調(diào)制固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)脈沖前后沿的方法

鄭光華+袁勝偉

摘 要：在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的過程中，微波晶體管技術(shù)愈加成熟且實(shí)際應(yīng)用更加廣泛。其中，固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)對微波晶體管進(jìn)行了運(yùn)用，被廣泛應(yīng)用在雷達(dá)領(lǐng)域當(dāng)中，效果顯著。按照用途的差異，可以將雷達(dá)劃分成諸多類型，但整機(jī)對于發(fā)射機(jī)脈沖前后沿的要求有所區(qū)別。為此，設(shè)計(jì)發(fā)射系統(tǒng)的過程中，應(yīng)保證功率管選擇與雷達(dá)整機(jī)發(fā)射機(jī)輸出脈沖前后沿要求相適應(yīng)。一旦指標(biāo)出現(xiàn)了差異，則需借助具有針對性的處理方法，適當(dāng)?shù)卣{(diào)制發(fā)射機(jī)輸出脈沖的前后沿。

關(guān)鍵詞：固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)；脈沖前后沿；調(diào)制；方法

一、功率管脈沖前后沿概述

通常情況下，固態(tài)發(fā)射機(jī)脈沖后沿不大，且數(shù)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?cái)?shù)值會控制在10-300 范圍內(nèi)[1]。對于雙極性功率管而言，則是在功率管完全導(dǎo)通狀態(tài)下所需電流數(shù)值的跨度時(shí)間相對較長，致使雙極性功率管的輸出信號脈沖前沿?cái)?shù)值相對較大。其中，雙極性功率管線性區(qū)間偏小，如果輸入功率不大，雙極性功率管就難以正常運(yùn)行。在雙極性功率管工作處于非飽和區(qū)域的狀態(tài)，實(shí)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(zhì)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(qū)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(guān)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(qū)間更大，在功率管處于線性區(qū)域的時(shí)候，其脈沖前沿一般不會發(fā)生改變。

二、雷達(dá)脈沖前后沿的具體要求

在實(shí)踐過程中，雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用范圍廣泛且種類諸多。其中，大部分雷達(dá)發(fā)射機(jī)的脈沖前后沿不應(yīng)超過某一數(shù)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(shè)計(jì)的過程中，只要對脈沖前沿進(jìn)行考慮即可，使得功率管選擇與發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)更加簡單[2]。其中，二次雷達(dá)領(lǐng)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(biāo)要求相適應(yīng)的，所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的過程中，必須及時(shí)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(biāo)要求相適應(yīng)。

三、調(diào)制固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)脈沖前后沿的有效方法

（一）合理選擇方法

在功率方面，發(fā)射機(jī)輸出信號脈沖前沿與后沿具體表現(xiàn)在：脈沖前沿位置的發(fā)射脈沖功率不斷擴(kuò)大，而后沿位置的發(fā)射脈沖功率隨之降低。要想保證發(fā)射脈沖功率逐漸擴(kuò)大亦或是降低可以通過以下兩種方法實(shí)現(xiàn)：1）對功率管工作電壓進(jìn)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(fā)射機(jī)功率管輸入功率信號進(jìn)行控制，以保證輸入功率信號脈沖前后沿與指標(biāo)要求相適應(yīng)[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(qū)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(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的增益相對較高，而且總輸出功率偏大。但是，發(fā)射機(jī)所使用的功率管單管的增益不高，實(shí)際的輸出功率也不大。在這種情況下，固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)應(yīng)選擇使用多級功率管串聯(lián)的方式，確保系統(tǒng)增益效果不斷增強(qiáng)。與此同時(shí)，同一級選擇使用多只功率管并聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)輸出功率的提升。

要想全面強(qiáng)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(fā)射系統(tǒng)當(dāng)中功率管處于飽和區(qū)，而且功率管功率增益不超過線性區(qū)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(shí)，功率管輸出增益會增加。為達(dá)到控制精準(zhǔn)度的全面提升的目標(biāo)，應(yīng)保證發(fā)射機(jī)脈沖前后沿控制電路的調(diào)制設(shè)置在發(fā)射機(jī)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(diào)制的過程中，將PIN開關(guān)安裝在末級功率管輸入端的位置，并且借助開關(guān)當(dāng)中的PIN二極管高頻開關(guān)特征完成調(diào)制的目標(biāo)。

（三）調(diào)制的基本原理

可以通過圖一表示調(diào)制原理，將PIN開關(guān)設(shè)置在發(fā)射機(jī)末級功率管輸入端的位置[4]。其中，PIN開關(guān)端口數(shù)量有三個(gè)，即射頻輸入端口、射頻輸出端口與TTL控制端口。在實(shí)踐過程中，將沒有經(jīng)過調(diào)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(jīng)過調(diào)制射頻輸出信號。利用經(jīng)由調(diào)制的射頻信號即可全面促進(jìn)后端功率管的工作開展。而TTL控制信號則是能夠?qū)崿F(xiàn)正負(fù)跳變的電壓信號。

在射頻輸入信號進(jìn)入到PIN開關(guān)的時(shí)候，TTL控制信號是負(fù)電平，而PIN開關(guān)則是截止的狀態(tài)，此時(shí)PIN開關(guān)輸出端并不存在射頻輸出信號。在TTL控制信號從負(fù)電平轉(zhuǎn)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(gè)過程中，I層當(dāng)中的載流子數(shù)量會隨之增加，而且導(dǎo)通阻抗則會不斷降低，一定程度上提高了導(dǎo)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(shù)量達(dá)到極限的情況下，PIN二極管導(dǎo)通能力同樣會變大。

對于TTL信號后盾主要從正電平轉(zhuǎn)變成負(fù)電平，那么I層當(dāng)中的載流子數(shù)量會隨之降低，而且PIN二極管的導(dǎo)通能力更加薄弱，PIN二極管射頻的功率明顯降低。在I層當(dāng)中載流子數(shù)量接近于零的情況下，PIN二極管接近與截止?fàn)顟B(tài)，而且PIN開關(guān)輸出端沒有射頻輸出信號。為此，在設(shè)計(jì)PIN開關(guān)的過程中，應(yīng)保證導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間與二次雷達(dá)指標(biāo)要求二極管要求相適應(yīng)。這樣一來，當(dāng)射頻信號經(jīng)過PIN開關(guān)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(biāo)要求的情況下，要移動(dòng)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(shí)際使用的過程中，結(jié)合 二極管導(dǎo)通的時(shí)間對TTL控制信號前沿和射頻信號前沿時(shí)間的間隔予以調(diào)節(jié)，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(biāo)要求的情況下， 開關(guān)輸入端始終存在射頻輸入信號，經(jīng)過TTL控制信號會從正壓跳變成負(fù)壓，而v開關(guān)導(dǎo)通能力下降。在實(shí)際使用的過程中，應(yīng)結(jié)合PIN二極管關(guān)斷的時(shí)間對TTL控制信號后沿和射頻信號后沿時(shí)間間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保射頻輸出信號脈沖后沿與要求相吻合。

結(jié)束語：

綜上所述，固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)脈沖前后沿調(diào)制的方法直接關(guān)乎雷達(dá)整機(jī)的使用與運(yùn)行狀況，所以必須給予高度重視。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于龍，孟歡，范青等.調(diào)制固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)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(tài)剛性調(diào)制雷達(dá)發(fā)射機(jī)的研究與設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2016（27）：118.

[3] 楊明.毫秒級寬脈沖速調(diào)管發(fā)射機(jī)研究[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2017，39（6）：62-65，69.

[4] 楊興.全相參固態(tài)化雷達(dá)信號接收與處理實(shí)現(xiàn)研究[D].東南大學(xué)，2015.

[5] 袁同山.一種新型X波段氣象雷達(dá)發(fā)射機(jī)[J].工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，2015，2（4）：429-432.

作者簡介：

鄭光華，男（1983.11——），重慶市璧山山區(qū)人，工程師，本科，研究方向：火控雷達(dá)發(fā)射機(jī)。

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(dá)發(fā)射機(jī)。