雷达原理第二章课件

第二章雷达发射机1§2.1概述一、任务及基本组成1.任务：在┻控制下产生周期性大功率微波脉冲振荡，作为雷达发射信号。（从T/R、馈线送天线辐射出击）2.基本组成有二种类型：(1)主振放大式

至天线fsfs主控振荡器中间射频功放末级射频功放脉冲调制器定时器电源fs(2)单级振荡式至天线定时器脉冲调制器大功率射频振荡器电源船用雷达用第(2)种2二、主要技术指标

根据

雷达用途

使用性能是雷达发射机电路设计、制作的依据。1.工作波段λ：s、c、x、Ka

λ=10cm5cm3cm0．8cm船用雷达用10cm(s波段)、3cm(x

波段).λ或fs直接影响作用距离GA、σ、δ

抗干扰(雨雪、海浪)性能2.发射脉冲功率Pt：τ内射频振荡的功率（KW）

Pt↑

→rmax↑

电路、结构复杂，可靠性↓，造价↑

磁控管可选？目前：Pt=几~几+KW

Pc=几~几+W精度tφ、分辨率τ、3§2.2磁控管振荡器一、多腔磁控管的结构及特点

是用来产生厘米波大功率微波振荡的器件。1.结构

特殊结构的必要性:引线是感;分布电容;电子在管内的渡越时间.特殊结构的“二极管”+强磁场1）阴极

内装螺旋灯丝，加热阴热。旁热式;发射系数5~100A/cm2;限制普通L、C振荡器振荡频率↑的因素：52）阳极

园柱形铜块，四周挖有8~14个对称园洞，每洞有缝隙，构成振荡腔体。（壁——等效L；缝——等效C）两侧有盖极.各腔高频场有磁交连，缝口构成直→交流能量交换的作用空间。63）磁铁

用永久磁铁→恒定磁场，方向//阴极轴线，均匀通过作用区。fs↑→要求磁场↑

λ=3cm

B=5000高斯;4）输出装置

要求管线匹配；

密封（管内抽真空）；

有足够功率和场强容量。振荡能量输出装置同轴线λ=3.10cm时用波导型λ<1cm时用2.结构特点：

1）管、路合一；

2）有阴、阳极，形同二极管；但阴极上有腔体，其尺寸决定了分布电感，分布电容值，从而决定固有fs；3）加有磁场，电子受正交电、磁场双重控制、故称“磁控管”。λ=1cm

B=10000高斯7B不同,电子运动轨迹不同:ua一定时：1．B=0iamax

2．B<Bc有iQ

3．B=Bc

临界4．B>Bc

ia=0选择B略>临界Bc下工作，则从阴极飞出的电子将掠过阳极表面再返回阴极，大量电子参与这一运动，便形成“旋转电子云”。2）旋转电子云与高频场的相应作用——动态能量交换π型、8腔、振荡后在“相互作用区”的能量交换示意图.dcauab+_95.波形与频谱

前沿tr≈（0.1～0.2）τ后沿tf≈（0.2～0.4）τ顶部波动△u/μ≈0.02～0.0.5

波形失真影响距离分辨率工作稳定性频谱：可见，主瓣宽度2/τ，随τ↑而↓。主要能量集中在主瓣。6.总效率

磁控管η1≈60%

测距精度f调制器η2≈40%总效率ηt≈30%10高频场：切向向量供能=耗能→形成等幅振荡法向向量“车幅状”电子群旋转运动，每Ts/2转过一个腔缝口，即“同步条件”：Vt——有益电子切向平均速度Ve——电子平均移动速度S——邻缝间距可见

E↓→fs↓

B↓→fs↑

a类电子供能，而b类电子耗能使电子群聚到最有利交换能量的位置——“群聚”。11三、使用维护1．外部工作条件

1）灯丝电压

要求C分↓；耐高压；大小合适——（1）太低→打火；（2）太高→寿命↓；开高压后，减少或取消。2）阳极特高压阳极接地原因与磁铁靠近，难绝缘；阳极块大，C分大；阳极与波导近、接地安全。2．磁控管电流测量测的磁控管电流ia是充放电平均电流。3．维护1）低压开3~5min后开高压(发射)；2）“老炼”(去管内残存气体)；3）冷却风扇，俣环境温度；4）存放离铁磁物质≥10cm；两管间距≥20cm；5）负载要匹配；6）防微波辐射。电流表RC灯丝电压~13§2．3脉冲调制器

一、任务、特点

任务：在控制下产生负极性特高压、矩形调制脉冲。

τT特性：周期性脉冲工作比

脉冲孔度比由高压电源Ea和快速开关K组成产生负极性特高压矩形调制脉冲方案。电源利用率很低。

可否采用“水库式”工作？

磁控管+_EaKIao14二、组成分类

1.并联电路——方案之一储能元件与振荡器“并联，限制器兼作充电限流元件。

K→“1”充电储能Wc≈Pc·TK→“2”放电、放能Wτ=Pt·τ若无损耗，则Wc=Wτ

可得K→“1”：电源以“细水长流”方式。如同水库平时储水；以小功率，长时间储能在“储能元件”内；K→“2”；以大功率，矩时间放能到负载（磁控管）“振荡器”；以“长时间”换取大功率，所得增益为S。2.串联电路——方案之二储能元件与振荡器“串联”；限制器还防止K闭合时电源被短路。151.电路说明：

G1——真空管调制管

G2——磁控管R1——限流电阻C3——储能电容R2——充电电阻Co——分布电容2.真空管(电子管)——刚性开关特点：耐高压、大电流、寿命短（几十KV几十~几百A）；导通内阻小(几十Ω)→η放高；通断利爽，“刚性”→波形好；休止期截止→免损耗；需小功率预调脉冲，要求波形好。2.工作概述

1)工作过程+Ea经R1、L对C3充电至UC3max≈+Ea

C3经G1向G2放电，产生来：使ug使G1通，“K”闭合

结束：G1又止，C3又由+Ea充电。无入：一Eg使G1止17注意：

在τm内，C3只放部分电荷。UCmin≈+UCmax称“部分放电式”

。2)电路分析要点

分析思路：画充放电等效电路→列微分议程→按初始条件简化方程，得充放电流、电压表达式→画曲线、分析→结论。（1）C3充电C0<<C3

D内阻<<R1

可略

R1icC3CR1+—EaUC3输出的τm、F及波形取决于Ug，但幅度大增，故实为倒相大功率脉冲放大器。进一步分析表明：

所需电源：

部分放电时，Ea≈Uc3min极近于Uc3max!完全放电时，Ea≈1.6Uc3max

充电效率:部分放电时，ηc→100%完全放电时，ηc<50%结论：从所需电源高低及充电效率高低看，均采用部分放电较有利，只有对于更大功率雷达，要Ua、Iao很大，C3、G1承受不了，才不得不用完全放电式。18（2）C3放电

等效电路：Ri1—G1内阻Ri2—G2内阻RD—二极管D内阻C3—储能电容(3)峰化电感L及削反峰二极管D作用

L与Co构成振荡电路t=τ放电结束时，L上感应上正、下负电压加速脉冲后沿（tf↓)；正向振荡用D削去。192.工作概述

1)工作过程

无G1止，在T—τ内，+Ea经L、D、B初级对X充电、储能。

Vc=Vcmax≈2Ea后由D隔离保持。来G1通，经G1对B初级等效负载放电，若负载与X特性阻抗匹配，则B初级获得幅度为Vcmax/2、宽度为τ的调制脉冲，经B升压后送到G2。2)电路分析要点(1)X充电——直流谐振充电充电等效电路L——充电电感r0——充电回路总电阻，含L损耗电阻D内阻

B初级电阻

C0——X等效总电容

C0=ncn—节数；c单节电容式中：图Lr0C3+—+Eaic21∵是全部放电UComin=0∵实际可做到充电电路品质因数Q0=10～20则则ic=(t)·UCo(t)二式可简化为：22

D隔离作用

ttT0/2T0

D隔离作用

t注意：

（2）X放电——调制脉冲的形成链型仿真线特性阻抗节数k=4

单节电感L1=L2=L3=L4

单节电容C1=C2=C3=C4

C3C2C1L4L3L2L123RL>ZC

正失配URL

为衰减阶梯形放电

E/2

E/2

URL

RL>ZcURL

ttRL＜

ZcRL<ZC

正负正配URL呈衰减振荡方波实际工作在匹配或略负失配下，以得到矩形脉冲输出，因负失配而出现的反向脉冲可用D1、R2消除。URL(0)E/2URL(0)E/225磁控管打火时，DL<RC仿真线上出现反向充电，并和下周期仿真线充电电压叠加、打火继续，仿真线上电压越积累越高，甚至达6Ea，接D1、R2可放掉仿真线上反极性电压。(2)预调器保护电路——低通滤波器低通滤波器可消除闸流管起燃时，在闸流管控制栅极上出现的高电压脉冲