無載波脈沖探地雷達發射機技術分析

鄭光華，田 耕

（中國兵器裝備集團成都火控技術中心，成都 611731）

發射機主要通過納秒級的脈沖源獲取大幅度的窄脈沖，再由天線將該脈沖饋入到地下，即達成發射任務。無載波的脈沖探地雷達系統一般選擇雪崩晶體管對脈沖源進行制作，輸出的瞬間功率可高達幾百瓦。以下就相關內容進行詳細論述。

1 基于雪崩三極管的無載波脈沖探地雷達發射機技術

為了更好地把測試的信號發射出去，在無載波脈沖的探地雷達系統中，需要工作人員將對稱性好、極性相反的高速脈沖進行雙管并聯以完成工作。

圖1 雪崩三級管脈沖源基本原理圖

如圖1所示，脈沖源主要包括以下三個部分：信號輸出/輸入端口、高壓電源、雪崩三極管并串聯形成的高壓脈沖源。

（1）高壓電源：由變壓器、繼電器以及其他元件組成，在信號的觸發作用下，可形成穩定的（12-600）V 范圍的DC 高壓。

（2）信號輸入：觸發信號通過一個頻率為2M 的晶振與計數器以及相應輔件組成，可以生成512Hz 的信號。對電路的兩個施密特觸發裝置進行激發。上述兩個觸發裝置集成于一個元件里（HCF4538BE），一個由端口10對高壓電源的繼電器開關進行激發，控制高壓的產生；另一個由端口6形成部分高壓脈沖源的激發信號。該元件一般由5V 電源供電。

（3）高壓脈沖：主要包括六個雪崩管，選擇了2N4922（來源于摩托羅拉企業），以上六個三極管的工作模式為三個一組，分別產生一個正脈沖與負脈沖，且電壓＞500V，即可在輸出端口獲得上千伏的窄脈沖。

2 無載波脈沖源的實地測試與優化

2.1 測試

選擇泰克企業TDS6804B 型的示波器對該電路進行測試，得到以下結果：

所圖所示：電路應用了雪崩管級聯的設計方式。以便擴大形成脈沖的幅度，而且，還可讓脈沖的寬度變窄。此種類脈沖源技術的性質，主要體現為三點，第一點，選擇合適的晶體管；第二點，科學合理地設計線路；第三點，觸發到脈沖。這些內容也是重中之重。實踐運用過程中，需要以電路的初步篩選出晶體管，再通過帶電容的負載脈沖發生裝置選擇一致性良好的管子。因晶體管的參數很多，且彼此影響，所以通常在選擇的時候，應當以實際應用為標準。實踐過程中，一般會以幅度偏大的管子和雪崩脈沖升高快的管子為主。因為，雪崩晶體管存在一定離散性，當前并未發現統一標準對晶體管進行選擇，以確保電路的優越性。但是，為了使得電路結構可以在特定重頻長的時間保持運行，有必要選擇很多晶體管，從而使得測出的結果更加客觀，電路特征也更有規律。從實地測試的波形圖了解到，該無載波脈沖探地的雷達脈沖源，其輸出約為+420/-380V，上升沿40ns，在測試中選用了SMA 接頭、同軸電纜及二組60dB 的衰減器。分析結果可知：已接近于預定目標。輸出的脈沖幅度總體為800V，未達到千伏脈沖。

圖2 雪崩三極管高壓脈沖源波形圖

2.2 優化

方法一是電容銳化：一般條件下，電路會維持極小級數狀態，而此種狀態中才想要獲得高輸出電壓，當選取不同劑間電容的數值時，每個電容都能不是很小，一定要保證沒有到達末級雪崩管的脈沖數之前，前面級別的電容依據能夠繼續放電。但是，由于已經出現的脈沖寬度受到所選用的晶體影響，特別是參數的影響和儲能電容值的影響。容值增加或者過大的時候，脈沖后沿則會加大，需要以尾端電容銳化進行處理：當尾端還沒出現負載之前，找到合適的地方，串接電容。方法二是欠電荷充電法：電容銳化法存在一定缺點，那就是可能造成電路系統的較大反射，駐波大大超出1，甚至達到十幾，同時輸出狀態為高壓脈沖。假設反射非常大，反射出的脈沖認同電路的輸出脈沖，相互疊加，對波形產生影響，出現較大的拖尾，極大可能造成電路燒毀。因此，需要運用自主截止弱反射的工作模式，將其設置在其中，能夠很好地使得級間電容量下降，使得電荷遇到級聯雪崩的當刻，馬上釋放出電荷。以此欠電荷充電的方式，對于諸多電容充電的電荷所在的雪崩級聯過程當中末端荷載的放電狀況并沒有提出要求。反之，僅需保持至鄰近1級（或某級）的雪崩管開始進行雪崩即可，選用此種方式重點需要將欠電荷充電當做基礎的條件，為獲得幅度想用的脈沖輸入，定會比電容銳化方法設置多個電路級數。而增加的電路級數還會對電路的整體電容造成影響，進而導致輸出脈沖的波形改變，所以，實際工作中必須經過反復測試分析，再設定電路級數。

3 結束語

總之，選擇雪崩晶體管設計無載波脈沖探地雷達發射機具有成本低、效果好、電路簡單等優點。重點應當從晶體管的選擇，電器設計、觸發脈沖等三方面入手，為了獲得一個比較理想的納秒級脈沖源，還需相關工作人員不斷研究與實驗。