调制固态雷达发射机脉冲前后沿的方法

郑光华+袁胜伟

摘 要：在科学技术发展的过程中，微波晶体管技术愈加成熟且实际应用更加广泛。其中，固态雷达发射机对微波晶体管进行了运用，被广泛应用在雷达领域当中，效果显著。按照用途的差异，可以将雷达划分成诸多类型，但整机对于发射机脉冲前后沿的要求有所区别。为此，设计发射系统的过程中，应保证功率管选择与雷达整机发射机输出脉冲前后沿要求相适应。一旦指标出现了差异，则需借助具有针对性的处理方法，适当地调制发射机输出脉冲的前后沿。

关键词：固态雷达发射机；脉冲前后沿；调制；方法

一、功率管脉冲前后沿概述

通常情况下，固态发射机脉冲后沿不大，且数值不超过20 。前沿则需要按照所使用的功率管类型来确定。一般来讲，功率管输出信号脉冲前沿数值会控制在10-300 范围内[1]。对于双极性功率管而言，则是在功率管完全导通状态下所需电流数值的跨度时间相对较长，致使双极性功率管的输出信号脉冲前沿数值相对较大。其中，双极性功率管线性区间偏小，如果输入功率不大，双极性功率管就难以正常运行。在双极性功率管工作处于非饱和区域的状态，实际输出的信号脉冲前沿不理想，还会跟随输入功率不断下降，影响脉冲前沿质量。所以，要想获取理想的脉冲前沿，一定要保证功率管处于饱和区域。

LD MOS功率管与GaN功率管属于电压控制型器件，而功率管开关速度相对较快，其脉冲前沿不超过20nS，通常情况下，功率管脉冲前沿在5nS上下。除此之外，LD MOS功率管与GaN功率管线性区间更大，在功率管处于线性区域的时候，其脉冲前沿一般不会发生改变。

二、雷达脉冲前后沿的具体要求

在实践过程中，雷达的实际应用范围广泛且种类诸多。其中，大部分雷达发射机的脉冲前后沿不应超过某一数值，究其原因，不同功率管的输出信号脉冲后沿不大，因而在设计的过程中，只要对脉冲前沿进行考虑即可，使得功率管选择与发射机设计更加简单[2]。其中，二次雷达领域中对脉冲前沿的要求是不低于50nS且不超过100nS，而对于脉冲后沿的要求则是不低于50nS且不超过200nS。LD MOS功率管与GaN功率管輸出信号脉冲的前后沿都不大，一般是10nS。如果仅仅依靠功率管输出信号波形脉冲前后沿是难以与指标要求相适应的，所以在设计系统的过程中，必须及时处理脉冲的前后沿，以保证输出信号脉冲前后沿能够与指标要求相适应。

三、调制固态雷达发射机脉冲前后沿的有效方法

（一）合理选择方法

在功率方面，发射机输出信号脉冲前沿与后沿具体表现在：脉冲前沿位置的发射脉冲功率不断扩大，而后沿位置的发射脉冲功率随之降低。要想保证发射脉冲功率逐渐扩大亦或是降低可以通过以下两种方法实现：1）对功率管工作电压进行控制，以保证其工作电压能够在脉冲前沿阶段增加，而在后沿阶段降低；2）对发射机功率管输入功率信号进行控制，以保证输入功率信号脉冲前后沿与指标要求相适应[3]。如果功率管选择使用LD MOS功率管与GaN功率管，在其处于非深饱和区的情况下，功率管输出信号的脉冲前后沿就能够保证和输入信号脉冲前后沿保持一致。

（二）具体位置的控制

一般情况下，固态雷达发射机系统的增益相对较高，而且总输出功率偏大。但是，发射机所使用的功率管单管的增益不高，实际的输出功率也不大。在这种情况下，固态雷达发射机应选择使用多级功率管串联的方式，确保系统增益效果不断增强。与此同时，同一级选择使用多只功率管并联的方式，实现输出功率的提升。

要想全面强化功率管输出功率，尽量降低功率管输入功率变化对于输出功率带来的影响，需要保证发射系统当中功率管处于饱和区，而且功率管功率增益不超过线性区域功率增益。针对输入信号脉冲前沿的位置，会伴随脉冲信号功率的增加，功率管输出的增益会随之下降。而针对输入信号脉冲后沿的位置，在脉冲信号功率下降的同时，功率管输出增益会增加。为达到控制精准度的全面提升的目标，应保证发射机脉冲前后沿控制电路的调制设置在发射机最后一级的功率管输入端位置。在文中，对输入信号脉冲前后沿调制的过程中，将PIN开关安装在末级功率管输入端的位置，并且借助开关当中的PIN二极管高频开关特征完成调制的目标。

（三）调制的基本原理

可以通过图一表示调制原理，将PIN开关设置在发射机末级功率管输入端的位置[4]。其中，PIN开关端口数量有三个，即射频输入端口、射频输出端口与TTL控制端口。在实践过程中，将没有经过调制的射频输入信号输入到射频输入端口，并通过射频输出端口输出，即经过调制射频输出信号。利用经由调制的射频信号即可全面促进后端功率管的工作开展。而TTL控制信号则是能够实现正负跳变的电压信号。

在射频输入信号进入到PIN开关的时候，TTL控制信号是负电平，而PIN开关则是截止的状态，此时PIN开关输出端并不存在射频输出信号。在TTL控制信号从负电平转变成高电平的情况下，PIN二极管的P层与N层载流子就会注入到I层。在整个过程中，I层当中的载流子数量会随之增加，而且导通阻抗则会不断降低，一定程度上提高了导通能力。伴随PIN二极管射频信号功率的缓慢提高，载流子向I层注入数量达到极限的情况下，PIN二极管导通能力同样会变大。

对于TTL信号后盾主要从正电平转变成负电平，那么I层当中的载流子数量会随之降低，而且PIN二极管的导通能力更加薄弱，PIN二极管射频的功率明显降低。在I层当中载流子数量接近于零的情况下，PIN二极管接近与截止状态，而且PIN开关输出端没有射频输出信号。为此，在设计PIN开关的过程中，应保证导通与关断时间与二次雷达指标要求二极管要求相适应。这样一来，当射频信号经过PIN开关的情况下，射频输出信号脉冲的前后沿就能够与使用要求相吻合。

（四）偏差的有效修正

第一，前沿修正。在射频输出信号脉冲前沿超过指标要求的情况下，要移动TTL控制信号前沿位置至射频输入信号前沿位置稍靠前的地方。在实际使用的过程中，结合 二极管导通的时间对TTL控制信号前沿和射频信号前沿时间的间隔予以调节，以保证射频输出信号脉冲前沿与要求相吻合[5]。

第二，后沿修正。在射频输出信号脉冲后沿超出指标要求的情况下， 开关输入端始终存在射频输入信号，经过TTL控制信号会从正压跳变成负压，而v开关导通能力下降。在实际使用的过程中，应结合PIN二极管关断的时间对TTL控制信号后沿和射频信号后沿时间间隔进行调节，确保射频输出信号脉冲后沿与要求相吻合。

结束语：

综上所述，固态雷达发射机脉冲前后沿调制的方法直接关乎雷达整机的使用与运行状况，所以必须给予高度重视。

参考文献：

[1] 于龙，孟欢，范青等.调制固态雷达发射机脉冲前后沿的方法[J].电子世界，2017（7）：200，封3.

[2] 卢哲，陈立，冯冬冬等.固态刚性调制雷达发射机的研究与设计[J].黑龙江科技信息，2016（27）：118.

[3] 杨明.毫秒级宽脉冲速调管发射机研究[J].现代雷达，2017，39（6）：62-65，69.

[4] 杨兴.全相参固态化雷达信号接收与处理实现研究[D].东南大学，2015.

[5] 袁同山.一种新型X波段气象雷达发射机[J].工业技术创新，2015，2（4）：429-432.

作者简介：

郑光华，男（1983.11——），重庆市璧山山区人，工程师，本科，研究方向：火控雷达发射机。

袁胜伟，男（1989.1--），云南省宣威市人，助理工程师，本科，研究方向：火控雷达发射机。