機(jī)載雷達(dá)發(fā)射單元脈沖調(diào)制器常見(jiàn)故障及分析

陳媛+張義超

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

關(guān)鍵詞：脈沖調(diào)制器；輸出脈沖；功能失效；波形失真

中圖分類號(hào)：TN959.73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(diào)制器功能

脈沖調(diào)制器是脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)的重要組成部分，其本質(zhì)上是一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器，主要任務(wù)是為行波管提供性能合乎要求的調(diào)制脈沖。它把初級(jí)電源送來(lái)的交流功率先轉(zhuǎn)換成有合適電壓的直流功率，然后產(chǎn)生一定幅度、寬度、重復(fù)頻率和一定功率的脈沖波形，用以控制行波管的工作，以產(chǎn)生大功率射頻脈沖，經(jīng)饋線和收發(fā)開(kāi)關(guān)由天線輻射到空間。

1.2 脈沖調(diào)制器種類

脈沖調(diào)制器的主要形式有線型脈沖調(diào)制器、剛管脈沖調(diào)制器和柵極調(diào)制器。

線型脈沖調(diào)制器主要由高壓電源、充電電路、脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、放電開(kāi)關(guān)等組成，高壓電源通過(guò)充電電感、隔離原件向脈沖形成網(wǎng)絡(luò)充電，在脈沖形成網(wǎng)絡(luò)上積聚大約電源二倍的電壓，然后觸發(fā)脈沖時(shí)放電開(kāi)關(guān)打開(kāi)，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)將存儲(chǔ)的能量傳給負(fù)載。

剛管脈沖調(diào)制器與線型脈沖調(diào)制器組成相似，只是脈沖形成網(wǎng)絡(luò)換成了儲(chǔ)能電容，儲(chǔ)能電容在充電時(shí)存儲(chǔ)近似于電源的電壓值，放電時(shí)，在觸發(fā)脈沖的作用下放電開(kāi)關(guān)打開(kāi)，儲(chǔ)能電容通過(guò)放電回路將能量傳遞給負(fù)載。剛管脈沖調(diào)制器的脈沖寬度主要由觸發(fā)脈沖決定。

柵極調(diào)制器主要由懸浮在高電位上的正偏置電源、正偏置開(kāi)關(guān)、限流電阻、負(fù)偏置電源、負(fù)偏置開(kāi)關(guān)和隔離驅(qū)動(dòng)電路等組成。在隔離驅(qū)動(dòng)電路作用下，正偏置開(kāi)關(guān)和負(fù)偏置開(kāi)關(guān)互補(bǔ)的開(kāi)通、關(guān)斷，正偏置開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)正偏電壓通過(guò)正偏置開(kāi)關(guān)和限流電阻加到行波管柵極，使行波管開(kāi)通，負(fù)偏置開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)，負(fù)偏電壓通過(guò)負(fù)偏置開(kāi)關(guān)和限流電阻加之行波管柵極，使行波管截止。

2 柵極調(diào)制器工作原理

調(diào)制器主電路主要由正偏置電源、開(kāi)啟開(kāi)關(guān)管、負(fù)偏置電源、截尾開(kāi)關(guān)管和隔離驅(qū)動(dòng)電路組成。

發(fā)射單元初通狀態(tài)時(shí)，燈絲調(diào)制電源輸出負(fù)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(dǎo)通，負(fù)偏置電壓通過(guò)V2加至行波管柵極，使行波管一直保持截止?fàn)顟B(tài)。這樣保證了行波管在加高壓時(shí)仍會(huì)保持截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)射單元不會(huì)報(bào)過(guò)流故障。

發(fā)射單元加觸發(fā)后，隔離驅(qū)動(dòng)電路輸送兩路差分脈沖——開(kāi)啟脈沖和截尾脈沖。開(kāi)啟脈沖作用到開(kāi)啟管V1的GS端使V1導(dǎo)通，截尾脈沖作用到V2使其關(guān)斷，正偏電壓通過(guò)V1加到行波管柵極使行波管工作。開(kāi)啟脈沖結(jié)束后，V1關(guān)斷V2開(kāi)啟，負(fù)偏電壓通過(guò)V2加之行波管柵極使其截止。

因此調(diào)制器輸出波形的周期、脈寬、占空比與驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)啟/截止脈沖一致。上升沿和下降沿主要受V1、V2的開(kāi)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間決定。V1、V2關(guān)斷時(shí)DS端最大電壓應(yīng)力Ug+Eg，考慮到開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰，故V1、V2的VDS一般要>2（Ug+Eg）。在某型雷達(dá)發(fā)射單元調(diào)制器中由于Ug+Eg約為1200V，V1、V2各采用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管串聯(lián)以減少每個(gè)管子收到的電壓應(yīng)力。

3 柵極調(diào)制器常見(jiàn)故障分析

調(diào)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?yàn)殡娫垂收?、開(kāi)關(guān)管擊穿、限流保護(hù)電阻燒斷等，波形失真主要是由電源電壓不穩(wěn)，元器件性能下降引起。下面將以某型發(fā)射單元調(diào)制器功能失效為例進(jìn)行詳細(xì)講述。

調(diào)制器功能失效向外表現(xiàn)在發(fā)射單元上一般為發(fā)射單元過(guò)流故障或無(wú)功率輸出。無(wú)功率輸出說(shuō)明調(diào)制器無(wú)輸出波形，分析電路圖可知無(wú)輸出波形與截尾電路部分無(wú)關(guān)，只有V7、V8無(wú)法導(dǎo)通，正偏電壓不能加到行波管才會(huì)導(dǎo)致行波管不工作而無(wú)功率輸出。導(dǎo)致V7、V8無(wú)法導(dǎo)通的原因主要有：

（1）V7、V8的GS擊穿：V7、V8為壓控型場(chǎng)效應(yīng)管，GS發(fā)生擊穿將導(dǎo)致DS間的N型溝道無(wú)法形成，V7、V8無(wú)法導(dǎo)通。

（2）變壓器T1故障：變壓器T1故障將導(dǎo)致開(kāi)啟脈沖無(wú)法通過(guò)T1副邊加到V7、V8的GS，導(dǎo)致V7、V8無(wú)法導(dǎo)通。

（3）調(diào)制器電源+V為0：調(diào)制器電源+V為0將導(dǎo)致開(kāi)啟脈沖無(wú)法形成，變壓器T1的原邊無(wú)輸入最終導(dǎo)致V7、V8無(wú)法導(dǎo)通。

（4）V3、V4發(fā)生擊穿：V3、V4發(fā)生擊穿與調(diào)制器電源+V為0機(jī)理相似，都是導(dǎo)致開(kāi)啟脈沖無(wú)法形成，只是調(diào)制器電源+V為0時(shí)變壓器T1原邊一直為0，V3、V4發(fā)生擊穿時(shí)變壓器T1原邊一直為高電平。

調(diào)制器功能失效導(dǎo)致發(fā)射單元過(guò)流故障的原理是調(diào)制器輸出脈沖無(wú)法使行波管有效截止，導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因有：

（1）V7、V8的DS擊穿：V7、V8的DS擊穿導(dǎo)致V7、V8失去開(kāi)關(guān)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(xù)作用到行波管，導(dǎo)致發(fā)射單元報(bào)過(guò)流故障。

（2）變壓器T2故障：變壓器T2故障將導(dǎo)致截止脈沖無(wú)法通過(guò)T2副邊加到V9、V10的GS，導(dǎo)致V9、V10無(wú)法導(dǎo)通，負(fù)偏電壓無(wú)法加至行波管柵極使行波管截止，導(dǎo)致發(fā)射單元報(bào)管體過(guò)流。

調(diào)制器輸出脈沖無(wú)法使行波管有效截止，除調(diào)制器功能失效引起外，調(diào)制器輸出脈沖波形失真也會(huì)導(dǎo)致發(fā)射單元報(bào)管體過(guò)流。

4 故障定位方法

調(diào)制器功能失效時(shí)，一般故障現(xiàn)象明顯，首先采用目視法檢查電路板和元器件有無(wú)明顯的燒毀或損傷，然后用萬(wàn)用表依次檢測(cè)V3、V4是否擊穿，變壓器T1原副邊繞組是否正常、調(diào)制器電源電壓是否正常、開(kāi)關(guān)管V7、V8能否正常導(dǎo)通。

調(diào)制器的性能直接影響發(fā)射單元輸出功率、頻譜質(zhì)量、脈沖包絡(luò)等參數(shù)的好壞，本文以某型發(fā)射單元調(diào)制器為例，分析了調(diào)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(diào)制器工作原理基本相同，因此對(duì)其他機(jī)型發(fā)射單元調(diào)制器的修理也具有一定的指導(dǎo)意義。

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