经典雷达资料-第4章发射机


    第 4 章 发 射 机
    T A Weil
    41 引言
    发射机脉雷达系统组成部分
    图 41 示出典型脉雷达系统框图方框中公媒体般标注天线显示
    器余部分成 幕英雄媒体重部分雷达系统等重 设
    计角度言样趣
    图 41 典型雷达系统框图
    发射机雷达系统成体积重量设计投入等方面占非常重系
    统电源量维护求部分 通常竖雷达设备间角落里机柜 嗡嗡着
    身挂着高压危险牌子宁愿远离部结构奇特更酿酒厂
    电脑电视章试图解释雷达发射机希读者展示神秘雷达
    发射系统
    功率
    发射机体积重量重成高消耗功率原需产生功率射频输出
    种求雷达系统设计综合考虑
    搜索雷达作距离 4 次方均射频功率天线孔径面积(确定天线增益) 扫描需
    覆盖立体角时间(限制方收集信号提高信噪积累信号时间长短)
    成正
    TAPR4
    (41)
    探测距离功率 4 次方根变化输出发射功率密度返回目标回波量密
    度距离方衰减 提高发射机功率方法增雷达作距离需付出代价:第 4 章 发 射 机 2 1212
    功率需提高 16 倍探测距离增加倍反降低距离求显著减少系统成
    功率孔径积衡量雷达性基参数参数重第阶段限制战
    略武器条约中专门提作限制反弹道导弹( ABM )雷达性基础
    接收机灵敏度未式( 41)中出现热噪声接收机灵敏度明确限制
    简单距离方程中默认接收机总工作高灵敏度状态
    均发射功率仅仅雷达距离方程中子成高求
    高功率?减功率增加天线孔径扫描时间办法补偿否较办法?回答
    天线孔径增加成增加更快天线重量结构复杂程度尺寸误差
    底座求着天线孔径增加迅速增加公式中子——扫描时间确定
    系统工作求决定 例 4 s 观测次 100mile 飞机 便时发现目标航线
    改变扫描时间般变(许解释什讨雷达功率孔径
    积功率孔径扫描时间积 )
    雷达系统中部巨 昂贵天线配接功率 便宜发射机显然合情理
    反然弱部分加倍巨部分减半显著减系统成
    系统总成化求合理衡两子系统成结果复杂雷达系
    统系统设计师总求发射机功率
    系统设计基存远距离干扰 (Standoff jammer )(非仅仅存热噪声)
    距离覆盖求时会导致样结果
    探测携带卫干扰机目标距离方程变
    )()(2
    jjrr APAPR (42)
    式中 Pr Ar 雷达发射功率孔径 Pj Aj 干扰机功率孔径 结前述十分相
    似:功率天线孔径然决定性子均衡系统设计次引出发射机功率
    争辩结 前端瓦特数算数 期获佳雷达工作性半意味
    着天线尺寸发射功率二者推忍受极限
    迫发射机获功率设计导致研制时间开发费出现问题风
    险种情况采新型射频发射时尤突出例 ANFPN — 10 L 波段雷达研制计划
    迫中断供应商未磁控占空系数范围足够稳定部真空腔
    外部真空腔功率速调第二子(备份)合履行前弹道导弹早期预警
    系统( BMEWS )研制面样危险 [1] 成功射频开发工作
    火率界 冷设计 (导致性问题) 份维护勤费问题户愉快
    等素终止
    迫射频开发超出(意超)前技术水面风险特期达
    功率超单力时射频发射进行功率合成想法变十分吸引力原
    种面 (45 节)讨十分实方法 单固态射频器件单真空相
    承受功率功率合成易实现性高固态发射机实化原
    疑射频组合获需功率电增加发射机复杂程度
    方面组合量射频器件(固态发射机中常样做)会带第 5 章中讨障
    软化性高优点雷 达 手 册2 1222
    采脉方式
    果广播电台样连续波发射方式简化雷达发射机降低成产生
    功率射频脉导致非常高工作电压(直流射频)问题量存储问题功率开关器
    件问题射频器件 C 类放器(真空固态器件)脉动( Selfpulsing )工作方
    式仅射频驱动时吸收电流数微波需采类型调制器( 48 节)
    致浪费功率脉间接收期间产生噪声
    采脉方式工作基户说话时难听声音(会议中
    解点) 雷达系统中 果发射机连续处导通状态 发射机连续发射信
    号试图接收远距离目标微弱回波接收机干扰难解决问题连续波雷达
    分立发射接收天线隔离收发信号天线分开足够距离发射机接收机
    泄漏低接收机噪声电时 (例两天线装车辆) 采馈通消
    (Feedthrough nulling )技术接收机输入端负反馈抵消发射载波方法减发射泄
    漏信号接收机影响载波附存载目标普勒信息信号反馈回路选择性
    求较高便仅仅消载波连续波雷达灵敏度基限制泄漏接收机
    发射机噪声边带(发射稳定引起)设置极限低该极限动目标信号
    发现连续波雷达探测力受素限制
    纯连续波雷达普勒频偏发现运动目标距离信息般解决问题方
    法采 FMCW (调频 连续波)系统发射扫频信号(通常时间线性变化) 接收
    信号进行适处理提取距离普勒信息 [2] 回波
    频率确定发射信号长时间前发射确定目标距
    离种雷达基限制远距离目标信号混杂
    距离强杂波中需极杂波消会受
    发射机稳定限制 (产生噪声副瓣) 强距杂波等
    效更发射机泄漏信号进入接收机
    脉雷达系统中距远距信号时间返
    回灵敏度时间控制( STC)调整接收机灵敏度
    注意时接收距离信号高重复频率脉
    普勒系统存连续波雷达样问题远程脉雷
    达系统极少连续脉普勒波形宽模糊普
    勒覆盖数优点称做脉组( Burst)方式折中波形
    获发射限组高重复频率脉脉组持续时间足够
    短避免远距回波距杂波回波发生竞争
    连续波雷达缺点需两天线全部
    孔径区域组合天线发射接收相实际
    距离方程参数 3 dB 损失脉雷达正全部孔径
    部天线通收发开关发射机接收机
    天线 [2] 图 42 示
    气体放电收发开关(图 42(a)示)实际
    图 42 收发开关:
    ( a)气体放电收发开关
    ( b)铁氧体环流器收发开关第 4 章 发 射 机 2 1232
    段充低击穿电压气体传输线发射功率信号充气收发启辉发
    射信号引天线 收发发射脉快速恢复 (消电离)便允许天线信号导接收
    机图中限幅器防止发射期间通收发泄漏功率损坏接收机限幅器防止
    接收邻雷达发射信号信号强度足收发启辉足够损坏接收机
    铁氧体收发开关(图 42(b)示)铁氧体环流器 [3] 代收发发射功率送
    天线天线接收信号传接收机种器件发射期间天线电压驻波
    (VSWR )导致反射功率直接送入接收机然需收发限幅器便发射
    期间保护接收机
    种情况脉雷达系统中收发开关达收发副天线目
    42 磁控发射机
    历史第二次世界战期间磁控发明脉雷达实早期雷达系统确实
    围绕着磁控实现功制造 例 5J26搜索雷达超 40 年工作 L
    波段 1250~1350 MHz 范围机械调谐脉宽度 1 s重复频率秒 1000 脉
    (pps) 2 s 500pps 时典型峰值功率 500kW 种情况 占空均 0001
    提供 500W 均射频功率 40效率磁控典型值 1~2 s 脉宽度提供 150~
    300 m 距离分辨力磁控方便 简单振荡机械空腔谐振频率
    宽脉宽度窄信号带宽相易出现接受频率稳定性问题
    磁控发射机文献中详细描述 [2] 容易提供高峰值功率体积简
    单便宜脉磁控变化范围 1in 31kW 峰值功率信标磁控数兆瓦峰值功率
    数千瓦均功率制造高达 25 kW 连续波磁控工业加热商航海
    雷达磁控
    磁控发射机广泛动目标显示( MTI )工作典型情况 30~40 dB 杂波
    消 起 磁控 MTI 工作居然足够稳定性 果考虑脉间激磁控
    频率变化必须 000002脉磁控开始振荡时 起始射频相位意
    必须锁相相参振荡器 [4] 等效器件(测量发射相位接收信号处理时校正) 高压电
    源( HVPS)脉调制器必须磁控提供非常稳定(重复)脉保证影响 MTI
    性环境震动引起磁控频率颤噪调制定条件限制素
    动频率控制( AFC )电路般磁控受环境温度变化加热引起频率慢漂移时
    保持接收机调谐发射机调谐机构精度限制范围动频率控制磁控
    够保持设定频率工作
    局限性
    具种力磁控适种情况
    (1)需频率进行精确控制求精度考虑齿轮间隙热漂移频推频牵
    等素超磁控调谐达程度
    (2)需精确频率跳变脉间脉组频率跳变
    (3)需极高频率稳定度 磁控稳定性适输出宽脉( 100 s)起始抖动雷 达 手 册2 1242
    限制极窄脉中应( 01 s)弱点功率时低频段尤突出
    (4)需脉间相参进行二次跨周期杂波消注入锁相已试需较功
    率没吸引力样磁控功率输出进行合成诱
    (5)求编码成形脉磁控仅仅分贝脉成形范围频率推移效
    应期处
    (6)求低杂散功率电磁控提供纯净频谱信号带
    宽宽带宽产生相观电磁干扰( EMI )(轴线磁控稍)
    磁控特性
    磁控适场合工作特性早期较相改善
    调谐器
    功率磁控机械调谐范围般频率 5~10某情况达 25
    旋转调谐
    1960 年左右研制出旋转调谐(旋调谐)磁控 [5][6] 阳极腔体悬挂带槽
    孔盘(图 43 示)旋转时交空腔加感性容性负载升高降低
    频率盘旋转周时频率整带宽回变化次数等围绕阳极腔体数目
    够实现快速调谐 调谐盘轴承支撑真空中(初旋转阳极 X 射线研制)
    通磁耦合外部轴转速 1800 rmin 子 10 腔体带宽秒调
    谐 300 次调制器 PRF 步调谐速率发射频率脉间某规律变化
    变化频率 PRF 调谐速率差 快速改变调制器 PRF 马达转速 规 (伪
    机)频率跳变接收机振初始踪信息调谐盘装轴通常电容性
    部转换器
    图 43 磁控旋转调谐第 4 章 发 射 机 2 1252
    旋转调谐器高成重量外带弊病:旋转盘易冷子
    均功率输出采般调谐磁控保证精确带边调谐调谐周期
    覆盖整调谐范围允许指定带宽外运调谐范围容限带宽承担
    MTI (时调谐停止)时稳定度逊调节方式
    稳频磁控
    普通稳频磁控轴磁控 高 Q 环形腔圆筒中阳极翼片紧密耦
    合图 44 示较高频率 (X 波段)阴阳极反反轴磁控更适 (
    图 45 示)时腔体非常法正常结构摆放阴极阳极
    技术 [5][7][8] 频推频牵 (节面定义 )稳定度提高 3~10 倍射频率时 (X
    K 波段)特重时频推频牵影响典型脉宽占带宽相更显著
    时高 Q 谐振腔尺寸会太 稳频现实办法 脉脉间频率稳定度提高
    MTI 性胜普通磁控 种优点定实现 非脉前抖动噪声
    低类型稳频磁控中特性差异
    图 44 轴磁控(引参考资料 8) 图 45 反轴磁控: (a)简化截面图
    (b)简化结构示意图
    常见问题
    磁控时传统问题然存已更理解加控制
    常见问题
    (1)火特磁控启动时部分脉期间阴阳极间火正常跳
    模熄灭时种现象调制器必须短期允许种现象致跳闸火提供
    正常输出
    (2)跳模模式振荡条件接正常模式电流电难稳定工作
    希模式起动求磁控阴极电压升率处子起动时间邻模程度决定雷 达 手 册2 1262
    范围 升快会导致起动失败 起动时间约等 4QL f0 (中 QL 载 Q 值)
    功率低频率磁控工作窄脉困难低效技术尖峰滑电
    路通常简单串联 RC 网络降低调制脉升速率二极联 RC 网络
    减缓电压升速率部分 (脉弯曲电路 ) [9] 调制器脉电压前升太慢 (
    降太慢)激起低电流模式(果子具备模式话) [10]
    (3)噪声环脉反电压正继脉加磁控产生干
    扰距目标信号足够噪声采噪声环术语种噪声发射
    脉恒定延迟面位置指示器产生环正常脉电压降陡峭
    时会产生类似问题 [11]
    (4)寄生射频输出需输出功率外磁控产生相寄生噪声种类
    数量表 42 中列出正交场放相似 43 节 44 节中讨 磁控谐振特
    性抑制远离工作频率噪声谐波例外
    (5)阴极引脚射频泄漏 S 波段子般阴极引脚泄漏出显著 VHF UHF
    量基波谐波种效应磁控较差异引线安排灯丝电
    压磁场等素变化消种泄漏时成功外
    量进行收集吸收容许少量泄漏
    (6)漂移磁控振荡频率根腔体材料温度系数环境温度(冷水冷空气
    温度)变预热期间显著变化甚连续运行时改变调谐器位置改
    变腔体调谐器热状态会引起漂移某情况需做温度补偿设计
    (7)频推磁控频率着阳极电流变化数值称频推系数 [10]应适设计调
    制器脉间脉频率变化限制系统求范围
    (8)频牵磁控频率失配负载相位变化数值称频牵系数 [10] 铁氧体隔离
    器采代雷达发射机中频牵已问题样长线效应 [12] 已问题
    隔离器容易磁控失配降低足够程度保证致引起振荡频率跳变
    (9)寿命 然某磁控寿命限许磁控短寿验操作造成
    通改进操作程序工作员培训 磁控均寿命惊增加 (参见 44
    节) [13][14]
    (10)调谐器寿命考虑子成尺寸调谐机构波纹限疲劳寿命
    限制子寿命外调谐机构应合适齿轮轴承设计免影响子寿命尤
    齿隙种限制素
    43 放链发射机
    磁控局限性终促雷达功更强更复杂放链发射机根
    低电获需精度发射信号 放需峰值功率电 图 1544 图 1545
    示磁控放链发射机系统框图区仅仅两箭头方功率
    射频源振荡器放器变化实现放链发射机硬件需求巨差异放链
    发射机包括级射频放器级身电源调制器控制器级必须足够稳
    定满足 MTI 性求(参见第 15 章)第 4 章 发 射 机 2 1272
    振荡放
    放链发射系统容易做脉间全相参脉振荡系统(通常磁控)提
    供特性:脉编码频率捷变合成阵列化代价复杂系统高昂价格采振
    荡型发射机放型发射机设计雷达系统时需首先进行基选择面介绍进行
    种选择考虑素
    载波频率精度稳定度
    振荡型发射机中振荡频率射频功率决定独立功率稳定振荡器提
    供振荡频率受子预热漂移温度漂移频推频牵调谐器齿隙校准误
    差等素影响放链发射机中频率精度基等低电稳定晶体()振荡器
    精度放链工作频率通电子开关振荡器中迅速切换切换速度远快
    机械调谐速度
    相参性
    放链系统够高精度产生振信号相参(相参中频振荡器)信号振荡型发射
    机需手动调谐频控系统振调谐正确频率振荡型发射机相相参振
    成意起始相位情况起动脉必须提供相参锁定放链系统中相参锁
    定存信号产生程中放型发射机脉序列保持相位相参性二次跨周期杂
    波消振荡型系统中种杂波振荡机起动相位进行噪声调制放链
    提供全相参性种情况脉重复频率中频射频全锁定脉重复频
    率谐波处中频普勒频带外时需样做
    稳定度
    46节 1511 节讨脉振荡器系统脉放链存种类稳定度
    振荡型系统 脉间频率稳定度取决高压电源纹波 脉频率变化取决调制波形顶
    降振铃表 154 中列出稳定度允许限度果脉宽度相参振荡器锁定基发射
    频率效均值 极限放宽 放链系统 脉间相位稳定度高压电源纹波决定
    脉相位变化取决调制器波形顶降振铃允许限度列表 154
    实现种趣折中:果放链锁定相参放链脉间相位变化明
    显(二次跨周期杂波外) 现脉振荡动目标指示雷达系统加正交场功率
    放器时 种技术特适 需简单改变射频取样点锁定现相参振荡器
    求加正交场放严格脉间相位稳定度
    数字锁相相参电路运发射机相位脉进行测试信号处理系统
    中接收信号提供适补偿锁相相参样种技术二次跨周期目标效
    放链:特殊考虑
    运放链通常相参性频率捷变种方法增加系统复杂性面介绍
    放链引起某复杂问题雷 达 手 册2 1282
    定时
    调制器升时间放级触发器必须分调节实现恰步
    致浪费电子注量 44 节指出样正交场放链中应考虑必需射
    频激励重叠引起脉宽压缩
    隔离
    放链中间级必须适负载匹配级电压驻波( VSWR )
    输入典型宽带速调级反功率反射正交场放中样
    种反功率正交场放输出端失配引起 正交场放低损耗结构返回 例
    具 15 1 电压驻波负载反射 14 dB 功率某频率种反射功率
    反射功率复合回馈正交场放输入端功率电仅满功率输出低 8dB
    正交场放仅 10 dB 增益反功率达里射频输入功率 2 dB然
    会干扰正交场放正常运转求正交场放输入端放置 16 dB 隔
    离器便前级电压驻波降低 15 1
    匹配
    放链中射频振荡更需考虑匹配目前已良隔离器果
    保证子良匹配 ( 11 1)改进放额定力 外正交场放
    行波求规定工作频带宽范围控制匹配确保放保持稳定
    信噪
    单放噪声功率输出较子连接成链时输出信噪
    中差级特输入级必须仔细检查否具足够噪声系
    数否妨碍整放链达满意信噪 例 05mW 射频信号输入 35 dB
    噪声系数低电行波 1 MHz 带宽限制放链信噪 74 dB 常规正交场
    噪声电线性注 1 MHz 带宽时典型信噪值 55 dB低噪声正交
    场达 70 dB 更(参见 44 节)

    级线性注放链中 级子工作部分赖前级工作状况 特
    前级容许坦度条件功率坦度指标(频段变功率输出)需精确
    规定级坦度 例 子饱增益频段常数 恒定射频输入时
    频段功率输出会发生相变化饱增益通改变频点激励直发现该
    频点输出功率测饱增益该点输出射频功率输入射频功率值非
    饱功率输出频段常数否频段恒定射频激励时饱增益功率坦度关系
    坦信号增益表示信号条件功率坦度般规定子
    测试确保系统中正常工作包括足够射频激励容限
    子容限样发射机增益电规划必须包括级间组件损耗容限第 4 章 发 射 机 2 1292
    子容限需做考虑源频率形成网络补偿已知射频特性引起
    坦度偏差
    正交场放链中激励功率害(仅仅馈通加输出端) [15]
    电问题十分简单需保证总足够激励功率
    稳定度预分配
    级放链中级稳定度必须优整发射机指标求级
    影响相加根稳定度特性源机直接相加某种特定条件
    相减通常必发射机稳定度求分解较数值根难易程度预先分配
    级稳定度预分配通常脉间变化脉变化时相位线性度求频率跳变
    单级般级间预分配
    射频泄漏
    屏蔽室特定场中 典型放链发射频率具 90 dB 增益防止放链激
    放链输出端泄漏输入端信号必须 90 dB 衰减更严格求相
    该点信号电泄漏放链输入级射频信号必须低 MTI 纯度期水泄
    漏路径风扇叶片机柜振动等调制泄漏反馈会影响脉压缩副瓣电
    MTI 脉压缩期典型纯度电 50 dB导致放链输出输入端隔离求达
    140 dB典型波导铰链轴线连接件泄漏电- 60 dB达 140 dB 隔离度
    困难 影响放链射频泄漏问题线性注收集极密封正交场阴极座 成
    功放链设计需意识仔细控制射频泄漏

    发射机放链复杂结构常常性难达求指标般采备份单级备
    份整放链解决问题必须开关转换组合仔细分析限制必否
    障监控动开关转换复杂性造价快会超出限度 接受性合理设计
    求种序列备份发射链转换开关进行综合折中考虑种系统性计算已超
    出书讨范围
    射频放器
    成功放链发射机设计赖 否合适射频放器件 开发行性
    固态发射机第 5 章讨节段落限讨雷达系统中射频真空
    44 射频放
    直 20 世纪 70 年代中期雷达发射机采种种真空产生微波功率前
    述早期发射机磁控放链系统发展等合适功率脉放
    开发开发种子成功种类速调行波正交场三极四
    极 [2] 低 600 MHz 雷达中应雷 达 手 册2 1302
    速调行波称线性电子注加速电子注直流电场聚焦约束电子
    注磁场轴线指相相交叉场放磁控正交场中电场磁
    场互成直角
    量参考资料描述射频放原理工作程 [2] ~ [4][16] ~[18] 节限
    系统角度讨雷达发射机中微波放选取
    正交场放器
    高效率 尺寸低电压运特性 正交场放 UHF~K 波段车载机载雷达
    发射机应中具特吸引力增益较低正交场放器放链中功率
    高级两级中提供优线性电子注效率工作电压尺寸重量正交场输出
    级前级通常采中功率行波提供放链部分增益正交场放
    增强现雷达系统输出功率
    占支配位正交场放器重入式分布发射正交场 [4][16] ~ [18]高增益正交场 [19] 直
    1987 年研制成功 低激励功率阴极射频激励带低噪声特性非常吸引

    首先开发应返波正交场放器(泊) [15]返波器件中定峰
    值电流需电压频率成正利线性调制器固恒功率特性工作恒流范围刚
    性调制器满足求恒流开关帮助稳定正交场电流付高压电源( HVPS)
    电容器组压降期发展前波正交场放器工作频段常压工作
    认直流工作仅需控制电极(图 46 示)取代全功率脉调制器
    某正交场放具冷阴极射频激励启动射频激励功率必须时加入
    子阴极电压脉越合适电压前开始吸取电流图 46 示存
    漂移区射频激励子停止工作重入电子然足够量维持阴极二
    次发射子通带边缘振荡产生宽频带噪声直阴极脉终止外旦
    射频激励启动子电子回轰加热阴极脉射频激励未加入热发
    射阴极电流启动产生噪声输出通常射频调制器电压脉套入激励脉
    避免种效应正交场放放链中必须脉宽度减缩留出
    足够余量图 47 示具较宽脉宽度射频激励直通输出脉中会出现
    两台阶
    控制极 [20][21] 通常包含漂移区阴极结构中图 46 示射频激励脉尾端
    控制电极加相阴极正脉电压吸收通漂移区电子样阳极
    高压子停止工作 [22]正交场放关断控制电极子直流运
    取消功率调制器直流条件阴阳极间直加高压电流射频激励起动控
    制极脉熄灭防止子没射频激励时起动阴极必须保持低温防止热发射
    控制极需短中功率脉般阳极电压 13 阳极峰值电流 13直
    流运调制器求降低复杂脉编码运成次加入脉
    时控制极定量损耗隔离电极冷较困难控
    制极发热限制该类脉重复频率第 4 章 发 射 机 2 1312
    图 46 重入式正交场放器漂移区控制电极 图 47 正交场放器射频输出脉台阶
    实际直流工作方式少 [23] 需电容器组限制电压跌落
    (恒流模式开关相反) 需消弧电路 防止直流工作正交场放起弧
    影响(参见 49 节)消弧电路工作中断数秒钟中断单脉时间
    避免子起弧外邻雷达发射强射频信号通天线回送发射机导致直流正
    交场发射机误触发
    未加调制电压时正交场放射频输入端射频输出端间低插入损耗允许较
    方便阶梯式正交场放链输出功率进行编程 [24] 例包含两级正交场放
    级前置行波放链发射机选择调制器加脉电压选择三种输出功率电功
    率编程称做馈通工作( Feedthrough operation)特适合 3D 雷达应允许
    扫描角减少峰值功率保持相均功率
    正交场放低插入损耗允许输出端反射功率通子回送输入端许情况
    输入端反射回功率会超激励功率必须正交场放放链级间加
    适额定值隔离器 [3][25]
    磁控某常见问题正交场中样存详细情况参见磁控常见问题
    (参见 42 节)中讨火跳模噪声环寄生射频输出射频泄漏等
    差射频激励电压升期间出现许(全部)阴极脉调制正交场
    放允许磁控快电压升速率样射频激励已存希模
    式没起动时间延迟 模振荡需限起动时间果电压升快速通
    起动区间 模建立直流运正交场放中阴极电压直保持满
    额定值 模振荡法建立
    速调
    腔速调高增益功率闻名 20 世纪 50 年代带宽 1更
    低腔体进行机械调谐宽频带通常调(调谐旋钮
    电动驱动机构时调谐腔体) 速调增益带宽间进行折中行
    速调参差调谐中频电路复杂 速调频率响应中间增益积全部
    独立腔体响应总积 某调谐组合会产生谐波输出 宽带信号增益雷 达 手 册2 1322
    确保宽带饱增益 强电子注腔体提供负载 速调带宽功率电增
    增 [16]
    现代数字计算机确定调谐腔佳方案成速调带宽迅速增
    固定腔体调谐 3 dB 带宽达 8达 11(Varian VA— 812C)速调带宽
    展宽部分决定电子注导流系数改进更重输出腔设计改进前面
    增益激励输出腔功率 带宽特性决定通腔电子注里吸取出
    量宽带速调里双重调谐三重调谐腔
    体时称长作腔 (Extendedinteraction circuit )[26][27]
    取代单腔长作腔腔体作缝隙
    电子注中取图 48 示种组腔技术推广
    前面腔体中发现组中腔体必相互耦合聚腔
    速调( Clusteredcavity klystron [28])达 20带宽
    复杂性价格高般速调聚腔速调然较
    性相似行波行波速调简单便宜
    行波
    功率螺线形行波带宽占第位
    频率相速基变螺线行波带宽超倍频
    程螺线形行波没功率雷达功率求
    高压电子注电子速度太高难螺线低速射
    频波步 螺线形行波高运 10kV 峰值功率约千瓦功率 需
    类型较高射频速度慢波电路 慢波结构带通特性导致带边振荡 外
    慢波线会时传播前波反波引起返波振荡根线路产生
    振荡原功率行波研制落速调目前然较贵 1963 年
    Varian 公司三叶草形线路研制出兆瓦级脉行波(图 49 示) [29]种三叶草形
    慢波结构重坚实足承受速调相功率
    功率行波慢波结构包括螺线形结构(反绕螺线环杆线路)耦合腔电路(三
    叶草线路)梯形网络( Ladder network )[30] 功率 100kW 环杆线路带宽
    耦合腔电路宽效率高 200 kW 低 200 kW 受均功率限制耦合腔线路
    占优势 [31]
    果采耦合腔电路行波阴极脉调制脉电压升降程中某
    时刻电子注速度射频电路截止频率( 模)步会引起振荡射频输出脉
    前产生特殊振荡形状称兔耳 (图 410 示)少完全抑制种振荡
    种特殊振荡决定电子速度电子速度取决注电压采脉调制阳极
    栅极防止产生 (节面说明) 种情况 保证加高压期间加
    阴极调制脉等高压加约 60~80满值时超引起振荡安全值时加
    调制脉
    图 48 长作腔第 4 章 发 射 机 2 1332
    图 49 三叶草形慢波结构
    图 410 阴极脉调制行波射频输出包络兔耳振荡
    防止输入端输出端反射引起振荡功率行波慢波线中间必须
    连续性切断( Sever)然慢波线分布损耗防止振荡会降低效率
    功率利般达 15~30 dB 增益节子切断切断处已调
    制电子注载运信号继续前进慢波线传播功率耗散切断处负载中样消
    反传输功率切断处负载放外减少射频结构功率耗散
    行波效率低速调保持稳定需负载时整结构部分
    存较高功率提高功率行波效率重手段谓速度渐变 (Velocity
    tapering)运种方法时慢波线节长度进行渐变便换失速电
    子注相适应 速度渐变允许电子注中取出更量 显著改进子功率带宽特性 [31]
    功率行波带边功率输出般显著降额定带宽程度取决整
    系统允许功率跌落
    降压收集极 [16][32] 显著提高行波(速调)效率中等电压收集极节
    佳电压时吸收失电子 通信领域 10 收集极节行波 3 节功
    率行波(图 411 示)现代雷达中典型应降压收集极种电压需求高
    压电源变较复杂幸运收集极电压电子注电压样求严格稳压
    行波速调
    1963 年 Varian 公司研制复合 前面节速调腔体 输出级三叶草行
    波结构时目腔体电子注更效群聚出发企图提高 S 波段宽带行波
    VA — 125 效率结果仅效率略提高腔体调谐灵活性加面宽功率 带
    宽力行波输出腔 带宽方面显著改进 补偿行波输出级边带雷 达 手 册2 1342
    增益跌落 意识边带频率处前面级速调腔增益调高 部分属速调
    部分属行波命名行波速调 [33] VA— 145 中达 14 3 dB 带宽 12
    1 dB 带宽中心频率 41 dB 增益 48效率然数速调复杂昂贵
    聚腔速调外速调相 样功率 行波速调具较宽带

    图 411 降压收集极
    射频选择
    表 41 列出流射频重差影响选素价格带宽噪声控
    制电极增益尺寸电压率(未表中列出)等线性注噪声增益高
    栅控正交场体积重量轻低电压工作价格低时某参数特重设计
    师容忍次利参数常见系统选种方案根费时间
    性特性方面折中解决面表 41 作进步讨
    电压
    电压影响高压电源调制器尺寸价格 X 射线辐射否严重
    增益
    增益程度决定放链需级数 复杂性 (部件数量 控制 障监控第 4 章 发 射 机 2 1352
    维护等)
    表 41 功率脉放 (相频率峰值均功率进行较 )
    线性注 正交场 *
    速调 行波 常规 高增益
    电压 高压( 1MW 约需 90 kV) 低压( 1MW 约需 40 kV )
    增益 30~70 dB 8~15 dB 15~30dB
    带宽 01~8** 10~ 15 10~15
    X 射线 严重铅屏蔽 问题


    基 15~30 35~45
    降压收集极 40~60
    离子泵 型需 消气
    重量 重 轻
    尺寸
    价格 中等 高 中等
    寄生噪声 *** 90 dB 55 dB 70 dB
    寄生模式 (典型 ) 阴极脉调制升降
    模振荡调制阳极栅极调
    制现象
    阴极脉调制升降 模振荡
    子加电射频激励时会产生满功率噪
    声输出
    动态范围 40~80 dB 数分贝
    控制电极 调制阳极栅极 关断电极
    磁场 周期永磁体 S 波段达 1 MW 否螺线
    桶形永磁静电聚焦需
    永磁
    动态 静态阻抗 08 005~02
    相位调制灵敏度 5°~40°( 1Δ E E) 05°~ 3°( 1ΔII )
    * 分布发射重入式环形
    ** 高成聚腔速调带宽达 10~ 15
    *** 1 MHz 带宽
    带宽
    里指子瞬时带宽加调谐情况带宽子带宽必须整机求
    带宽相适应整机带宽必须根已假定子带宽决定
    X 射线辐射
    影响发射机重量需屏蔽保护工作员敏感半导体器件
    效率
    严重影响发射机重量 价格 冷求 输入功率 表中数字包括灯丝
    螺线线包冷系统消耗功率较雷 达 手 册2 1362
    离子泵
    射频中剩余气体影响真空度导致射频直流击穿 VacIon(Varian Associates
    公司商标) 泵保持子真空度 (甚处存储状态时) 指示真空质量
    数正交场需离子泵工作时会行消气
    重量尺寸
    表 41 中较子身重量功率线性注螺线高压线性注发
    射系统重量尺寸远正交场放发射系统
    价格
    表中列仅指子价格参见面控制电极部分评样适研制成单
    元价格
    寄生噪声
    雷达波段日益拥挤断提高接收机灵敏度电磁兼容性求寄生噪声
    成严重问题寄生噪声包含列四方面
    (1)谐波线性注正交场放产生二次谐波功率约 25 dB(相基波输
    出)三次谐波 30 dB谐波频率越高功率越 种子设计改种子
    设计时种参数变化巨线性注正交场间般没太差果谐
    波功率输出问题话性优越功率微波滤波器
    (2)邻带寄生噪声行波正交场放中会产生邻带干扰般出现通带
    百分(前波)通带百分(返波)邻通带阴极脉调制子
    中问题较严重栅极脉调制阳极脉调制行波直流运正交场放中
    避免种干扰果种干扰存非离工作频带太般滤波器滤掉
    (3)带寄生噪声表 41 中列出项整机影响严重般法滤
    带噪声干扰整机影响机动目标指示系统消作影响脉压缩副瓣
    电带噪声限制脉成形频谱改善 (参见 47 节)射频激励源产生 (参
    见 43 节)
    (4)脉间噪声三项脉间噪声脉间认完全截止子脉
    间产生噪声影响较雷达系统中类噪声直接进入接收机制造假
    目标屏蔽真实目标阴极调制脉间子高压非调制脉
    反摆太(引起噪声环参见 42 节)否接收机没干扰工作直流正交场
    放栅极阳极调制线性注脉间子高压电流流
    子会产生严重噪声直流运正交场放冷阴极非加射
    频激励 否没电流 线性注 电子注电流必须截止 保证噪声输出 (
    放输入信号)足够峰值输出功率接收机噪声电间 200 dB 差数
    射频满足脉间噪声求问题严重老式截获栅型线性注阴极电
    流已截止热栅极发射产生残余电子注流第 4 章 发 射 机 2 1372
    寄生模式
    表中列寄生模式常见设计良模式全部抑制设计
    时带边振荡谐波振荡等模式会出现
    动态范围
    47 节中讨动态范围线性度脉成形十分重
    控制电极
    决定需调制器型式影响整机尺寸重量价格复杂程度控制电极免
    全功率阴极脉调制器调制阳极线性注调制阳极 值 1
    控制栅便宜极功率线性注外高 栅行简化调制器
    求会增加子成降低性寿命
    磁场
    少量静电聚焦速调外 [34][35] 磁控正交场速调行波需磁场
    控制电子注路径正交场恒磁铁功率线性注螺线外般
    采周期恒定磁场聚焦( Periodic permanent magnet focusing )螺线会影响发射机尺
    寸重量效率成维护子保护
    动态阻抗
    指外加电压改变时子电流变化率(见表 42)参数意义决定调
    制器类型脉定功率降低参数条件指标影响高压电源电容器组尺寸
    (参见 48 节)
    相位调制灵敏度
    指出发射机设计师该努力保证满足整机相位稳定度求 (参见 46 节)然
    线性注正交场中素差较选择子关键素高压
    电源滤波器尺寸调制器复杂程度影响考虑整机尺寸重量费做出
    折中
    获动目标指示系统需极低波纹电总受固噪声(包括抖动
    起动时间噪声)限制脉压缩系统线性注正交场刚调制器线性
    调制器容易整脉避免环形振荡 [36]
    寿命
    线性注正交场具长寿命(某情况达 40 000 h)性设计
    佳开发缺陷错误处理造成短寿命达长寿命 10 000 h
    更长 求合理选择功率定额 阴极电流密度留余 仔细考虑子发
    射机配合雷 达 手 册2 1382
    射频功率容量
    射频峰值功率容量已提高实际波导击穿成限制素甚
    波导 20 lbin 2 SF6 时导致击穿 20 世纪 60 年代初期雷达系统
    发展趋势运适波形(脉压缩)提高占空系数求需进步增峰值功率
    较均功率许情况单射频产生非常均功率纯铜波
    导需进行水冷系统均功率限制然射频求单具功率力
    风险样会导致开发失败研制成功子
    性观点出发宁功率代功率正 45 节述功
    率雷达系统常常射频
    45 合成阵列
    许情况需射频固态器件获期发射机射频功率输出
    20 世纪 50 年代中期常两更微波获单达总功率输
    出 20 世纪 60 年代射频单元特固态器件提高系统性发
    生兴趣组合障率相单低然器件发生障会降低总功
    率输出 会方式降低工作性 (输出空间合成会增加阵列副瓣) 系统
    设计成适数量器件失效时工作 (称障软化) 关方面计算解决办法请
    参见关性参考文献
    混合合成 (魔 T 合成)
    波导轴线微带线厚膜线( Slabline)中混合合成非常适取两合
    成功率输出器件系统通常级合适混合合成魔 T 合成结构获
    合成损耗考虑采支路威尔金森合成器( Multibranch Wilkinson combiner [36])
    者折反合成器( Replicated combiner [37]) 2 1 合成器选择 T 形合成混合合成
    取决功率电制造难易程度两种合成方法工作原理样果两功率输出
    相等输出恰相位达合成器全部功率(仅少量插入损耗略减少)
    合成器输出臂输出两求越充分满足合成器第四支路(假负载)出
    现功率越公式表示
    cos
    2 21
    21 PPPP输出支路功率 (43)
    cos
    2 21
    21 PPPP第四支路功率 (44)
    式中 两信号达合成器时相相位两输出相相位意改变 90 合
    成器半功率传输出支路 半功率传第四支路 两输出信号相位差
    180 输出支路第四支路作互换 种情况假负载进行测试 相反
    频率范围调节两否效合成需输出支路中取决两相位
    踪说 然两相位延迟频率变化 两必须第四支路允许功率损耗第 4 章 发 射 机 2 1392
    关容差起变化
    更方便规定允许容差图 412 中标示出第四支路功率(浪费功率)
    曲线知相位差振幅差意义例达合成器两信号相相位合成输
    出前相差 32 输出功率降低 10(05 dB )振幅差没严格达合成器两
    信号功率电 21(30dB)合成器输出总功率仅降低 29( 013 dB)
    图 412 第四支路功率组合两间相位振幅差关系
    混合合成器魔 T 合成器做功率分配器 图 413(a)示出两性致子
    联般方法 图 413(b)示出种联法 输出功率仅空间合成器件然
    工作联方式图 413(c)表示联运两完整放链两支路运器件越
    支路间产生相位差越种相位差频率温度器件容差函数合
    成放链难度合成单级应避免做放链组合合成链中够功率 180
    二极铁氧体器件合成器输出支路第四支路间合成输出功率快速切换适
    脉编码脉成形两天线间两阵列面间切换
    相控阵
    射频角度相控阵三种类型
    类型:单接头( Single spigot)
    整相控阵射频功率源馈电采分支分配结构者采种等效光馈系雷 达 手 册2 1402
    统(参见 78 节)功率分配相控阵列单
    元避免两套独立移相器阵列中
    单元响应行列操指令单元两
    指令般合成单相位指令中央
    计算机完成然需指令发送阵列
    中单元合成单元控制芯
    片完成样送阵列指令数减行列
    数目终目阵列中单元需发送
    样 3 数:方位角仰角频率单
    元包括足够智控制芯片根
    阵列中位置计算出合适相位设置值中央
    计算机单元智芯片进行聚焦指
    令错误修正指令计算消单元
    额定相位进行机械微调需求
    求非常高均功率力外电子
    类发射机常类型种类型电子系统
    通常利联子提高性体积
    成问题
    类型二:子阵列( Subarrays)
    组阵列单元(称子阵列)射频功率源功率分配器(分支结构)功
    率分配子阵列单元子阵列功率分配器样子阵列功率移相
    器需单独操作指令子阵列样指令功率移相器(阵列尺寸相
    脉波形带宽足够宽时需真实延时器件)放射频单元前求单独控制
    指令类型求指令少
    类型二类型相求射频功率源组高均功率果系统足够
    子阵列保证更子阵列障时工作降低子阵列射频源
    性求
    类型二射频源提出求面讨类型三求相似子否成问题取决
    子阵列尺寸 子阵列尺寸取决工作频带子阵列单元数 电子系统
    子阵列含佳单元数取决单射频功率取决子数量子功率
    关系真实延时考虑关
    类型三:单元电子
    阵列单元安排射频源波束控制求相移较低功率电末级
    射频放前完成行列控制指令方法灵活采种安排较简单波
    束控制计算机
    类型三般求子均功率求子极高性达
    高系统性相控阵天线辐射副瓣电允许变差程度决定允许时发生障
    图 413 射频放器放链联工作:
    ( a)功分器功合器( b)功分器空
    间合成( c)两放链联工作第 4 章 发 射 机 2 1412
    子数量 [38][39] 子均寿命运行费重影响更换子维
    护需费类型三高维护费求种系统设计应换时关闭系统果射频源
    紧阵列单元结构变十分庞类型三中子物理尺寸十分重
    类型三求通射频源相位延迟功率输出相直保持避免误
    差引起天线辐射副瓣度变坏射频器件身相似特性外尚需保证
    电源电压调制器电压(栅控行波) 磁场(果线包聚焦) 射频激励电
    铁氧体隔离器关参数相放链中讨脉间脉相位稳定度预分配(参
    见 43 节)类似通常需素间进行误差预分配
    46 发射机稳定度求
    脉 MTI 系统
    表 152 中列出动目标显示系统中种稳定素容许值 根表 发射机观点
    出述结 [40]:
    (1)窄脉系统中时间抖动限制较难达
    (2)射频频率宽脉系统中脉振荡型发射机脉间频率稳定度脉频率稳定
    度难满足求
    (3)脉放式发射机求脉间脉相位稳定度射频频率脉宽关
    振荡器放器系统关述已 43 节中介绍
    调制器高压电源影响
    计算调制器波纹容许值脉电压电流变化容许值必须知道阳极电压电流
    致频推 (相位推动) 阳极电流电压高压电源电压变化变化率 阳极电流
    电压致频推(相位推动)称频率(相位)调制灵敏度典型数列表 42
    阳极电流电压高压电源电压变化程度取决射频调制器相动态阻抗 表 42
    列出种组合数值必须指出然正交场器件动态阻抗低般仅静态阻
    抗十分名义匹配线性调制器阻降低电流变化量结果高压电源电
    压 1变化引起电流变化 2预想 10
    表 42 稳定度子
    阻抗 高压电源电压变化 1时电压电流变化
    频率相位调制灵敏度 动态 线性调制器 低阻抗刚调制器 *
    直流工作静态
    磁控
    I
    I
    f
    f
    0030
    ~
    0010 005~01 I2 I 10~20
    稳频稳定磁控
    I
    I
    f
    f
    00050
    ~
    00020 005~01 I2 I 10~20
    返波 CFA 04 ~1 (1 II ) 005~01 I2 I 10~20 雷 达 手 册2 1422
    续表
    阻抗 高压电源电压变化 1时电压电流变化
    频率相位调制灵敏度 动态 线性调制器 低阻抗刚调制器 *
    直流工作静态
    前波 CFA 10 ~30 (1 II) 01~ 02 I2 I 5~10
    速调
    E
    E
    2 ≈ 5
    Δ ≈ 10 (1 EE)
    067 E08 E1
    行波
    E
    E
    3 ≈ 15
    ≈ 20 (1Δ EE)
    067 E08 E1
    三极
    四极
    0 ~ 05
    (1 II)
    10 I1 I 1
    * 高阻抗调制器输出(理想情况)赖高压电源电压处未列出
    栅极脉调制调制阳极脉调制线性注电子注电压直接高压电源电压决
    定子相位调制灵敏度直接受高压电源波纹跌落影响外控制极电压(栅
    极调制阳极电压) 子相位调制灵敏度 该灵敏度通常电子注电压变化灵
    敏度(电压变化 1相位变化度数量) 某情况灯丝电压磁场相
    位调制灵敏度重完成动目标显示达满意发射机稳定度需稳
    定性源采取适控制措施
    适处理 射频种工作条件 (包括脉重复周期参差 脉组捷变)
    发射机稳定度动目标改善子达 40~ 60 dB隐身飞机导弹发展迫雷达设计
    师处理愈愈反射截面目标甚杂波中反射截面目标求更高 MTI
    性某情况少脉重复频率变条件发射机稳定度已达改善
    子 60~80dB 水时系统部分成限制改善子素
    射频影响
    线性注具固高 MTI 改善子仅述讨电源调制器颤噪(罕)
    等素限制改善力正交场部噪声线性注高限制 MTI 改善子
    达限例系统压缩(实际)脉宽度 01 s 时典型噪声电
    55 dBMHz 普通正交场(参见 43 节 44 节) MTI 改善子限制 45 dB
    幸运低噪声正交场改善子较期值少提高 15 dB
    参差 PRF
    发射机观点难处理均匀脉周期称参差 PRF MTI 系统
    求(参见 159 节)然发射机稳定度求述讨相满足
    求困难脉周期改变时电源调制器输出变化
    工作参差 PRF 时发射机稳定原脉脉间高压电源电压变
    化种变化高压电源支取功率均匀造成 考虑输出电压范围变化
    认注入滤波电容 C 电源电流 I 常数等长期均值(整流器纹波效应第 4 章 发 射 机 2 1432
    单独考虑)参差重复频率引起供电电源电压变化 VI tC中 t脉间周期
    变化足够滤波电容电压变化达期较值般情况
    种强制方法常常现实参差 PRF 系统调制器中通常需某够降低脉
    间变化影响快速稳压器(参见 49 节)脉间周期均匀性高压电源保持
    输出电压恒定发射机系统部分产生变化
    均匀 PRF 系统中合理忽略种变化素 PRF 均匀时
    均匀调制器输出解决问题方法取决脉间稳定度求极端情况
    需稳压电路中加入适补偿波形放链发射机中非消二次跨周期杂波
    求高时较容易接收机中(例锁相振荡器发散时测量接收时
    修正方法)修正发射脉间相位变化
    脉压缩系统
    线性调频脉压缩系统中射频部分造成线性调频信号失真致接收机输出
    压缩脉展宽伴应成回波(时间副瓣) [41] ~[43] 失真射频路径
    反射振幅相位非线性 (色散) 造成 调制器射频影响造成
    果虚假回波足够允许取决系统求时间副瓣电较虚
    假回波仅仅脉展宽允许果回波全部落压缩脉宽度受限
    制非延时达整压缩脉宽度反射产生回波般会出现完全跑出压缩脉
    外情况非线性失真非失真频率快变函数线性调频脉宽度产
    生少两周期变化情况外否非线性会产生需测回波相拟回波
    两种情况接收机中产生相似回波射频电路产生固定失
    真调制器产生时变影响分开讨合适
    反射非线性
    射频部相连波导系统引入严重失真果子包括线性调
    频带宽具观振幅相位非线性(频率变化)高 Q 值线路子部效应
    令关注果射频带宽线性调频带宽种情况太存
    果通子时延压缩脉宽度相拟子射频反射子周围泄漏出
    射频量会产生压缩脉宽度外虚假回波矢量相加 [43] 种反射泄漏
    路径引起子呈现出频率变化振幅相位非线性射频适振幅
    相位线性特性确保虚假回波
    述果非线性足够足够慢频率函数允许线性调频
    带宽产生两周期相位变化反射回环程长度(泄漏信号)必须带宽范围改
    变两波长般宽频带射频线性调频带宽会出现两周期振幅相位
    变化非子射频波长表示长度少等线性调频带宽百分数倒数例
    5 GHz 中 50MHz 线性调频仅线性调频带宽 1宽带射频少需 100 波长
    长度 1带宽产生频率两周期非线性影响 相应 50 MHz 线性调
    频信号形成 40ns 压缩脉宽度(采典型加权) 5GHz 时 100 波长应环
    程时延 40 ns射频电长度少超出 40 波长线性调频带宽 25雷 达 手 册2 1442
    情况 般会宽带射频产生严重时间副瓣 子测量已证实结
    例相位非线性 S波段行波中约 80 MHz 周期性 C 波段行波中约 150MHz
    周期性
    线性调频带宽超百分时射频发射机微波组件样呈现严重非线
    性 [44]非线性变时脉压缩接收机中调整横均衡器(者等效物)进行补
    偿系统工作频率变化较快速目标造成普勒频移时种补偿会失效 [41]
    射频身没长足引起明显时间副瓣时必须考虑子连接起
    长波导段失配反射足够条件波导段会长足引起明显副瓣正
    交场放器时种情况更加严重反射信号反通正交场放器输入端
    失配次反射正通正交场放器时放达正交场放器输出端波导
    段反射正交场放器输入端正交场放放失配情况显易见
    解决办法正交场放器输出端加隔离器种效应产生回波出现
    压缩脉
    特宽带线性调频系统中直接测量射频窄脉影响频域测试线性度更
    果极窄脉(等压缩脉宽度)通射频子中反射非
    线性导致出现紧窄测试脉回波 实际放器链中宽带信号噪声限 (参
    见 43 节 44 节)种测试满意结果困难线性注没射频激励时
    脉电子注激励非常窄测试脉通环流器馈送输出端基
    时域反射计测试法 [45]确定失配位置远分离片漂移空
    间进行种测试时子输入端接终端负载减信噪问题果行波
    解释测试结果时应考虑反射信号通子正传输输出端时已放素
    子关输入输出连接件进行测量然测试必须指出
    测量没考虑调制器影响(者说时间效应 [46] )
    调制器影响
    线性调频带宽 调制器电源瞬态现象脉宽度 容易产生
    周期幅度相位调制 调制脉波形瞬态振荡波纹必须满足求: 脉宽
    度分解傅里叶分量时 脉期间 2~ 周期间分量幅度必须足够满足
    系统副瓣电求 [41]较低频率分量 必须足引起压缩脉分展宽 典
    型情况希 30~40 dB 副瓣电脉宽度周期分量允许两周
    期分量限制 4 倍脉宽度周期顶降弯曲允许少 30 相位调制 1 dB
    幅度变化
    假瞬态振荡弯曲没持续整脉宽度允许相应较幅度幸
    瞬时振荡弯曲般脉前产生 限制持续整脉宽度影响放宽
    理正交场放器链关熄灭脉(参见 43 节 44 节)通常宽度窄
    影响 影响 熄灭脉期间 频率必须脉部分线性调频 (
    编码)频率滑延伸情况压缩脉宽度样窄干扰
    量接收机脉压缩网络时间予充分色散压缩降低幅度正交
    场放器链中熄灭脉脉压缩系统中通常容忍样压缩脉第 4 章 发 射 机 2 1452
    宽度拟射频脉限升降时间仅允许实际期 [47]
    采刚调制器提供干净脉波形适希 30~40 dB 副瓣电
    脉压缩系统脉变压器瞬时尖峰振荡脉形成网络集总参数特性线性调
    制器达样目标会遇困难
    反馈前反馈稳定度改善
    反馈回路提高连续波雷达发射机连续波发射机稳定度已长历史
    种应通常称 噪声衰减 原理相位检波器发射射频输出取样信号发射
    激励取样信号进行较取相位差信号激励发射机中快速移相器减误差
    方便起见移相器般工作低功率电必须紧射频激励信号取样点激励取
    样信号应该适延迟等发射机相位延迟样相位检波器会指示出
    载频变化引起相位误差
    噪声衰减技术连续波发射机中成功应脉雷达发射机中提高
    MTI [48]相位稳定度宽带脉压缩相位线性度脉雷达中感兴趣反
    馈带宽般连续波雷达中会限制达效脉雷达般产生
    较峰值功率输出意味着需级加负反馈
    链路中级级间微波连接定时延 反馈环路总时延限制环路
    达带宽 时延反馈回路开环增益特性素带额外相位延迟 额外相
    位延迟频率成例时延等完整周期时时延相移频率等 360
    合理反馈环路设计仅容许 0 dB 穿越点约 45 额外相位差 环路稳定
    继续保持适增益相位余量 特超预期环路增益变化情况 处应
    认识 效误差校正仅仅发生低穿越点频率 频率 环路增益
    明显 0 dB
    例 典型包括射频慢波电路反馈回路 L 波段电子放链 全部通路长度
    容易 50 波长 会导致 40 ns 时延(级中级输入输出阻抗变换网络相
    位延迟典型固态发射机时延会倍) 效反馈环路带宽限制约
    3 MHz 效误差校正 10 1( 20 dB )达约 300 kHz 果需噪声衰减带
    宽超 1 MHz 述值足够外果环路需宽带宽中校正反馈效率
    会受限制波长时延较噪声衰减射频段工作情况较
    反馈受限制时会考虑前反馈(微波中继电路中成功
    应 [49][50] )前反馈开环仅校正需校正误差校正时间
    频带频率变化明显相位变化非增加系统复杂性动消变化前反馈更
    严酷挑战应线性动校正振幅误差仅仅算进行相位
    误差校正述求会校正放器变庞
    47 发射机频谱控制
    着射频频谱变越越拥挤电磁兼容性考虑然电磁兼容性涉兼
    容性方面例佳频谱区域划分等里感兴趣射频选择雷 达 手 册2 1462
    发射机占频谱等影响方面
    减寄生信号输出
    射频寄生输出分 3 类:谐波邻频带输出
    射频产生谐波输出 (参见 44 节)通常设计子时减少谐波输出做
    什工作现代功率滤波器谐波滤掉(减 30~60 dB)
    邻频寄生输出数阴极调制行波正交场中发生 (参见 44 节)受射频
    调制器选择影响果需话样功率滤波器滤
    射频产生带背景噪声 1 MHz 频带正交场中典型值
    50~ 60 dB低噪声高增益正交场中 70~80 dB线性注中 90 dB 更
    带噪声信号处频率范围 滤波器解决问题 试图噪
    声衰减法减射频部噪声电受 46 节讨容限制前述电源调制器
    稳定会引起带噪声
    减超 (sinx)x 频谱振幅
    理想矩形脉频谱具家熟知 (sin x)x 形状中 x (f0-f) f0 工
    作频率 脉宽度 果 1 做信号标称带宽 带宽倍频程频谱包络幅值
    降 6dB种减直持续包络降发射机固噪声输出电种频谱降落
    速率太慢满足数系统求实际调制器射频激励脉限升
    降期间产生相位调制根子特性未特殊处理实际频谱包络差
    述理想包络种情况包络前必须进行适切割者(线性注)
    升降期间进行射频激励图 414 示然样会轻微降低视效率必须指
    出脉升降期间射频激励时频带 1 外产生射频量接收机没
    [51]
    图 414 采选通射频激励避免相位失真
    图中示出调制器升降期间浪费电子注功率第 4 章 发 射 机 2 1472
    整形脉改善 (sinx)x 频谱
    距中心频率 f0 ± 1 外频谱量接收机没电磁兼容性求发
    射量超述频带范围目通采常规方便矩形脉脉波
    形达 [52] ~ [56]复杂性效率降低原理想脉极少雷达系统中
    脉边整形
    改善频谱种简单效方法仅仅修整矩形脉前 [57] 样频率远
    离 f0 频谱减少脉中心顶部分部分脉持续时间保持发射机高效率
    矩形脉发射机效率高 频谱宽 高斯形脉频谱窄 发射机效率低
    形成前脉宽度部分关键性决定
    然实际频谱改善程度终受脉升降期间发射机中相位调制限
    制 [54][56][58] 获显著改善例射频激励适整形线性注发射
    机中降落 60 dB 点频谱宽度通常变窄约数量级代价发射机效率
    损失约 1 dB
    实际真空固态放链发射机系统少采某发射脉边整形减
    射频频谱宽度般需减发射机激励信号升降时间做点样通
    常足满足 MIL — STD— 469 相关系统求
    48 脉调制器
    已文献脉调制器设计做充分叙述 [59] ~[61]节调制器技术进行概述
    较 射频种类通常决定调制器类型 例 栅脉调制器 容易
    便宜调制器栅极射频栅脉调制器普遍极高功率
    射频发射中易实现定条件常常种调制器类型适表 43
    种类型调制技术优缺点做较终选择决定造价体积重量效率
    寿命等综合考虑正种调制器表现样选择结果根系统求
    激励射频类型会
    表 43 调制器较
    调制器 图号
    灵活性 脉宽度力 脉


    消弧需求 调制
    器电

    工作
    混合脉
    长度
    长 短
    负载

    开关

    线性调
    制器
    闸流
    15
    受充电电
    路限制

    脉形成网





    中等
    SCR 低
    磁调制器
    受复位
    充电时间
    限制

    电容脉
    形成网络



    否 低
    混合型 SCR磁调制


    电容脉
    形成网络



    否 低雷 达 手 册2 1482
    续表
    调制器 图号
    灵活性 脉宽度力 脉


    消弧需求 调制
    器电

    工作
    混合脉
    长度
    长 短
    负载

    开关

    源开
    关调制

    串联开

    16(a) 限制
    极电容器


    电容耦

    16(b) 限制 耦合电容 高
    变压器
    耦合
    16(c)
    困难 XF
    电容器组
    尚 中高
    调制阳

    17 限制
    极电容器

    行效
    率低
    极 高
    栅极
    极电容器

    极 极 低
    线性调制器
    图 415 示出典型线性调制器电路类调制器中开关器件 V1(闸流引
    燃 控硅整流器 反开关整流器 [62]火花隙)仅启动维持脉形成网络 (PFN)
    放电 脉波形宽度完全取决脉形成网络源电路元件 源元件充分放电
    电流停止开关断开时脉结束开关恢复电压保持力
    图 415 线性调制器
    脉放电动终止特性允许简单开关器件(全通全断) 特性
    线性调制器弱点开关器件脉放电定时控制脉波形然谐振
    充电电路中串联二极时脉重复频率改变 [59]必须利高压开关切换
    脉形成网络脉形成网络段连接改变脉宽度取决存储电抗
    元件中量时放零脉通常陡非线性负载射频杂散电路
    阻抗达良匹配困难外非线性负载磁控想希
    脉波形常常需增加削峰阻尼电路 [9][59]
    射频灯丝电源(果需话)低电容高压绝缘灯丝变压器供通脉
    变压器次级双绕线包绕组供图 415 示第 4 章 发 射 机 2 1492
    需脉结束时匹配负载工作线性调制器脉形成网络中会量剩余
    果负载匹配负载 (通脉变压器变换负载阻抗低脉形成网络阻抗)
    剩余量脉形成网络形成反极性电压定限度反电压延长开关恢复
    时间需反峰二极削波器(图 415 示 CR2)释放量免影响脉
    充电电压
    负载火调制器造成短路时设计削波电路 [59][63][64] 充
    电周期充电电压高出正常值百分 接棒模拟射频火观察充电电压峰
    值 [65] 快出削波电路效果线性调制器应进行种测试调制
    器必须允许正交场偶然火跳闸(特点火期间) 现代调制器通常设计
    成非连续火否跳闸
    线性调制器工作负载匹配负载时理知会出现串振幅指数规律衰
    减脉充电周期开始时闸流尚未完成消电离种情况纯电阻负载确实
    产生造成闸流连续导通调制器跳闸然典型线性调制器中脉
    变压器存时负载匹配负载时保持调制器正常工作脉变压励磁电流建立
    脉形成网络连续放电直电压反转(许干脉宽度)止负载低
    匹配值时样
    线性调制器通常工作匹配接匹配情况负载阻抗少量变化调制
    器传递功率常数进行分析 脉形成网络充电电压常数 假定成立
    取决效削波电路类似情况峰值充电电压增加百分考虑
    动态阻抗变化(见表 42)传递负载功率增加 2
    许线性调制器装脉形成网络便阻抗时氢闸流切换输出脉
    [59][66] 某情况提供方便般情况种技术增加脉形成网络
    成 难脉波形 种情况 脉形成网络电压正常工作
    期间两种极性 削波电路效作困难 者 结果网络
    调制器中 脉形成网络中剩余量次反射 产生次脉 (脉
    面附加脉输出) 脉形成网络调制器雷达中常见
    线性调制器发展中功率应求总开关器件发展快常常
    两功率器件串联联付高峰值功率高均功率 [61][67]
    源开关调制器 (Activeswitch modulators)
    源开关脉调制器通常划分阴极脉调制器调制阳极脉调制器栅极脉
    调制器阴极脉调制器必须直接通耦合电路控制射频全部电子注功率调制阳极
    脉调制器必须提供等子满电子注电压脉电压仅求脉开始结束时
    满足回路电容充电放电必需电流调制阳极脉期间仅吸引电流
    栅控射频脉调制器够完成调制阳极脉调制器实现功 里说 栅
    极指高 值控制电极栅极脉调制器需电压低容许低压元件
    低压技术
    半导体器件前调制器统称刚调制器真空
    源开关调制器线性调制器样求开关器件意接通断开者求开关雷 达 手 册2 1502
    器件控制脉开始结束源开关调制器中仅高压电源调制器存储部分量
    加负载脉终止
    晶体门控控硅整流器意开关半导体器件功率容量普通
    控硅整流器许半导体器件高功率领域兴趣研制
    特殊转换电路 SCR 利外 SCR 需时刻断开然样技术
    氢闸流限线性调制器开关器件没样做量
    热阴极器件量半导体器件样感兴趣
    通常源开关调制器脉宽度脉重复频率中包括混合脉宽度脉组等
    方面具较灵活性脉宽度低电电路中产生某种许顶降限
    制条件否获脉宽度取决储电容(脉变压器时
    脉变压器关) 电容器中储 CE2
    2 5电压顶降限制意味着电容器
    中储必须等单脉传负载量 10 倍高功率宽脉发射机中电容器变
    需电容器进行串联()联单电容器中实际储数
    千焦耳 电容器集合通常称电容器组 电容器组储通常 10000~1000000J
    间例发射机需供射频 100 s 脉宽度 10 MW 峰值功率(脉
    1000 J 量) 4电压顶降求 10 000 J 电容器组 样 会引起线性注射
    频输出功率产生约 13降落(非采介绍顶降补偿方法) 正交场放器
    动态阻抗低问题约严重 4 倍(见表 42)
    特殊电路定电容器组时减效顶降定容许顶降条件减电
    容器组增加电感电容器组表现低阻抗脉形成网络消顶降 [68](会引
    入纹波) 种方法固定脉宽度 顶降补偿十分紧 通电
    容器组脉负载间插入联 RL 网络完成 [69]RL 网络压降脉起始时 脉
    期间逐渐减样抵消顶降会带部分量 RL 网络中损失例
    效率损失 2时 5顶降减 2
    存集总参数脉形成网络限制脉升时间脉宽度引起波
    动果注意回路寄生电感杂散电容影响源开关调制器良脉
    波形
    线性调制器样源开关调制器必须设计成容许负载偶然起弧致损坏直流
    工作正交场放栅控调制阳极线性注说射频直接电容器组相接需
    撬棒消弧电路(参见 49 节)便负载起弧时保护子阴极脉调制器开关器
    件应中断负载起弧电流非开关器件起弧般需触发消弧电路
    阴极脉调制器
    源开关阴极脉调制器基形式图 416 示图中三极表示合适源
    开关 刚固态器件链 作负载线性注代表阴极脉调制射频
    正交场线性注振荡器放器表 43 出阴极调制器特性较
    阴极脉调制器两种基工作状态常见开关器件激励脉期间电
    压降降低称基底 (Bottomed)状态时开关损耗低效率高
    整流纹波 线电压变化储电容跌落引起电源电压变化直接加负载 种工作状态第 4 章 发 射 机 2 1512
    限制激励信号开关作 恒流 器件工作 电容器组电压跌落电源电压变化负载影响
    降低(RP+RL)RL 倍式中 RP 器件动态电阻 RL 负载动态电阻(见表 42)
    图 416 源开关阴极脉调制器: (a)直接耦合 (b)电容耦合
    ( c)变压器耦合 (d)电容变压器耦合雷 达 手 册2 1522
    板极电阻高四极三极更适做恒流开关 恒流工作
    时栅极激励波动直接影响负载电流开关基底状态工作时栅极激励
    波动影响较恒流工作状态时栅极激励设计恒定栅极激励较顶
    降例调整栅极激励脉升坡度 ( Ramp)完全补偿脉期间储电容跌
    落 [68]
    金属 氧化物 半导体场效应( MOSFETs)额定功率值提高功率电日益提
    高源调制器中串联处 基底开关 恒流开关 状态器件变吸引
    力 [70]
    调制阳极脉调制器 (Modanode pulsers)
    图 417 示基调制阳极调制器时称浮动板调制器 [71] ~[73] 图中速调表示
    具调制阳极线性注三极表示适源开关器件脉期间接通
    调制阳极保持电接通速调 两脉间 R3 调制阳极相速调阴
    极保持负偏压确保切断速调注电流 接通脉前通调制阳极杂散电容 Cs
    (包括杂散电容 例接通板分布电容) 充电时量电流 断开 仅脉
    结束时通 Cs 放电量电流 断开成脉结束截尾器调制器
    电容负载时截尾必少
    图 417 调制阳极调制器:直接耦合
    速调直接跨接电容器组脉期间容易接通栅极激励进行
    钳位产生顶脉调制阳极调制器脉期间脉顶电容器组
    尺寸外参数脉宽度没限制调制阳极接通断开需定时间
    量极窄脉效率降低 通子电流 时间短 接通 断
    开相速调阴极脉调制器开关电源触发必须耦合第 4 章 发 射 机 2 1532
    浮动高压两板中处直流电源电压 E1 电位处调制
    阳极脉升降电位开关损耗 Cs(E1)22 脉重复频率
    积减 Cs 十分重(特高脉重复频率时)
    栅极脉调制器
    射频具高 μ栅极时刚调制器中开关相栅极脉需求较
    做讨前述种类型调制器样栅极脉调制需电压
    振幅远低满电子注电压杂散电容充电损耗 μ方倍减少该种类型调
    制器适高脉重复频率 脉组方式工作雷达
    49 高压消弧电路稳压器电源
    节讨雷达发射机中提供射频脉调制器需电源应考虑特殊问题
    消弧电路
    例外微波高压开关会偶尔拉弧种情况电源子传送功
    率调制器间形成短路约 50J 量便射频开关损坏通常高压电
    源电容器组储存量远远 50 J必须提供消弧电路子拉弧时释放电容器
    组储 线性调制器通常需消弧器件 短路负载电流已限制额定值两倍
    脉宽度种器件限定额定值者实质线性调制器脉形成
    网络中储存脉需量源开关调制器储存量必须
    许倍(参见 48 节)源开关调制器通常需消弧电路直流工作正交场放
    器需消弧器件正交场放器正调制阳极脉线性注样直接电
    容器组两端相接消弧器件作相电源两端放置根粗导体
    称撬棒 [74]果更清楚说明作电路器件称量分流器
    表 44 列举较种典型消弧器件 [74] ~[78]
    表 44 消弧器件 ( 撬棒 )
    氢闸流
    汞池引燃

    EGG触发充气间隙
    高系统
    球隙
    隙消弧
    等离子体触发
    真空隙
    额定电压 40~125 kV 50 kV 70 kV 限制 限制 75 kV
    电流功率额定值 5~10 kA 50 kA 100 kA 4kJ 限制 限制 70 kA
    点火范围 10 1 50 1 3 1 限制 * 限制 限制
    点火 非 非 非 非 非
    触发截止 负 负 双 双 双 负
    触发电压(电压额定
    值分)
    110
    150
    (干)
    13 12 12
    5 kV
    (尺寸)
    尺寸
    价格 低 低 中 中 高 中
    * 某电感负载串联时限制效性 [77] 雷 达 手 册2 1542
    种特殊情况消弧器件带控制阳极栅控线性注控制
    阳极调制阳极相似通电阻简单体()相连拉弧方位阴极
    控制阳极间种情况子截止阳极特殊设计突然降落
    阴极电压时该处拉弧致引起电弧通电阻拉弧电流限制足够水
    拉弧快速消失电路迅速恢复正常工作必须采取额外措施中断调制器障时出
    现极长脉种措施触发放电隙拉弧样控制阳极达阴极电位该触
    发放电隙完善消弧电路简单
    稳压器
    射频常需工作某特定峰值脉电流允许误差百分便较工作
    性较长工作寿命 系统观点 希 低功率输出降低系统性
    高输出浪费电源元件热增加冷系统负担正交场中必
    须避免工作额定工作模式附模式线性注中增益带宽注电压少量改
    变迅速变化数发射机中需某种类型稳压器维持高压电源调
    制器输出稳定受电源电压变化(包括瞬态)脉重复频率脉宽度改变
    影响某情况采稳压器高压电源波纹降低数值满足动目标显示系
    统需果源 LC 滤波元件体积切实际表 45 列出
    目稳压器较性 [79] ~ [81]
    表 45 高压电源调制器稳压器
    稳压器类型
    输入输出
    控制范围
    效率 速率
    精度
    ( )
    纹波

    备 注




    电机驱动调压器 * 全程 非常高 非常慢 03 运动部分重量
    铁磁谐振稳压器 固定输出 高 快 10
    重量固定频率单相输出方波
    正弦波
    控硅引燃
    相位控制
    全程
    非常高
    **
    中等 01 体积纹波产生线电干扰
    射频功率转换器
    (10~ 100 kHz)
    全程 高 快 01
    初始投资标准化模块化重
    量轻紧凑部分线电干扰
    控硅晶体
    直流
    高压
    调制

    串联稳压 全程 低 非常快 001 晶体电子
    恒流刚调制器 全程 低 非常快 01 参见 48 节

    线
    性调
    制器
    降 Q 电路 30 低 快 10 电子控硅
    串联三极返
    回二极
    全程 高 快 10 电子节省剪波电路
    充电( Postcharge)
    稳压器
    30 低 快 01 电子晶体
    * 等效耦调压器感应调压器等
    ** 降低功率数第 4 章 发 射 机 2 1552
    高压电源
    需考虑般高压电源设计素外脉发射机高压电源必须考虑特
    殊求
    显然 脉发射机输出功率脉式 发射机供电电网汲取功率应稳
    连续高压电源滤波器通常做仅考虑波纹需数值然高纹波
    衰减方面级滤波器具吸引力 低 PRF 时型单节滤波器更滑初级功率汲
    取考虑电路失衡振荡器分谐波低频纹波分量时滤波器节少许更吸引
    现代计算机控制雷达系统中特功相控阵雷达脉重复频率工作
    通常常数种高压电源汲取功率起伏导致电网汲取功率产生样起伏
    种起伏延时太长 (干毫秒) 合适电容器消影响 种电网
    汲取功率变化方式称悸动 (Thump)发射机功率消耗占供电网额定容量部
    分时引起严重问题舰载野战系统中常出现类问题悸动影响造成电网峰值
    功率求提高发射机吸收伏安均方根值增加功率数减需起伏范围必
    须雷达设计开始前仔细权衡
    发射机高压电源必须设计成寿命期间承受次短路 线性调制器中 闸流(
    开关)会出现悬火 (Hang fire )现象源开关调制器中负载起弧消弧器件
    起辉现象常见电源短路电流直持续电源电路切断时止高压
    电源元件必须相应额定值高压电源突然闭合( Snapped on)
    耦变压器控硅整流器软启动器件逐渐起动时出现述类似
    短暂浪涌电流电源线必须应付种情况电源接触器必须数千次断开种短路
    电流
    高功率固态开关器件射频功率变换技术(逆变器斩波器谐振转换器等 [82] )
    发展极减雷达(系统)中高压电源体积重量改善性高
    稳定系统中前串联真空稳压电路已固态变换系统取代典型工作频率
    10~ 100 kHz 射频工作提供充分闭环调整器带宽适应 MTI 参差 PRF 需 (参
    见 159 节)静态斩波技术样迅速切断电源电路保证电源线吸收
    正常数值浪涌电流逆变电源中断消弧工作时做点
    参 考 资 料
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