機載雷達發(fā)射單元脈沖調(diào)制器常見故障及分析

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)，并針對機載雷達發(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：TN959.73 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：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)制器是脈沖雷達發(fā)射機的重要組成部分，其本質(zhì)上是一個功率轉(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。它把初級電源送來的交流功率先轉(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)、放電開關(guān)等組成，高壓電源通過充電電感、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)脈沖時放電開關(guān)打開，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)將存儲的能量傳給負(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)換成了儲能電容，儲能電容在充電時存儲近似于電源的電壓值，放電時，在觸發(fā)脈沖的作用下放電開關(guān)打開，儲能電容通過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、正偏置開關(guān)、限流電阻、負(fù)偏置電源、負(fù)偏置開關(guān)和隔離驅(qū)動電路等組成。在隔離驅(qū)動電路作用下，正偏置開關(guān)和負(fù)偏置開關(guān)互補的開通、關(guān)斷，正偏置開關(guān)開通時正偏電壓通過正偏置開關(guān)和限流電阻加到行波管柵極，使行波管開通，負(fù)偏置開關(guān)開通時，負(fù)偏電壓通過負(fù)偏置開關(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、開啟開關(guān)管、負(fù)偏置電源、截尾開關(guān)管和隔離驅(qū)動電路組成。

發(fā)射單元初通狀態(tài)時，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仍會保持截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)射單元不會報過流故障。

發(fā)射單元加觸發(fā)后，隔離驅(qū)動電路輸送兩路差分脈沖——開啟脈沖和截尾脈沖。開啟脈沖作用到開啟管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V1加到行波管柵極使行波管工作。開啟脈沖結(jié)束后，V1關(guān)斷V2開啟，負(fù)偏電壓通過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)動電路的開啟/截止脈沖一致。上升沿和下降沿主要受V1、V2的開通時間和關(guān)斷時間決定。V1、V2關(guān)斷時DS端最大電壓應(yīng)力Ug+Eg，考慮到開關(guān)管開關(guān)過程中會產(chǎn)生電壓尖峰，故V1、V2的VDS一般要>2（Ug+Eg）。在某型雷達發(fā)射單元調(diào)制器中由于Ug+Eg約為1200V，V1、V2各采用兩個開關(guān)管串聯(lián)以減少每個管子收到的電壓應(yīng)力。

3 柵極調(diào)制器常見故障分析

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為電源故障、開關(guān)管擊穿、限流保護電阻燒斷等，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)射單元過流故障或無功率輸出。無功率輸出說明調(diào)制器無輸出波形，分析電路圖可知無輸出波形與截尾電路部分無關(guān)，只有V7、V8無法導(dǎo)通，正偏電壓不能加到行波管才會導(dǎo)致行波管不工作而無功率輸出。導(dǎo)致V7、V8無法導(dǎo)通的原因主要有：

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

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

（3）調(diào)制器電源+V為0：調(diào)制器電源+V為0將導(dǎo)致開啟脈沖無法形成，變壓器T1的原邊無輸入最終導(dǎo)致V7、V8無法導(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機理相似，都是導(dǎo)致開啟脈沖無法形成，只是調(diào)制器電源+V為0時變壓器T1原邊一直為0，V3、V4發(fā)生擊穿時變壓器T1原邊一直為高電平。

調(diào)制器功能失效導(dǎo)致發(fā)射單元過流故障的原理是調(diào)制器輸出脈沖無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)射單元報過流故障。

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

調(diào)制器輸出脈沖無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導(dǎo)致發(fā)射單元報管體過流。

4 故障定位方法

調(diào)制器功能失效時，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明顯的燒毀或損傷，然后用萬用表依次檢測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，因此對其他機型發(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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