調制固態雷達發射機脈沖前后沿的方法

鄭光華+袁勝偉

摘 要：在科學技術發展的過程中，微波晶體管技術愈加成熟且實際應用更加廣泛。其中，固態雷達發射機對微波晶體管進行了運用，被廣泛應用在雷達領域當中，效果顯著。按照用途的差異，可以將雷達劃分成諸多類型，但整機對于發射機脈沖前后沿的要求有所區別。為此，設計發射系統的過程中，應保證功率管選擇與雷達整機發射機輸出脈沖前后沿要求相適應。一旦指標出現了差異，則需借助具有針對性的處理方法，適當地調制發射機輸出脈沖的前后沿。

關鍵詞：固態雷達發射機；脈沖前后沿；調制；方法

一、功率管脈沖前后沿概述

通常情況下，固態發射機脈沖后沿不大，且數值不超過20 。前沿則需要按照所使用的功率管類型來確定。一般來講，功率管輸出信號脈沖前沿數值會控制在10-300 范圍內[1]。對于雙極性功率管而言，則是在功率管完全導通狀態下所需電流數值的跨度時間相對較長，致使雙極性功率管的輸出信號脈沖前沿數值相對較大。其中，雙極性功率管線性區間偏小，如果輸入功率不大，雙極性功率管就難以正常運行。在雙極性功率管工作處于非飽和區域的狀態，實際輸出的信號脈沖前沿不理想，還會跟隨輸入功率不斷下降，影響脈沖前沿質量。所以，要想獲取理想的脈沖前沿，一定要保證功率管處于飽和區域。

LD MOS功率管與GaN功率管屬于電壓控制型器件，而功率管開關速度相對較快，其脈沖前沿不超過20nS，通常情況下，功率管脈沖前沿在5nS上下。除此之外，LD MOS功率管與GaN功率管線性區間更大，在功率管處于線性區域的時候，其脈沖前沿一般不會發生改變。

二、雷達脈沖前后沿的具體要求

在實踐過程中，雷達的實際應用范圍廣泛且種類諸多。其中，大部分雷達發射機的脈沖前后沿不應超過某一數值，究其原因，不同功率管的輸出信號脈沖后沿不大，因而在設計的過程中，只要對脈沖前沿進行考慮即可，使得功率管選擇與發射機設計更加簡單[2]。其中，二次雷達領域中對脈沖前沿的要求是不低于50nS且不超過100nS，而對于脈沖后沿的要求則是不低于50nS且不超過200nS。LD MOS功率管與GaN功率管輸出信號脈沖的前后沿都不大，一般是10nS。如果僅僅依靠功率管輸出信號波形脈沖前后沿是難以與指標要求相適應的，所以在設計系統的過程中，必須及時處理脈沖的前后沿，以保證輸出信號脈沖前后沿能夠與指標要求相適應。

三、調制固態雷達發射機脈沖前后沿的有效方法

（一）合理選擇方法

在功率方面，發射機輸出信號脈沖前沿與后沿具體表現在：脈沖前沿位置的發射脈沖功率不斷擴大，而后沿位置的發射脈沖功率隨之降低。要想保證發射脈沖功率逐漸擴大亦或是降低可以通過以下兩種方法實現：1）對功率管工作電壓進行控制，以保證其工作電壓能夠在脈沖前沿階段增加，而在后沿階段降低；2）對發射機功率管輸入功率信號進行控制，以保證輸入功率信號脈沖前后沿與指標要求相適應[3]。如果功率管選擇使用LD MOS功率管與GaN功率管，在其處于非深飽和區的情況下，功率管輸出信號的脈沖前后沿就能夠保證和輸入信號脈沖前后沿保持一致。

（二）具體位置的控制

一般情況下，固態雷達發射機系統的增益相對較高，而且總輸出功率偏大。但是，發射機所使用的功率管單管的增益不高，實際的輸出功率也不大。在這種情況下，固態雷達發射機應選擇使用多級功率管串聯的方式，確保系統增益效果不斷增強。與此同時，同一級選擇使用多只功率管并聯的方式，實現輸出功率的提升。

要想全面強化功率管輸出功率，盡量降低功率管輸入功率變化對于輸出功率帶來的影響，需要保證發射系統當中功率管處于飽和區，而且功率管功率增益不超過線性區域功率增益。針對輸入信號脈沖前沿的位置，會伴隨脈沖信號功率的增加，功率管輸出的增益會隨之下降。而針對輸入信號脈沖后沿的位置，在脈沖信號功率下降的同時，功率管輸出增益會增加。為達到控制精準度的全面提升的目標，應保證發射機脈沖前后沿控制電路的調制設置在發射機最后一級的功率管輸入端位置。在文中，對輸入信號脈沖前后沿調制的過程中，將PIN開關安裝在末級功率管輸入端的位置，并且借助開關當中的PIN二極管高頻開關特征完成調制的目標。

（三）調制的基本原理

可以通過圖一表示調制原理，將PIN開關設置在發射機末級功率管輸入端的位置[4]。其中，PIN開關端口數量有三個，即射頻輸入端口、射頻輸出端口與TTL控制端口。在實踐過程中，將沒有經過調制的射頻輸入信號輸入到射頻輸入端口，并通過射頻輸出端口輸出，即經過調制射頻輸出信號。利用經由調制的射頻信號即可全面促進后端功率管的工作開展。而TTL控制信號則是能夠實現正負跳變的電壓信號。

在射頻輸入信號進入到PIN開關的時候，TTL控制信號是負電平，而PIN開關則是截止的狀態，此時PIN開關輸出端并不存在射頻輸出信號。在TTL控制信號從負電平轉變成高電平的情況下，PIN二極管的P層與N層載流子就會注入到I層。在整個過程中，I層當中的載流子數量會隨之增加，而且導通阻抗則會不斷降低，一定程度上提高了導通能力。伴隨PIN二極管射頻信號功率的緩慢提高，載流子向I層注入數量達到極限的情況下，PIN二極管導通能力同樣會變大。

對于TTL信號后盾主要從正電平轉變成負電平，那么I層當中的載流子數量會隨之降低，而且PIN二極管的導通能力更加薄弱，PIN二極管射頻的功率明顯降低。在I層當中載流子數量接近于零的情況下，PIN二極管接近與截止狀態，而且PIN開關輸出端沒有射頻輸出信號。為此，在設計PIN開關的過程中，應保證導通與關斷時間與二次雷達指標要求二極管要求相適應。這樣一來，當射頻信號經過PIN開關的情況下，射頻輸出信號脈沖的前后沿就能夠與使用要求相吻合。

（四）偏差的有效修正

第一，前沿修正。在射頻輸出信號脈沖前沿超過指標要求的情況下，要移動TTL控制信號前沿位置至射頻輸入信號前沿位置稍靠前的地方。在實際使用的過程中，結合 二極管導通的時間對TTL控制信號前沿和射頻信號前沿時間的間隔予以調節，以保證射頻輸出信號脈沖前沿與要求相吻合[5]。

第二，后沿修正。在射頻輸出信號脈沖后沿超出指標要求的情況下， 開關輸入端始終存在射頻輸入信號，經過TTL控制信號會從正壓跳變成負壓，而v開關導通能力下降。在實際使用的過程中，應結合PIN二極管關斷的時間對TTL控制信號后沿和射頻信號后沿時間間隔進行調節，確保射頻輸出信號脈沖后沿與要求相吻合。

結束語：

綜上所述，固態雷達發射機脈沖前后沿調制的方法直接關乎雷達整機的使用與運行狀況，所以必須給予高度重視。

參考文獻：

[1] 于龍，孟歡，范青等.調制固態雷達發射機脈沖前后沿的方法[J].電子世界，2017（7）：200，封3.

[2] 盧哲，陳立，馮冬冬等.固態剛性調制雷達發射機的研究與設計[J].黑龍江科技信息，2016（27）：118.

[3] 楊明.毫秒級寬脈沖速調管發射機研究[J].現代雷達，2017，39（6）：62-65，69.

[4] 楊興.全相參固態化雷達信號接收與處理實現研究[D].東南大學，2015.

[5] 袁同山.一種新型X波段氣象雷達發射機[J].工業技術創新，2015，2（4）：429-432.

作者簡介：

鄭光華，男（1983.11——），重慶市璧山山區人，工程師，本科，研究方向：火控雷達發射機。

袁勝偉，男（1989.1--），云南省宣威市人，助理工程師，本科，研究方向：火控雷達發射機。