一种新型宽脉冲调制器的设计

摘要：介绍一种宽脉冲调制器，给出了电路设计。关键词：脉冲调制器；发射机；场效应管

引言脉冲调制器是脉冲雷达发射机的重要组成部分，它产生一定宽度和重复频率的脉冲去驱动行波管栅极，用来控制行波管的工作，以产生大功率微波脉冲。一般的雷达发射机，脉冲调制器产生的脉冲宽度为几微妙到几十微秒，采用典型的浮动板调制器电路较易实现，但随着制导技术发展的要求，需要脉冲调制器的脉冲宽度为几毫秒到几十毫秒。此时需要设计一种宽脉冲调制器，本文设计的的调制器能输出宽度不受限制的调制脉冲，可以广泛应用在多种型号的雷达发射机中。

宽脉冲调制器一般调制器是将雷达信号处理机定时器产生的脉冲通过脉冲隔离变压器耦合到高压端的电路后再与行波管栅极相连。当要求输出脉冲的宽度很宽时，脉冲在变压器初次级之间的传递会非常困难，脉冲隔离变压器制作的难度很大以致不可能实现。通常对于宽脉冲的隔离可以采用光耦合的方法，但是采用此方法时对发射机射频输出频谱影响很大[1]。因此该调制器不能采用光耦合的方法来实现脉冲的隔离。本文采用将宽脉冲在低压端进行调制，加一个频率很高的载频，以利于信号在脉冲隔离变压器初次级绕组间的耦合传递，经变压器耦合到高压端后再进行解调。这样可以使脉冲隔离变压器的设计与制作变得简单。该调制器的主要技术参数如下：正偏压 300V负偏压 -350V脉冲宽度 1ms～40ms连续可调重复频率 0～100Hz脉冲前沿 ≤100ns脉冲后沿 ≤100ns宽脉冲调制器的原理框图如图1所示。定时脉冲由定时器给出，分别提供给脉冲调制电路和切尾脉冲形成电路。

图1 宽脉冲调制器的原理框图脉冲调制电路输出与定时脉冲等宽的脉冲串。切尾脉冲形成电路是一个由单稳态触发器构成的电路，利用定时脉冲后沿在宽脉冲结束的时候产生一个窄脉冲信号。两者经放大后加在脉冲隔离变压器初级，脉冲串耦合到高压端后由脉冲解调电路解调后加到高速开启管的栅极，开启管导通，这时行波管栅极电压由-350V迅速跃升至300V，由于脉冲解调电路的存在以及开启管本身的特性，此电压将会持续几十微秒甚至上百微秒的时间，在此过程尚未结束时，脉冲串中的后续脉冲又来到，开启管将持续导通。当此脉冲串结束时，切尾脉冲加到高速切尾管的栅极，切尾管导通，同时该窄脉冲也加到高速开启管栅极的控制电路，使开启管快速截止，这样行波管栅极的电压又从300V迅速降至-350V，行波管停止发射电子束。这就是该调制器的工作过程。图1中的高速开启管和切尾管均为高耐压的功率场效应管。

电路设计脉冲调制电路我们采用555时基电路来设计脉冲调制电路，由555构成的占空比可调的多谐振荡器产生周期远小于定时脉冲的一串脉冲，改变脉冲串中脉冲的占空比可以让脉冲驱动放大与耦合电路工作在合适的状态。为使脉冲串与定时脉冲等宽，要将定时脉冲加在555振荡器的使能端，再让定时脉冲和555振荡器相与后输出，其电路如图2所示。图3为定时脉冲宽度为2毫秒时输出脉冲串的仿真波形。

图2 基于555的脉冲调制电路

图3 输出脉冲串的仿真波形脉冲驱动放大与耦合电路对于脉冲串及切尾脉冲可以采用如图4的电路来增强脉冲的驱动能力[2]，这样做可以使脉冲变压器的绕制更加简单，同时也增强了信号的抗干扰能力。该电路类似单端正激变换电路，利用了场效应管的电流放大能力。脉冲隔离变压器TX1的初级电流等于V1导通时的漏极电流，这样脉冲隔离变压器TX1的次级具有较强的带负载能力。脉冲隔离变压器TX1要考虑初次级高低压电位隔离，采用窄脉冲传输时变压器匝数要求不高，一般10匝左右即可。为保证耦合波形良好，变压器采用了高B值和高μ值的超微晶磁芯。

图4 脉冲驱动放大与耦合电路脉冲解调电路脉冲解调电路一般采用半波整流电路，产生的检波脉冲使开启管导通，为使开启管在切尾管导通时快速截止，可在开启管的栅极和源极之间接一个开关三极管，利用切尾脉冲使开关三极管导通，加速开启管的截止。而切尾管可直接利用切尾脉冲来驱动工作。最终可在行波管栅极得到符合工作要求的调制脉冲。

结语通过实验证明，该调制器的设计是可行的，该调制器工作稳定可靠，具有较强的抗高压打火能力，即将应用于某型雷达发射机。

参考文献：1. 陈汉兴，一种新型高性能固态浮动板调制器，电子工程师，2003，29(11)：19-202. 张占松、蔡宣三，开关电源的原理与设计，电子工业出版社，2004

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