无载波脉冲探地雷达发射机技术分析

郑光华，田 耕

（中国兵器装备集团成都火控技术中心，成都 611731）

发射机主要通过纳秒级的脉冲源获取大幅度的窄脉冲，再由天线将该脉冲馈入到地下，即达成发射任务。无载波的脉冲探地雷达系统一般选择雪崩晶体管对脉冲源进行制作，输出的瞬间功率可高达几百瓦。以下就相关内容进行详细论述。

1 基于雪崩三极管的无载波脉冲探地雷达发射机技术

为了更好地把测试的信号发射出去，在无载波脉冲的探地雷达系统中，需要工作人员将对称性好、极性相反的高速脉冲进行双管并联以完成工作。

图1 雪崩三级管脉冲源基本原理图

如图1所示，脉冲源主要包括以下三个部分：信号输出/输入端口、高压电源、雪崩三极管并串联形成的高压脉冲源。

（1）高压电源：由变压器、继电器以及其他元件组成，在信号的触发作用下，可形成稳定的（12-600）V 范围的DC 高压。

（2）信号输入：触发信号通过一个频率为2M 的晶振与计数器以及相应辅件组成，可以生成512Hz 的信号。对电路的两个施密特触发装置进行激发。上述两个触发装置集成于一个元件里（HCF4538BE），一个由端口10对高压电源的继电器开关进行激发，控制高压的产生；另一个由端口6形成部分高压脉冲源的激发信号。该元件一般由5V 电源供电。

（3）高压脉冲：主要包括六个雪崩管，选择了2N4922（来源于摩托罗拉企业），以上六个三极管的工作模式为三个一组，分别产生一个正脉冲与负脉冲，且电压＞500V，即可在输出端口获得上千伏的窄脉冲。

2 无载波脉冲源的实地测试与优化

2.1 测试

选择泰克企业TDS6804B 型的示波器对该电路进行测试，得到以下结果：

所图所示：电路应用了雪崩管级联的设计方式。以便扩大形成脉冲的幅度，而且，还可让脉冲的宽度变窄。此种类脉冲源技术的性质，主要体现为三点，第一点，选择合适的晶体管；第二点，科学合理地设计线路；第三点，触发到脉冲。这些内容也是重中之重。实践运用过程中，需要以电路的初步筛选出晶体管，再通过带电容的负载脉冲发生装置选择一致性良好的管子。因晶体管的参数很多，且彼此影响，所以通常在选择的时候，应当以实际应用为标准。实践过程中，一般会以幅度偏大的管子和雪崩脉冲升高快的管子为主。因为，雪崩晶体管存在一定离散性，当前并未发现统一标准对晶体管进行选择，以确保电路的优越性。但是，为了使得电路结构可以在特定重频长的时间保持运行，有必要选择很多晶体管，从而使得测出的结果更加客观，电路特征也更有规律。从实地测试的波形图了解到，该无载波脉冲探地的雷达脉冲源，其输出约为+420/-380V，上升沿40ns，在测试中选用了SMA 接头、同轴电缆及二组60dB 的衰减器。分析结果可知：已接近于预定目标。输出的脉冲幅度总体为800V，未达到千伏脉冲。

图2 雪崩三极管高压脉冲源波形图

2.2 优化

方法一是电容锐化：一般条件下，电路会维持极小级数状态，而此种状态中才想要获得高输出电压，当选取不同剂间电容的数值时，每个电容都能不是很小，一定要保证没有到达末级雪崩管的脉冲数之前，前面级别的电容依据能够继续放电。但是，由于已经出现的脉冲宽度受到所选用的晶体影响，特别是参数的影响和储能电容值的影响。容值增加或者过大的时候，脉冲后沿则会加大，需要以尾端电容锐化进行处理：当尾端还没出现负载之前，找到合适的地方，串接电容。方法二是欠电荷充电法：电容锐化法存在一定缺点，那就是可能造成电路系统的较大反射，驻波大大超出1，甚至达到十几，同时输出状态为高压脉冲。假设反射非常大，反射出的脉冲认同电路的输出脉冲，相互叠加，对波形产生影响，出现较大的拖尾，极大可能造成电路烧毁。因此，需要运用自主截止弱反射的工作模式，将其设置在其中，能够很好地使得级间电容量下降，使得电荷遇到级联雪崩的当刻，马上释放出电荷。以此欠电荷充电的方式，对于诸多电容充电的电荷所在的雪崩级联过程当中末端荷载的放电状况并没有提出要求。反之，仅需保持至邻近1级（或某级）的雪崩管开始进行雪崩即可，选用此种方式重点需要将欠电荷充电当做基础的条件，为获得幅度想用的脉冲输入，定会比电容锐化方法设置多个电路级数。而增加的电路级数还会对电路的整体电容造成影响，进而导致输出脉冲的波形改变，所以，实际工作中必须经过反复测试分析，再设定电路级数。

3 结束语

总之，选择雪崩晶体管设计无载波脉冲探地雷达发射机具有成本低、效果好、电路简单等优点。重点应当从晶体管的选择，电器设计、触发脉冲等三方面入手，为了获得一个比较理想的纳秒级脉冲源，还需相关工作人员不断研究与实验。