《雷达发射机》PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
特点：分布电容储能，恒流充、放电
调制阳极脉冲调制器工作过程
• 调制阳极脉冲调制器
– 恢复期 V1 V2栅极无脉冲， V1 V2截止，
C0负偏压
– 脉冲前沿到来 V1导通， V2截止，
E经过V1 对C0恒流充电
脉冲上升时间：
tc
EC0 IC
– 脉冲后沿到来 V1导通截止， V2导通，
C0 经过V2 恒流放电
脉冲下升时间：
td
EC0 ID
调制阳极脉冲调制器波形
ug1
ig1
t
t
t
ig 2
ua
t
t
软性开关脉冲调制器
• 特点：人工长线PFN储能，当负载匹配时，能够在负载上得到近似的矩形 脉冲。
人工长线PFN
– 等效电容 – 特性阻抗 C0 nC – 充电电压最大ZC 值 L C2E
软性开关脉冲调制器
• 线路
主振放大式发射机
锁相振荡器
Baidu Nhomakorabea
功率放大器
输出功率放大器
基准振荡器
脉冲调制器
脉冲调制器
分频器
• 组成
– 基准振荡器保证频率、重频、脉宽， – 锁相振荡器提供相位（稳定性、一致性很高） – 放大链：固态+行波管放大链，固态+行波管+速调
管(前向波管)放大链等
主振放大式发射机
• 特点 – 优点：频率稳定、准确，相位稳定，能够复杂调制 – 缺点：复杂，昂贵，效率较低
C
脉冲调制器的组成
充电元件
储能元件
直流电源
调制开关
耦合元件
射频负载
脉冲调制器组成
• 直流电源：提供充足、稳定的直流能量，满足工作 要求（高压、大电流）
• 充电元件：将直流能量及时传递给储能元件（R,L,D） • 储能元件：在开关截止时保存充电能量，在开关导
通时释放保存的能量（C或PFN） • 调制开关：
软性开关脉冲调制器
• 匹配放电
当
匹配放电
• 脉负冲载周上期Z的：L脉冲Z宽C度：
n LC
Tr LchC0
脉冲调制器的比较
• 刚性开关调制器
– 对脉冲宽度和重复频率有很大的适应性，并且 有良好的输出脉冲波形，
– 结构比较复杂，效率较低
• 软件开关脉冲调制器
– 效率高，结构比较简单，采用截尾技术等可大 大增强对负载阻抗的适应能力
预警雷达
搜索雷达
监视雷达
火控雷达
发射机的质量指标
• 输出功率
– 脉冲功率： Pt – 平均功率：Pav Pt D, D Tr
发射机的质量指标
• 总效率 • 信号形式
Pav Pi
– 振幅调制：脉冲、连续波
– 载频调制：单载频，频率捷变，线性调频，频率分集，频率 编码
– 相位调制：随机相位，稳定相位，相位编码
• 主振放大式发射机：小功率稳定振荡，小功率调频、相，大功率调幅
单级振荡式发射机
定时信号
脉冲调制器
振荡器
• 组成
– 定时信号保证周期 – 调制器保证脉宽 – 振荡器提供频率和相位（稳定性、一致性较差）
单级振荡式发射机
• 波形 定时信号 调制脉冲 射频振荡
单级振荡式发射机
• 特点 – 优点：简单，低廉，高效 – 缺点：频率不稳，相位随机，不能复杂调制
发射机的质量指标
发射机的质量指标
简单脉冲
线形调频
发射机的质量指标
• 信号稳定度或频谱纯度 – 周期性不稳： 杂散电平：
– 随机性不稳：
相位噪声：
dc 10 lg Pm Pc
L fm 10 lgP f0 fm , B P f0 B
发射机的分类
• 单级振荡式发射机：直接产生大功率微波振荡输出（幅、频、相调制 一次完成）
– 脉冲波形不如前者的好，而且由于放电管恢复 时间的限制不宜用在脉冲间隔短（小于100微秒） 的场合。
固态发射机
固态发射机由 几十个甚至上 千个固态发射 模块构成。
YLC-2雷达 • 采用相控阵 • 全固态 • 全相参 • 频率分集 • 脉冲压缩体制
固态发射机的发展概况和特点
• 发展 – MMIC – 优化设计
雷达发射机
主要内容
• 发射机的任务和分类 • 单级振荡式发射机 • 主振放大式发射机 • 发射机的性能指标 • 脉冲调制器
发射机的任务
在特定的时间、以特定的频率 和相位产生大功率电磁波
发射机的质量指标
• 工作频率或波段
1GHz以下 微波3、4极管 1~18GHz 磁控管，行波管，速调
管，返波管等 18GHz以上 行波管，回旋管等
• 应用场合 – 频率稳定度要求高 – 发射相位相参 – 捷变频雷达 – 产生复杂波形
微波器件
磁控管 磁控管 （美） （英）
速调管 速调管40MW （日） （中科院2005）
微波器件
行波管 （toshiba）
福雷斯特的真空 三极管
真空三极管
真空三极管
C G极有正电压时，电子从 K射频输出 发出到达C，管子导通
G
F K
磁控管
A
在K A极之间有额定高压
电场时， 从 K射频输出
发出的电子经过谐振腔
到达A，形成高频振荡，
通过探针，腔内的高频
能量耦合输出。腔体尺
寸决定振荡频率，高压
F
电场消失时，振荡停止。
K
行波管
G A 输入 K F
输出
K C间电场决定电子流方向，K G 间电场用于电子流聚束，KA间
电场用于电子加速，电子流经 慢波线进行能量交换。
• 特点：电压低，寿命长，尺寸小，重量轻，价格低
固态发射机
• 固态高功率放大器模块
改进材料（砷化镓）提高 功率容限，依靠功率合成 提高输出功率。
• 微波单片集成（MMIC）收发模块
固态功率放大模块
固态发射机应用
• 相控阵雷达 • 全固态高可靠性雷达 • 连续波体制对空监视雷达
THE END
• 某放大链末级速调管采用调制阳极脉冲调制器，已知 E0=120KV，Eg=70V，C0=100pF，充放电电流I=80A，试
画出a,b,c三点的电压波形及电容C0的充电电流ic波形与
时间关系图。若重频为600Hz，求G1、G2的平均功率 和调制脉冲的上升时间、下降时间。
习题
• 2-1.某雷达发射机峰值功率为800KW，矩形脉冲宽度为3s，脉冲重复频率为 1000Hz，求该发射机的平均功率和工作比
• 2-2. 在什么情况下选用主振放大式发射机？在什么情况下选用单级振荡式发 射机？
– 刚性 在输入脉冲的作用下，脉冲期间导通，间歇期间截 止
– 软性 在输入触发的作用下，导通释放能量，放尽后自然 截止
• 耦合元件：将高压、大电流脉冲作用到射频负载上
刚性开关脉冲调制器
• 调制阴极脉冲调制器：调制信号调制射频发射 器的阴极
– 并联式 – 串联式
• 调制阳极脉冲调制器：调制信号调制射频发射 器的阳极
并联式阴极脉冲调制器
• 并联式调制阴极 脉冲调制器
– 恢复期 V1栅极无脉冲， V1截止，E对C充 电
– 工作期 V1栅极有 脉冲， V1导通， C对负载放电
脉冲变压耦合阴极脉冲调制器
串联式调制阴极脉冲调制器
串联式阴极脉冲 调制器 特点： 充电电容 为内阻，开关浮 动在高压上。
调制阳极脉冲调制器
调制阳极脉冲调制器工作过程
• 调制阳极脉冲调制器
– 恢复期 V1 V2栅极无脉冲， V1 V2截止，
C0负偏压
– 脉冲前沿到来 V1导通， V2截止，
E经过V1 对C0恒流充电
脉冲上升时间：
tc
EC0 IC
– 脉冲后沿到来 V1导通截止， V2导通，
C0 经过V2 恒流放电
脉冲下升时间：
td
EC0 ID
调制阳极脉冲调制器波形
ug1
ig1
t
t
t
ig 2
ua
t
t
软性开关脉冲调制器
• 特点：人工长线PFN储能，当负载匹配时，能够在负载上得到近似的矩形 脉冲。
人工长线PFN
– 等效电容 – 特性阻抗 C0 nC – 充电电压最大ZC 值 L C2E
软性开关脉冲调制器
• 线路
主振放大式发射机
锁相振荡器
Baidu Nhomakorabea
功率放大器
输出功率放大器
基准振荡器
脉冲调制器
脉冲调制器
分频器
• 组成
– 基准振荡器保证频率、重频、脉宽， – 锁相振荡器提供相位（稳定性、一致性很高） – 放大链：固态+行波管放大链，固态+行波管+速调
管(前向波管)放大链等
主振放大式发射机
• 特点 – 优点：频率稳定、准确，相位稳定，能够复杂调制 – 缺点：复杂，昂贵，效率较低
C
脉冲调制器的组成
充电元件
储能元件
直流电源
调制开关
耦合元件
射频负载
脉冲调制器组成
• 直流电源：提供充足、稳定的直流能量，满足工作 要求（高压、大电流）
• 充电元件：将直流能量及时传递给储能元件（R,L,D） • 储能元件：在开关截止时保存充电能量，在开关导
通时释放保存的能量（C或PFN） • 调制开关：
软性开关脉冲调制器
• 匹配放电
当
匹配放电
• 脉负冲载周上期Z的：L脉冲Z宽C度：
n LC
Tr LchC0
脉冲调制器的比较
• 刚性开关调制器
– 对脉冲宽度和重复频率有很大的适应性，并且 有良好的输出脉冲波形，
– 结构比较复杂，效率较低
• 软件开关脉冲调制器
– 效率高，结构比较简单，采用截尾技术等可大 大增强对负载阻抗的适应能力
预警雷达
搜索雷达
监视雷达
火控雷达
发射机的质量指标
• 输出功率
– 脉冲功率： Pt – 平均功率：Pav Pt D, D Tr
发射机的质量指标
• 总效率 • 信号形式
Pav Pi
– 振幅调制：脉冲、连续波
– 载频调制：单载频，频率捷变，线性调频，频率分集，频率 编码
– 相位调制：随机相位，稳定相位，相位编码
• 主振放大式发射机：小功率稳定振荡，小功率调频、相，大功率调幅
单级振荡式发射机
定时信号
脉冲调制器
振荡器
• 组成
– 定时信号保证周期 – 调制器保证脉宽 – 振荡器提供频率和相位（稳定性、一致性较差）
单级振荡式发射机
• 波形 定时信号 调制脉冲 射频振荡
单级振荡式发射机
• 特点 – 优点：简单，低廉，高效 – 缺点：频率不稳，相位随机，不能复杂调制
发射机的质量指标
发射机的质量指标
简单脉冲
线形调频
发射机的质量指标
• 信号稳定度或频谱纯度 – 周期性不稳： 杂散电平：
– 随机性不稳：
相位噪声：
dc 10 lg Pm Pc
L fm 10 lgP f0 fm , B P f0 B
发射机的分类
• 单级振荡式发射机：直接产生大功率微波振荡输出（幅、频、相调制 一次完成）
– 脉冲波形不如前者的好，而且由于放电管恢复 时间的限制不宜用在脉冲间隔短（小于100微秒） 的场合。
固态发射机
固态发射机由 几十个甚至上 千个固态发射 模块构成。
YLC-2雷达 • 采用相控阵 • 全固态 • 全相参 • 频率分集 • 脉冲压缩体制
固态发射机的发展概况和特点
• 发展 – MMIC – 优化设计
雷达发射机
主要内容
• 发射机的任务和分类 • 单级振荡式发射机 • 主振放大式发射机 • 发射机的性能指标 • 脉冲调制器
发射机的任务
在特定的时间、以特定的频率 和相位产生大功率电磁波
发射机的质量指标
• 工作频率或波段
1GHz以下 微波3、4极管 1~18GHz 磁控管，行波管，速调
管，返波管等 18GHz以上 行波管，回旋管等
• 应用场合 – 频率稳定度要求高 – 发射相位相参 – 捷变频雷达 – 产生复杂波形
微波器件
磁控管 磁控管 （美） （英）
速调管 速调管40MW （日） （中科院2005）
微波器件
行波管 （toshiba）
福雷斯特的真空 三极管
真空三极管
真空三极管
C G极有正电压时，电子从 K射频输出 发出到达C，管子导通
G
F K
磁控管
A
在K A极之间有额定高压
电场时， 从 K射频输出
发出的电子经过谐振腔
到达A，形成高频振荡，
通过探针，腔内的高频
能量耦合输出。腔体尺
寸决定振荡频率，高压
F
电场消失时，振荡停止。
K
行波管
G A 输入 K F
输出
K C间电场决定电子流方向，K G 间电场用于电子流聚束，KA间
电场用于电子加速，电子流经 慢波线进行能量交换。
• 特点：电压低，寿命长，尺寸小，重量轻，价格低
固态发射机
• 固态高功率放大器模块
改进材料（砷化镓）提高 功率容限，依靠功率合成 提高输出功率。
• 微波单片集成（MMIC）收发模块
固态功率放大模块
固态发射机应用
• 相控阵雷达 • 全固态高可靠性雷达 • 连续波体制对空监视雷达
THE END
• 某放大链末级速调管采用调制阳极脉冲调制器，已知 E0=120KV，Eg=70V，C0=100pF，充放电电流I=80A，试
画出a,b,c三点的电压波形及电容C0的充电电流ic波形与
时间关系图。若重频为600Hz，求G1、G2的平均功率 和调制脉冲的上升时间、下降时间。
习题
• 2-1.某雷达发射机峰值功率为800KW，矩形脉冲宽度为3s，脉冲重复频率为 1000Hz，求该发射机的平均功率和工作比
• 2-2. 在什么情况下选用主振放大式发射机？在什么情况下选用单级振荡式发 射机？
– 刚性 在输入脉冲的作用下，脉冲期间导通，间歇期间截 止
– 软性 在输入触发的作用下，导通释放能量，放尽后自然 截止
• 耦合元件：将高压、大电流脉冲作用到射频负载上
刚性开关脉冲调制器
• 调制阴极脉冲调制器：调制信号调制射频发射 器的阴极
– 并联式 – 串联式
• 调制阳极脉冲调制器：调制信号调制射频发射 器的阳极
并联式阴极脉冲调制器
• 并联式调制阴极 脉冲调制器
– 恢复期 V1栅极无脉冲， V1截止，E对C充 电
– 工作期 V1栅极有 脉冲， V1导通， C对负载放电
脉冲变压耦合阴极脉冲调制器
串联式调制阴极脉冲调制器
串联式阴极脉冲 调制器 特点： 充电电容 为内阻，开关浮 动在高压上。
调制阳极脉冲调制器