用雷达中常用µ s(微秒) 为单位。船用雷达中，考虑了各种要求，τ 一般选在0.05 µs～2µs之内。
3．发射功率
• 发 射 功 率 可 分 为 峰 值 功 率 ( Peak Power)P 和 平 均 功 率 (Average Power)Pm。 • 峰值功率是指在脉冲期间的射频振荡的平均功率，一般较 大，船用雷达的峰值功率在3 kW～75 kW之内。 • 平均功率是指在脉冲重复周期内输出功率的平均值，因此， 数值很小。它们之间的关系为：
二、发射机主要技术指标
• 1．工作波长λ • 发射机的工作波长就是磁控管振荡器产生的 超高频脉冲波的波长。船用雷达的工作波长允 许的范围是： • S波段 15 cm～7.5 cm • X波段3.75 cm 2.4 cm X 3.75 cm～2.4 • 目前船用雷达使用的频率范围为： • S波段2 900 MHz～3 100 MHz • X波段 9 300 MHz～9 500 MHz
第三节 雷达发射机
• 一、组成及各部分作用 • 雷达发射机由脉冲调制器(一般包括预 调制器和调制器)、磁控管振荡器及发射 机电源等 部分组成，如图1—2—3所示。
1．预调制器
• 在触发脉冲控制下，预调制器产生一个 具有一定宽度、一定幅度的正极性矩形 脉冲(预调制脉冲)去控制调制器的工作。 对预调制脉冲的波形和幅度的要求，视 所用调制器的类型而定。在刚性调制器 中，预调制脉冲的宽度和波形决定着发 射脉冲的宽度和波形，因此对预调制器 有着较严格的要求，而且，雷达脉冲宽 度的转换在这一级进行。
4．发射机电源
• 发射机电源提供发射机所需的各种交直 流电源及调制器、磁控管工作所需的特 高压电源。分别设有保险丝及指示灯。 保险丝及指示灯一般都装在明显易见又 便于拆装的地方。 • 低压电源与接收机电源装在一起，产生 除特高压以外的其他所需的各种交直流 电源。由变压器及各整流滤波电路组成。
• 高压电源部件一般与调制器、磁控管振荡器一起 装在一个标有醒目“高压危险”(DANGER!HIGH • VOLTAGE)字样的屏蔽盒(罩)内，以引起使用维 护人员的注意。高压电源的输入电路中一般都有 几个继电器控制触点。 • 中频电源经过收发机总保险丝、高压保险丝、雷 达高压(发射1)开关控制的触点、高压自动延时电 路控制的触点及门开关控制的触点才能送到高压 变压器的初级绕组，以实现对人及对雷达设备的 安全保护。 • 高压自动延时电路的作用是为了保证磁控管有 足够的(3 min～5 min)的预热时间。
• 永久磁铁用来产生控制电子运动的恒定 磁场，磁力线与阴极轴线平行。磁场要 有一定的强度和均匀性。波长越短，所 需磁场强度越大。 • 输出耦合装置的作用是通过装在一个谐 振腔中的耦合环将磁控管振荡器产生的 所有振荡能量取出并通过同轴线或波导 耦合至主波导中去。
2．磁控管的工作条件
• 要使磁控管正常工作，除磁控管本身要 完好外，还必须满足如下条件： • 1)灯丝加上额定工作电压，将阴极加热 到一定温度； • 2)阴一阳极间加上额定的负极性调制脉 冲； • 3)应保证磁控管的输出负载匹配，即波 导与天线应连续、不变形及内部光洁等， 否则，磁控管输出功率及频率将发生波 动，甚至使磁控管跳火，以至损坏。
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4．脉冲波形
• 这里指的是发射脉冲的波形，即发射脉冲的 包络形状。 • 波形越接近矩形越好。在相同的脉冲宽度下， 越接近矩形，能量越大，作用距离越远； • 前后沿越陡，测距精度和距离分辨力越高； • 矩形脉冲顶部越平坦，脉冲持续期中的发射 功率和频率越稳定。
5．发射脉冲频谱
• 发射脉冲频谱就是组成射频脉冲信号的所有频 率成分的能量分布。矩形射频脉冲的理想频谱 如图1—2—5所示。由图可见：大部分发射能 量集中在f。±1／ τ 的频带内。为保持原来 的脉冲波形，接收机通频带宽度至少不能小于 2／τ 。对发射脉冲频谱通常要求谱线稳定、 对称；旁瓣的最大值不大于主瓣最大值的25％。
2．调制器
• 调制器的作用: • 是在预调制脉冲或触发脉冲的作用下产 生一个具有一定宽度、一定幅度(约1万 伏特)的负极性高压矩形脉冲(调制脉冲) 加给磁控管的阴极。
3．磁控管振荡器
• 磁控管振荡器是一种被调制大功率超高 频振荡器，它在调制脉冲的控制下产生 宽度与调制脉冲相同的大功率超高频振 荡脉冲(射频脉冲)经波导送天线向外辐射。 触发脉冲及发射机各级波形的时间关系 如图l一2—4所示。
3．磁控管振荡原理
• 1）起振 • 2）能量补充
4．磁控管的检查
• 1)磁控管未通电时 • 可用万用表测灯丝电阻，阻值应为几个 欧姆，再用兆欧表测阳一阴极间绝缘电 阻，阻值应大于200 M 。
2)磁控管通电工作时
• 可用下列方法进行检查： • (1)查磁控管电流 • 这是常用的方法。各量程段的电流值应 分别在相应的规定范围内。如电流为零， 说明磁控管不工作，无发射； • 如电流偏大或偏小，说明高压偏高或偏 低，或磁控管已衰老；如电流表指针抖 动或很大(满刻度)，表示磁控管内部有打 火现象。
2．磁控管电流的调整
• 雷达发射后，检查各种脉宽(相应量程段) 时的磁控管电流是否符合说明书要求。 如不符合．则改变高压变压器初级输入 端抽头位置，使电流符合要求。
六、发射机状态判断
• 发射机正常与否，实际上只要判断磁控 管工作是否正常。 • 两种方法，一是查磁控管电流；二是用 氖灯在收发机波导口检查是否发亮。
5)要注意保护磁场。存放时离开铁磁体至少10 cm，两个磁控管间至少离开20 cm。严禁敲打、 震动。 6)要保证负载匹配。要防止波导或天线内积水 或有污物堵塞或断裂、变形或连接不良等现 象发生，否则，会使输出功率、频率发生变 化，使磁控管内发生打火，甚至损坏。
• 7)新管或长期保存(超过6个月)未用的管 子，加高压前要先进行“老练”。 • “老练 ”的方法是：先给磁控管加上 灯丝电压半小时以上，然后再加较低的 高压，工作半小时或几小时，再将高压 加到正常值。“老练”的时间视具体情 况而定，应保持在逐渐加大高压的过程 中管内不打火。 • 实践证明，轮流使用备品管，可延长 管子使用寿命。
四、脉冲调制器
• 1．作用与要求 • 脉冲调制器(Modulator)的作用如本节“一”中所述。 • 由于调制脉冲的形状直接决定了磁控管振荡器工作 的好坏，如前所述，调制脉冲的波形也要求前后沿要 陡，平顶波动要小。 • 2．组成及原理 • 磁控管需要的高压调制脉冲的脉冲功率很大，而平均 功率却很小。脉冲调制器是产生这种高压调制脉冲的 装置，一般由“储能元件”、“限流元件”、“调制 开关” • 及“储能通路”元件组成，如图l一2—10所示。
• 在脉冲休止期内(预调制脉冲未到时)，调 制开关断开，特高压电源通过限流元件、 储能通路元件缓慢地向储能元件充电。 在脉冲持续期(预调制脉冲作用期问)，调 制开关接通，储能元件通过调制开关向 负载(磁控管)放电形成调制脉冲。
3．分类及特点
• 根据所用开关元件的不同，调制器可分为刚性调制 器、软调制器、磁调制器及可控硅调制器。 • 后两者称为固态调制器 。 • 不同的调制器，所用的限流元件、储能元件也不同。 刚性调制器常用电容作储能元件，软调制器和可控 硅调制器常用仿真线作储能元件，磁调制器常用电 容或仿真线作储能元件。 • 磁调制器及可控硅调制器不需要预调制器。
(2)用氖灯检查
• 用此法检查时，要先关掉高压，拆开收 发机口波导接头并把波导从收发机口完 全移开(不能半遮半开)，然后将氖灯放在 收发机波导出口处，再开高压。氖灯一 般应在离波导口10 cm～15 cm 发亮。如 不亮，说明磁控管未工作。
• 用此法时应特别注意两点： • ①开高压时切勿用睛眼直视波导口， 以防大功率射频脉冲损伤眼睛； • ②试后立即关高压，以免损伤磁控管。