無(wú)載波脈沖探地雷達(dá)發(fā)射機(jī)技術(shù)分析

鄭光華，田 耕

（中國(guó)兵器裝備集團(tuán)成都火控技術(shù)中心，成都 611731）

發(fā)射機(jī)主要通過(guò)納秒級(jí)的脈沖源獲取大幅度的窄脈沖，再由天線(xiàn)將該脈沖饋入到地下，即達(dá)成發(fā)射任務(wù)。無(wú)載波的脈沖探地雷達(dá)系統(tǒng)一般選擇雪崩晶體管對(duì)脈沖源進(jìn)行制作，輸出的瞬間功率可高達(dá)幾百瓦。以下就相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 基于雪崩三極管的無(wú)載波脈沖探地雷達(dá)發(fā)射機(jī)技術(shù)

為了更好地把測(cè)試的信號(hào)發(fā)射出去，在無(wú)載波脈沖的探地雷達(dá)系統(tǒng)中，需要工作人員將對(duì)稱(chēng)性好、極性相反的高速脈沖進(jìn)行雙管并聯(lián)以完成工作。

圖1 雪崩三級(jí)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(gè)部分：信號(hào)輸出/輸入端口、高壓電源、雪崩三極管并串聯(lián)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(hào)的觸發(fā)作用下，可形成穩(wěn)定的（12-600）V 范圍的DC 高壓。

（2）信號(hào)輸入：觸發(fā)信號(hào)通過(guò)一個(gè)頻率為2M 的晶振與計(jì)數(shù)器以及相應(yīng)輔件組成，可以生成512Hz 的信號(hào)。對(duì)電路的兩個(gè)施密特觸發(fā)裝置進(jìn)行激發(fā)。上述兩個(gè)觸發(fā)裝置集成于一個(gè)元件里（HCF4538BE），一個(gè)由端口10對(duì)高壓電源的繼電器開(kāi)關(guān)進(jìn)行激發(fā)，控制高壓的產(chǎn)生；另一個(gè)由端口6形成部分高壓脈沖源的激發(fā)信號(hào)。該元件一般由5V 電源供電。

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

2 無(wú)載波脈沖源的實(shí)地測(cè)試與優(yōu)化

2.1 測(cè)試

選擇泰克企業(yè)TDS6804B 型的示波器對(duì)該電路進(jìn)行測(cè)試，得到以下結(jié)果：

所圖所示：電路應(yīng)用了雪崩管級(jí)聯(lián)的設(shè)計(jì)方式。以便擴(kuò)大形成脈沖的幅度，而且，還可讓脈沖的寬度變窄。此種類(lèi)脈沖源技術(shù)的性質(zhì)，主要體現(xiàn)為三點(diǎn)，第一點(diǎn)，選擇合適的晶體管；第二點(diǎn)，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)線(xiàn)路；第三點(diǎn)，觸發(fā)到脈沖。這些內(nèi)容也是重中之重。實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程中，需要以電路的初步篩選出晶體管，再通過(guò)帶電容的負(fù)載脈沖發(fā)生裝置選擇一致性良好的管子。因晶體管的參數(shù)很多，且彼此影響，所以通常在選擇的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)以實(shí)際應(yīng)用為標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐過(guò)程中，一般會(huì)以幅度偏大的管子和雪崩脈沖升高快的管子為主。因?yàn)椋┍谰w管存在一定離散性，當(dāng)前并未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)晶體管進(jìn)行選擇，以確保電路的優(yōu)越性。但是，為了使得電路結(jié)構(gòu)可以在特定重頻長(zhǎng)的時(shí)間保持運(yùn)行，有必要選擇很多晶體管，從而使得測(cè)出的結(jié)果更加客觀，電路特征也更有規(guī)律。從實(shí)地測(cè)試的波形圖了解到，該無(wú)載波脈沖探地的雷達(dá)脈沖源，其輸出約為+420/-380V，上升沿40ns，在測(cè)試中選用了SMA 接頭、同軸電纜及二組60dB 的衰減器。分析結(jié)果可知：已接近于預(yù)定目標(biāo)。輸出的脈沖幅度總體為800V，未達(dá)到千伏脈沖。

圖2 雪崩三極管高壓脈沖源波形圖

2.2 優(yōu)化

方法一是電容銳化：一般條件下，電路會(huì)維持極小級(jí)數(shù)狀態(tài)，而此種狀態(tài)中才想要獲得高輸出電壓，當(dāng)選取不同劑間電容的數(shù)值時(shí)，每個(gè)電容都能不是很小，一定要保證沒(méi)有到達(dá)末級(jí)雪崩管的脈沖數(shù)之前，前面級(jí)別的電容依據(jù)能夠繼續(xù)放電。但是，由于已經(jīng)出現(xiàn)的脈沖寬度受到所選用的晶體影響，特別是參數(shù)的影響和儲(chǔ)能電容值的影響。容值增加或者過(guò)大的時(shí)候，脈沖后沿則會(huì)加大，需要以尾端電容銳化進(jìn)行處理：當(dāng)尾端還沒(méi)出現(xiàn)負(fù)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(diǎn)，那就是可能造成電路系統(tǒng)的較大反射，駐波大大超出1，甚至達(dá)到十幾，同時(shí)輸出狀態(tài)為高壓脈沖。假設(shè)反射非常大，反射出的脈沖認(rèn)同電路的輸出脈沖，相互疊加，對(duì)波形產(chǎn)生影響，出現(xiàn)較大的拖尾，極大可能造成電路燒毀。因此，需要運(yùn)用自主截止弱反射的工作模式，將其設(shè)置在其中，能夠很好地使得級(jí)間電容量下降，使得電荷遇到級(jí)聯(lián)雪崩的當(dāng)刻，馬上釋放出電荷。以此欠電荷充電的方式，對(duì)于諸多電容充電的電荷所在的雪崩級(jí)聯(lián)過(guò)程當(dāng)中末端荷載的放電狀況并沒(méi)有提出要求。反之，僅需保持至鄰近1級(jí)（或某級(jí)）的雪崩管開(kāi)始進(jìn)行雪崩即可，選用此種方式重點(diǎn)需要將欠電荷充電當(dāng)做基礎(chǔ)的條件，為獲得幅度想用的脈沖輸入，定會(huì)比電容銳化方法設(shè)置多個(gè)電路級(jí)數(shù)。而增加的電路級(jí)數(shù)還會(huì)對(duì)電路的整體電容造成影響，進(jìn)而導(dǎo)致輸出脈沖的波形改變，所以，實(shí)際工作中必須經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試分析，再設(shè)定電路級(jí)數(shù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，選擇雪崩晶體管設(shè)計(jì)無(wú)載波脈沖探地雷達(dá)發(fā)射機(jī)具有成本低、效果好、電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)從晶體管的選擇，電器設(shè)計(jì)、觸發(fā)脈沖等三方面入手，為了獲得一個(gè)比較理想的納秒級(jí)脈沖源，還需相關(guān)工作人員不斷研究與實(shí)驗(yàn)。