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机载雷达发射单元脉冲调制器常见故障

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摘要:文章主要介绍了三种脉冲调制器的种类、功能和输出脉冲的主要参数,并针对机载雷达发射单元常用的栅极脉冲调制器讲述了其电路组成和工作原理。最后,以某型发射单元调制器为例分析了栅极调制器的功能失效和波形失真的主要原因和排故方法。

关键词:脉冲调制器;输出脉冲;功能失效;波形失真

1概述

1.1脉冲调制器功能

脉冲调制器是脉冲雷达发射机的重要组成部分,其本质上是一个功率转换器,主要任务是为行波管提供性能合乎要求的调制脉冲。它把初级电源送来的交流功率先转换成有合适电压的直流功率,然后产生一定幅度、宽度、重复频率和一定功率的脉冲波形,用以控制行波管的工作,以产生大功率射频脉冲,经馈线和收发开关由天线辐射到空间。

1.2脉冲调制器种类

脉冲调制器的主要形式有线型脉冲调制器、刚管脉冲调制器和栅极调制器。线型脉冲调制器主要由高压电源、充电电路、脉冲形成网络、放电开关等组成,高压电源通过充电电感、隔离原件向脉冲形成网络充电,在脉冲形成网络上积聚大约电源二倍的电压,然后触发脉冲时放电开关打开,脉冲形成网络将存储的能量传给负载。刚管脉冲调制器与线型脉冲调制器组成相似,只是脉冲形成网络换成了储能电容,储能电容在充电时存储近似于电源的电压值,放电时,在触发脉冲的作用下放电开关打开,储能电容通过放电回路将能量传递给负载。刚管脉冲调制器的脉冲宽度主要由触发脉冲决定。栅极调制器主要由悬浮在高电位上的正偏置电源、正偏置开关、限流电阻、负偏置电源、负偏置开关和隔离驱动电路等组成。在隔离驱动电路作用下,正偏置开关和负偏置开关互补的开通、关断,正偏置开关开通时正偏电压通过正偏置开关和限流电阻加到行波管栅极,使行波管开通,负偏置开关开通时,负偏电压通过负偏置开关和限流电阻加之行波管栅极,使行波管截止。

2栅极调制器工作原理

调制器主电路主要由正偏置电源、开启开关管、负偏置电源、截尾开关管和隔离驱动电路组成。发射单元初通状态时,灯丝调制电源输出负偏置电压加至截尾管V2的源极S,V2栅源极形成电位差,V2导通,负偏置电压通过V2加至行波管栅极,使行波管一直保持截止状态。这样保证了行波管在加高压时仍会保持截止状态,发射单元不会报过流故障。发射单元加触发后,隔离驱动电路输送两路差分脉冲———开启脉冲和截尾脉冲。开启脉冲作用到开启管V1的GS端使V1导通,截尾脉冲作用到V2使其关断,正偏电压通过V1加到行波管栅极使行波管工作。开启脉冲结束后,V1关断V2开启,负偏电压通过V2加之行波管栅极使其截止。因此调制器输出波形的周期、脉宽、占空比与驱动电路的开启/截止脉冲一致。上升沿和下降沿主要受V1、V2的开通时间和关断时间决定。V1、V2关断时DS端最大电压应力Ug+Eg,考虑到开关管开关过程中会产生电压尖峰,故V1、V2的VDS一般要>2(Ug+Eg)。在某型雷达发射单元调制器中由于Ug+Eg约为1200V,V1、V2各采用两个开关管串联以减少每个管子收到的电压应力。

3栅极调制器常见故障分析

调制器故障一般可分为两类:功能失效和波形失真。功能失效的主要原因为电源故障、开关管击穿、限流保护电阻烧断等,波形失真主要是由电源电压不稳,元器件性能下降引起。下面将以某型发射单元调制器功能失效为例进行详细讲述。调制器功能失效向外表现在发射单元上一般为发射单元过流故障或无功率输出。无功率输出说明调制器无输出波形,分析电路图可知无输出波形与截尾电路部分无关,只有V7、V8无法导通,正偏电压不能加到行波管才会导致行波管不工作而无功率输出。

导致V7、V8无法导通的原因主要有:

(1)V7、V8的GS击穿:V7、V8为压控型场效应管,GS发生击穿将导致DS间的N型沟道无法形成,V7、V8无法导通。

(2)变压器T1故障:变压器T1故障将导致开启脉冲无法通过T1副边加到V7、V8的GS,导致V7、V8无法导通。

(3)调制器电源+V为0:调制器电源+V为0将导致开启脉冲无法形成,变压器T1的原边无输入最终导致V7、V8无法导通。

(4)V3、V4发生击穿:V3、V4发生击穿与调制器电源+V为0机理相似,都是导致开启脉冲无法形成,只是调制器电源+V为0时变压器T1原边一直为0,V3、V4发生击穿时变压器T1原边一直为高电平。

调制器功能失效导致发射单元过流故障的原理是调制器输出脉冲无法使行波管有效截止,导致该现象的原因有:

(1)V7、V8的DS击穿:V7、V8的DS击穿导致V7、V8失去开关特性,正偏电压不再受V7、V8的控制按一定的占空比加之行波管,而是持续作用到行波管,导致发射单元报过流故障。

(2)变压器T2故障:变压器T2故障将导致截止脉冲无法通过T2副边加到V9、V10的GS,导致V9、V10无法导通,负偏电压无法加至行波管栅极使行波管截止,导致发射单元报管体过流。调制器输出脉冲无法使行波管有效截止,除调制器功能失效引起外,调制器输出脉冲波形失真也会导致发射单元报管体过流。

4故障定位方法

调制器功能失效时,一般故障现象明显,首先采用目视法检查电路板和元器件有无明显的烧毁或损伤,然后用万用表依次检测V3、V4是否击穿,变压器T1原副边绕组是否正常、调制器电源电压是否正常、开关管V7、V8能否正常导通。调制器的性能直接影响发射单元输出功率、频谱质量、脉冲包络等参数的好坏,本文以某型发射单元调制器为例,分析了调制器故障的两种模式并分析了原因,给出了具体的定位方法。因调制器工作原理基本相同,因此对其他机型发射单元调制器的修理也具有一定的指导意义。

参考文献:

[1]郑新,李文辉.雷达发射机技术[M].北京:电子工业出版社,2004.

[2]王彦彬,黄永清.小型化、一体化浮动板脉冲调制器的研究[J].电源技术应用,2010.

[3]柳树.某大功率脉冲调制器的设计、仿真与控制实现[J].电子科技大学,2014.

[4]王刚.绝缘栅控双极晶体管大功率固态调制器[J].船舶电子对抗,2005.

作者:陈媛;张义超 单位:江苏金陵机械制造总厂

雷达学报责任编辑:张雨    阅读:人次
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