“雷达发射机调制器”教学的思考与实践

“雷达发射机调制器”教学的思考与实践

李延辉张东霞胡晓琴简涛

（空军预警学院雷达士官学校，湖北武汉430345）

摘要：从雷达发射机调制器教学中的疑难问题出发，分别围绕区分不同发射异同、把握调制器输出视频脉冲信号波形参数关系、深入理解不同充电方式共性与差异、明确选择放电方式的依据以及做好对调制器附属电路的辨析等几方面提出了针对性地解决措施。

关键词：调制器；充电；放电；发射机；雷达

1.引言

《雷达原理与实验》是我校雷达维修专业大专士官学员必修课程，该课程为后续《雷达设备原理与维修》提供前期的雷达原理知识储备以及必要的实践技能。其中该课程发射机内容当中调制器部分为本课程的重难点内容，而且历经多年教学实践，很多学员在学习这块内容时，感觉内容比较多，学习相对抽象，易混淆概念多，难点多，不易理解。针对以上问题，我们结合多年教学实践，对调制器教学进行了几点针对性的思考与改进。

2.组成调制器的主要内容及教学要求

2.1对单级振荡式脉冲雷达发射机的总体教学要求

本课程应使学员在理解雷达发射机技术基本理论的基础上，掌握雷达发射系统性能指标和系统构成、分析雷达发射系统工作原理的基本方法，从而建立雷达发射系统的整体概念和知识体系。了解雷达系统中常用发射机主要器件的结构，理解其工作原理并掌握其功用。针对单级振荡式脉冲雷达发射机，重点掌握磁控管高功率振荡器的结构、工作参数、工作原理；掌握大功率脉冲调制器的组成、工作原理、功能和类型。

2.2.调制器简介

脉冲调制器用来产生调制脉冲，以控制高频振荡器或高频放大器的工作。目前应用的高频振荡器或高频放大器，几乎都需要调制器输出大功率的调制脉冲。

脉冲调制器主要由调制开关、储能元件、隔离元件和充电旁通元件等四部分组成，如图1所示。

图1脉冲调制器原理组成框图（未画出附属电路）

脉冲调制器的工作过程可分充电和放电两个阶段，这两个阶段的转换，由调制开关控制，在调制开关断开期间，高压电源通过隔离元件和充电旁通元件向储能元件充电（充电回路如图中虚线所示），使储能元件储存电能；在调制开关接通的短暂时间内，储能元件通过调制开关向负载放电（放电回路如图中实线所示），使负载（高频振荡器或高频放大器）工作，这时就有大功率高频脉冲信号经射频传输系统送往天线。

3.教学中学员易出现的疑难问题

3.1刚性调制器开关、软性调制器开关概念易混淆

对两种调制器开关的用途及调制器输出视频脉冲波形特点不易分辨清楚。对两种调制器开关使用的典型器件应用及器件外观识别易混淆。

3.2调制器输出与电真空器件连接关系不清楚

部分学员对调制器与电真空器件（磁控管）的连接点弄不清，认为应当接入磁控管的灯丝上或者接入磁控管的阴极和灯丝上，或者认为应当接入阴极和阳极上但是阴极应当接地。实际上正确的接法是调制器的输出应当接入磁控管的阳极和阴极之间，且阳极应当接地。

3.3调制器输出波形及电压对电真空器件输出特性的影响

主要表现在：调制器输出电压幅度对电真空器件输出功率的影响、调制器输出电压幅度抖动（上冲、下冲波形）对电真空器件输出功率稳定性的影响概念把握不准。

3.4调制器充电、放电的回路与区别不清

主要表现在：充电、放电回路各自信号流程把握不准，对调制开关“开”与“关”的时机理解不够，对隔离元件、充电旁通元件作用把握不好。

3.5充电的三种方式认识不清

主要表现在：对充电三种方式区分根据理解不够，即定时器触发脉冲重复周期与调制器充电振荡周期关系把握不够准确。

3.6放电的三种方式及对发射机的影响不清

三种放电方式，分别是是匹配放电、振荡放电、阶梯放电。三种放电主要是根据调制器特性阻抗与负载电阻大小关系来判断。教学中突出的问题是学员对选择何种发电方式有利不够清楚，对影响放电的因素认识不够。

4.教学中针对性的解决措施

在教学中，为了解决上述的疑难问题，经过多个期班教学，我们认为：调制器内容的学习不仅与调制器本身有关，还和发射机系统以及不同发射机甚至整个雷达系统有关，在教学中，应当引导学员建立系统思维，将调制器放在整个雷达发射机，不同发射机体制对比下，甚至是雷达系统的背景下进行教学。

4.1区分单级振荡式与主振放大式发射机异同

（1）从输出功率产生方法上区分

脉冲调制器作为单级振荡式发射机的重要组成部分，发射机产生的大功率脉冲规定了整个发射机的脉冲宽度、输出射频调制脉冲功率，很大程度上影响到射频脉冲波形质量。主振放大式脉冲雷达发射机的调制器也决定了整个发射机的输出射频调制脉冲功率、波形质量。但其脉冲宽度与重复周都是由激励脉冲产生的。

（2）从输出波形多样性复杂度上区分

单级振荡式脉冲雷达调制器常采用仿真线（多节电感、电容连接用以仿真传输线，故也称仿真线）作为储能元件。其脉冲宽度决定于仿真线的电感与电容大小，一旦仿真线确定了，则脉冲宽度就唯一确定了。因此如果要产生两个或者两种以上脉冲宽度调制信号，则需要采用更多节仿真线，导致体积增大、电路复杂。所以一般不超过两种脉冲宽度。而主振放大式脉冲雷达发射机其脉冲宽度、重复周期及脉冲内部调制信号波形都可以由频率综合器和信号波形产生器来确定，控制改变灵活方便，采用数字方法易于形成复杂多样的信号波形。

（3）从输出频率稳定度上区分

教学中引导学员思考由于单级振荡式脉冲雷达发射机的振荡频率受磁控管的工作温度变化、负载变化、阳极电压变化的综合影响，导致频率稳定度较低；而主振放大式脉冲雷达发射机的频率稳定度主要取决于主振源的频率稳定度，而主振源的频率稳定度非常高。

4.2把握调制器输出视频脉冲信号波形参数的关系

在授课中，仅仅围绕调制脉冲波形形成的四个要素：脉冲宽度、重复周期、脉冲幅度以及波形质量来分析调制器各级波形形成、充电放电状态及特性。此外要注意结合维修技能培养故障分析能力。例如通过弄清定时器触发脉冲与输出调制脉冲的时序关系，进而当发射机出现重复周期不正确的故障时，由于知道重复周期取决于定时器的重复周期，所以判断故障点时首先去查定时器输出是否正确；如果脉冲宽度不正确时，由于知道脉冲宽度大小取决于仿真线的参数，因此判断故障首先判断仿真线可能出现故障。

4.3深入理解不同充电方式共性与差异

调制器三种充电方式判断的依据是重复周期与仿真线的充电振荡周期大小关系。依据重复周期等于、小于、大于0.5倍的仿真线充电振荡周期，三种充电方式就被依次确定为：直流谐振充电、直流线性充电、直流振荡充电。授课中反复强调不同充电方式的仿真线上波形，根据波形特点：谐振形、线性形、振荡形来熟记充电方式，提高学习效果。

4.4明确选择放电方式的依据

调制器三种放电方式判断的依据是调制器负载电阻与仿真线的特性阻抗大小关系。依据负载电阻等于、小于、大于仿真线的特性阻抗，三种放电方式就被依次确定为：匹配放电、振荡放电、阶梯放电。授课中反复强调不同放电方式的输出波形，根据波形特点：近似矩形、矩形基础上的递减振荡波形、阶梯波形来熟记放电方式，提高学习效果。同时必须明确只有两种放电方式是可以选择的即匹配放电和振荡放电，而阶梯放电是绝对不能采用的。结合波形质量如上升下降沿、脉冲宽度与重复周期是否抖动变化，分析其与调制器的关系，对末端连接的负载（磁控管）有何影响。

4.5做好对调制器附属电路的辨析

充电电路常用的附属电路有：隔离二级管；放电电路常用的附属电路有：负载补偿电路、消尾部振荡电路、消除过充电电路（也叫反峰电路）。教学中这些电路容易混淆，不易辨析，为了加强理解，主要从以下几个方面着手：一是搞清电路的作用，明确不同电路是用来解决什么问题的。如隔离二极管具有单向导电性，解决的是防止出现振荡充电，同时要联想到振荡充电的波形；负载补偿电路用来解决发射机输出大功率射频脉冲前沿尖峰；消尾部振荡电路用来消除尾部振荡的危害；消除过充电电路用来消除仿真线上负向电压。二是强调电路组成元件差别。如隔离二极管组成只有一个二极管，具有单向导电性；负载补偿电路由一个电阻与一个电容串联而成，其电阻阻值与仿真线特性阻抗相同，并且该电阻电容的时常数大大小于调制器输出脉冲宽度；消尾部振荡电路也只有一个二极管，同样具有单向导电性；消除过充电电路是由一个二极管和一个或多个电阻串联组成。三是强调附属电路安装位置差别。如隔离二极管只能安装在隔离元件与仿真线之间，并且二极管阳极与隔离元件相连，才能保证正确使用；负载补偿电路安装在充电旁通元件（高压脉冲变压器）的输入级且与输入级两端并联；消尾部振荡电路所用的二极管与高压脉冲变压器的输出级两端并联，且二极管阳极应与调制器输出的高压脉冲极性相反；消除过充电电路安装在仿真线输入端，且该电路的二极管阴极与仿真线输入端连接，电路末端的电阻与地连接。

5.结束语

除了以上的具体针对性措施外，在教学中，我们还注重从调制器的电子开关如氢闸流管开关、可控硅开关以及磁控管的使用保养等方面，结合调制器的基本概念、装备维修实例进行启发讨论，最终达到了较好的教学效果。

参考文献

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作者简介：李延辉（1972-），男，辽宁昌图人，硕士，副教授，研究方向为雷达系统，雷达新技术，雷达装备及电子防御，空军预警学院雷达士官学校。