调制固态雷达发射机脉冲前后沿的方法

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  摘要:随着科学技术的不断发展,人们将微波晶体管安装在固态雷达发射机之中,并取得了良好的应用效果。本文根据以往工作经验,总结了功率管及雷达对脉冲的前后沿需求,并从控制位置、调制机理、调制原理、偏差修正四方面,论述了调制固态雷达发射机脉冲前后沿的具体方法,希望对相关工作可以起到一定的帮助作用。
  关键词:固态雷达;发射机脉冲;前后沿
  前言:
  近年来,微波晶体管的研究技术越来越成熟,具体的作用也实现了放大。在雷达应用过程中,由于种类不同,用处也不同,更重要的是,雷达对发射机的脉冲前后沿要求也不一样。在发射系统设计过程中,功率管的应用显得十分重要,必须满足发射机输出脉冲前后沿标准。如果在工作中出现了指标差异,应根据具体的处理方式对发射机脉冲前后沿进行调制。
  1.功率管及雷达对脉冲的前后沿需求
  1.1功率管的脉冲前后沿
  一般来说,固态发射机的脉冲前后沿一般较小,数值一般保持在20ns以内。相比之下,固态发射器的前沿会根据功率管的不同而发生变化,这也导致其输出的脉冲也存在不同。根据以往使用情况来看,常用功率管的输出信号脉冲前沿数据在10ns到200ns不等。双机性功率管主要是通过电流来实现功率管理工作,站在发射极角度来说,电流会从O开始上升,在上升过程中所花费的时间较长,促使信号脉冲前沿变化也较大。整体来看,双极性功率管的线性区间有限,如果功率的输入值较小,无法带动双极性功率管正常工作。除了双极性功率管之外,常用的功率管还包括LD MOS功率管和GaN功率管,这两种功率管属于电压控制器件范畴,在开关速度上得到了显著提升,脉冲前沿也可以保持在20ns以内;相比之下,这两种功率区间的线性区间较大,而在线性区域工作过程中,功率管的脉冲前后沿并不会发生太大变化。
  1.2雷达对脉冲前后沿要求
  由于雷达的应用种类较多,在发射机脉冲前后沿的设计上也会存在很多不同之处,甚至还会小于某个固定的数值,这样一来,在功率管的选择及发射机的设计上就会变得更加简单。在二次雷达领域之中,人们对脉冲前后沿提出了更多要求,其中前言必须保证在50到100ns之间,而后沿的要求为500到200ns之间。为了满足使用要求,需要对双极性功率管进行合理选择,但处于指标区间的双极性功率管实在太少,以后沿数值限制为主。由于脉冲的后沿数值很小,如果单单依靠功率管本身很难让信号波形满足指标。此时,人们需要根据实际需求对脉冲前后沿进行合理处理,为脉冲前后沿使用提供基础条件。
  2.调制固态雷达发射机脉冲前后沿的具体方法
  2.1控制位置
  整体来看,固态雷达发射机在系统增益幅度上比常规雷达要高出很多,总输出功率也会得到相应提升,这也容易引发一个问题,即功率管的单管增益较低,无法让输出功率进一步提升。因此,在固态雷达发射机使用过程中,一般会将多个功率管串联起来,以此来实现功率的有效提升。另外,在功率管输出功率提升过程中,人们一直无法将功率管的输入功率变化因素消除,导致发射管在工作过程中很容易出现饱和状态,从而降低了功率输出的增加幅度。再加上功率管的功率增加情况要比线性区中的功率增幅小很多,而在脉冲的影响下,此种情况能够得到一定的改观。当脉冲信号功率逐渐提升时,功率管的增加幅度也会进一步降低,如果将脉冲功率降低,功率管的输出功率会得到进一步提升。因此,在具体的精度提升过程中,研究人员可以着重对发射机脉冲前后沿进行合理调制。为了方便研究,本文所采取的发射机脉冲前后沿发射装置为PIN开关,再加上相关二极管的配合,实现了开关的合理调制。
  2.2调制机理
  首先,在PIN二极管直流特性调制过程中,主要是由根据二极管的组成来实施的。PIN二极管主要由P层、N层以及I层组成,如果在直流或者低频的情况下,PIN二极管在形态和功能上与PN二极管并无太大区别,可作为整流器应用到雷达电路之中。在整个固态雷达发射机频率升高时,该类二极管的整流作用逐渐降低,最终还会将单向导电性失去。另外,PIN二极管属于微波控制软件范畴,在工作中会受到微波信號的影响。如果是正向偏置,整个系统会推动载流子向I层流动,此时,系统中的偏置电流会出现大幅度提升,各层的电荷储备量也会得到提升,当电荷提升到一定程度之后,PIN也会将低阻抗特性突显出来。通过对二极管的研究来看,其本身特性具有单相传导性,还能通过电感与电阻的串联呈现出寄生特性,这一点在Ls和Rs串联中体现的尤为明显。而在反向偏压环境中,I层之中几乎不会存在载流子。除此之外,I层可以被看做一个容量固定的小电容,由于阻抗数目较大,PIN二极管很容易进入到静止状态。当阻抗慢慢变小之后,整个固态雷达发射机脉冲前后沿的导通能力也会得到提升,从而为后续调制工作的开展提供基础。
  2.3调制原理
  在调制原理制定过程中,为了方便研究,工作人员需要在功率管的输入端上加装一个PIN开关,该开关涉及到三个端口,即射频输入端与输出端、TTL控制端。如果从射频端口进行脉冲的输入和输出,人们需要对射频输入信号进行进一步调制,之后利用射频信号对功率管的工作进行推动。在TTL控制信号应用过程中,主要以跳变电压信号形式在脉冲前后沿内进行穿梭,可以调制工作的开展提供更多数据。另外,当射频输入信号进入到PIN开关之后,TTL控制信号也会出现一定变化,有原来的正状态变为负电平,此时,PIN开关也会处于截止状态,允许通过的信号也很少。当TTL控制信号变成高电平之后,PIN二极管中的载流子流向也会出现变化,I层的载流电子数量将会持续增加,这样一来,不但整个系统的阻抗得到了降低,发射机脉冲前后沿的导通能力也能得到提升,增加了信号的导通功率。除此之外,在TTL信号后端,电平模式也会出现一定改变,在I层载流电子渐渐稀少的同时,整个二极管的导通能力开始下降。在此过程中,射频信号在脉冲前后沿中的下降时间几乎相同。
  2.4偏差修正
  站在固态雷达发射机脉冲前后沿调制角度来说,TTL控制信号与射频信号之间存在一种相对关系,当TTL处于负电平状态时,PIN开关便会截止。从另一个角度来说,当TTL处于高电平时,PIN开关将会由截止向导通转变。整体来看,TTL前沿的相对时间只会影响射频信号,从而改变脉冲宽度。当射频输出信号的脉冲比指标要求高出几个等级后,需要对TTL信号的前沿位置进行更改,并转移到靠前的位置上。另外,TTL控制信号在通过PIN开关时,二极管会从关闭状态向导通状态转变,只要二极管的导通状态没有完全实现,PIN开关中的射频输入信号也不会截止。而在具体的工作条件下,如果脉冲前后沿输出信号数量较低,PIN开关也会想脉冲前沿转变。
  总结:
  综上所述,在固态雷达发射机脉冲前后沿调制过程中,PIN二极管属于一种重要的开关器件,主要的工作内容便是对I区中存储的电荷情况进行统计和了解,并通过高阻和低阻的转变,为微波功率的传输和反射提供良好条件。另外,整个系统可以利用二极管的串联降低功率消耗,在隔离值的确定上,主要以PIN二极管的电容量来决定。
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