機載雷達發射單元脈沖調制器常見故障及分析

陳媛+張義超

摘 要：文章主要介紹了三種脈沖調制器的種類、功能和輸出脈沖的主要參數，并針對機載雷達發射單元常用的柵極脈沖調制器講述了其電路組成和工作原理。最后，以某型發射單元調制器為例分析了柵極調制器的功能失效和波形失真的主要原因和排故方法。

關鍵詞：脈沖調制器；輸出脈沖；功能失效；波形失真

中圖分類號：TN959.73 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0188-02

Abstract： This paper mainly introduces three kinds of pulse modulators， their functions and the main parameters of the output pulses， and describes the circuit composition and working principle of the grid pulse modulators commonly used in airborne radar transmitting units. Finally， the main causes of the function failure and waveform distortion of the grid modulator are analyzed by taking a certain transmitter modulator as an example.

Keywords： pulse modulator； output pulse； function failure； waveform distortion

1 概述

1.1 脈沖調制器功能

脈沖調制器是脈沖雷達發射機的重要組成部分，其本質上是一個功率轉換器，主要任務是為行波管提供性能合乎要求的調制脈沖。它把初級電源送來的交流功率先轉換成有合適電壓的直流功率，然后產生一定幅度、寬度、重復頻率和一定功率的脈沖波形，用以控制行波管的工作，以產生大功率射頻脈沖，經饋線和收發開關由天線輻射到空間。

1.2 脈沖調制器種類

脈沖調制器的主要形式有線型脈沖調制器、剛管脈沖調制器和柵極調制器。

線型脈沖調制器主要由高壓電源、充電電路、脈沖形成網絡、放電開關等組成，高壓電源通過充電電感、隔離原件向脈沖形成網絡充電，在脈沖形成網絡上積聚大約電源二倍的電壓，然后觸發脈沖時放電開關打開，脈沖形成網絡將存儲的能量傳給負載。

剛管脈沖調制器與線型脈沖調制器組成相似，只是脈沖形成網絡換成了儲能電容，儲能電容在充電時存儲近似于電源的電壓值，放電時，在觸發脈沖的作用下放電開關打開，儲能電容通過放電回路將能量傳遞給負載。剛管脈沖調制器的脈沖寬度主要由觸發脈沖決定。

柵極調制器主要由懸浮在高電位上的正偏置電源、正偏置開關、限流電阻、負偏置電源、負偏置開關和隔離驅動電路等組成。在隔離驅動電路作用下，正偏置開關和負偏置開關互補的開通、關斷，正偏置開關開通時正偏電壓通過正偏置開關和限流電阻加到行波管柵極，使行波管開通，負偏置開關開通時，負偏電壓通過負偏置開關和限流電阻加之行波管柵極，使行波管截止。

2 柵極調制器工作原理

調制器主電路主要由正偏置電源、開啟開關管、負偏置電源、截尾開關管和隔離驅動電路組成。

發射單元初通狀態時，燈絲調制電源輸出負偏置電壓加至截尾管V2的源極S，V2柵源極形成電位差，V2導通，負偏置電壓通過V2加至行波管柵極，使行波管一直保持截止狀態。這樣保證了行波管在加高壓時仍會保持截止狀態，發射單元不會報過流故障。

發射單元加觸發后，隔離驅動電路輸送兩路差分脈沖——開啟脈沖和截尾脈沖。開啟脈沖作用到開啟管V1的GS端使V1導通，截尾脈沖作用到V2使其關斷，正偏電壓通過V1加到行波管柵極使行波管工作。開啟脈沖結束后，V1關斷V2開啟，負偏電壓通過V2加之行波管柵極使其截止。

因此調制器輸出波形的周期、脈寬、占空比與驅動電路的開啟/截止脈沖一致。上升沿和下降沿主要受V1、V2的開通時間和關斷時間決定。V1、V2關斷時DS端最大電壓應力Ug+Eg，考慮到開關管開關過程中會產生電壓尖峰，故V1、V2的VDS一般要>2（Ug+Eg）。在某型雷達發射單元調制器中由于Ug+Eg約為1200V，V1、V2各采用兩個開關管串聯以減少每個管子收到的電壓應力。

3 柵極調制器常見故障分析

調制器故障一般可分為兩類：功能失效和波形失真。功能失效的主要原因為電源故障、開關管擊穿、限流保護電阻燒斷等，波形失真主要是由電源電壓不穩，元器件性能下降引起。下面將以某型發射單元調制器功能失效為例進行詳細講述。

調制器功能失效向外表現在發射單元上一般為發射單元過流故障或無功率輸出。無功率輸出說明調制器無輸出波形，分析電路圖可知無輸出波形與截尾電路部分無關，只有V7、V8無法導通，正偏電壓不能加到行波管才會導致行波管不工作而無功率輸出。導致V7、V8無法導通的原因主要有：

（1）V7、V8的GS擊穿：V7、V8為壓控型場效應管，GS發生擊穿將導致DS間的N型溝道無法形成，V7、V8無法導通。

（2）變壓器T1故障：變壓器T1故障將導致開啟脈沖無法通過T1副邊加到V7、V8的GS，導致V7、V8無法導通。

（3）調制器電源+V為0：調制器電源+V為0將導致開啟脈沖無法形成，變壓器T1的原邊無輸入最終導致V7、V8無法導通。

（4）V3、V4發生擊穿：V3、V4發生擊穿與調制器電源+V為0機理相似，都是導致開啟脈沖無法形成，只是調制器電源+V為0時變壓器T1原邊一直為0，V3、V4發生擊穿時變壓器T1原邊一直為高電平。

調制器功能失效導致發射單元過流故障的原理是調制器輸出脈沖無法使行波管有效截止，導致該現象的原因有：

（1）V7、V8的DS擊穿：V7、V8的DS擊穿導致V7、V8失去開關特性，正偏電壓不再受V7、V8的控制按一定的占空比加之行波管，而是持續作用到行波管，導致發射單元報過流故障。

（2）變壓器T2故障：變壓器T2故障將導致截止脈沖無法通過T2副邊加到V9、V10的GS，導致V9、V10無法導通，負偏電壓無法加至行波管柵極使行波管截止，導致發射單元報管體過流。

調制器輸出脈沖無法使行波管有效截止，除調制器功能失效引起外，調制器輸出脈沖波形失真也會導致發射單元報管體過流。

4 故障定位方法

調制器功能失效時，一般故障現象明顯，首先采用目視法檢查電路板和元器件有無明顯的燒毀或損傷，然后用萬用表依次檢測V3、V4是否擊穿，變壓器T1原副邊繞組是否正常、調制器電源電壓是否正常、開關管V7、V8能否正常導通。

調制器的性能直接影響發射單元輸出功率、頻譜質量、脈沖包絡等參數的好壞，本文以某型發射單元調制器為例，分析了調制器故障的兩種模式并分析了原因，給出了具體的定位方法。因調制器工作原理基本相同，因此對其他機型發射單元調制器的修理也具有一定的指導意義。

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