無載波脈沖探地雷達發(fā)射機技術(shù)分析

鄭光華，田 耕

（中國兵器裝備集團成都火控技術(shù)中心，成都 611731）

發(fā)射機主要通過納秒級的脈沖源獲取大幅度的窄脈沖，再由天線將該脈沖饋入到地下，即達成發(fā)射任務(wù)。無載波的脈沖探地雷達系統(tǒng)一般選擇雪崩晶體管對脈沖源進行制作，輸出的瞬間功率可高達幾百瓦。以下就相關(guān)內(nèi)容進行詳細論述。

1 基于雪崩三極管的無載波脈沖探地雷達發(fā)射機技術(shù)

為了更好地把測試的信號發(fā)射出去，在無載波脈沖的探地雷達系統(tǒng)中，需要工作人員將對稱性好、極性相反的高速脈沖進行雙管并聯(lián)以完成工作。

圖1 雪崩三級管脈沖源基本原理圖

如圖1所示，脈沖源主要包括以下三個部分：信號輸出/輸入端口、高壓電源、雪崩三極管并串聯(lián)形成的高壓脈沖源。

（1）高壓電源：由變壓器、繼電器以及其他元件組成，在信號的觸發(fā)作用下，可形成穩(wěn)定的（12-600）V 范圍的DC 高壓。

（2）信號輸入：觸發(fā)信號通過一個頻率為2M 的晶振與計數(shù)器以及相應(yīng)輔件組成，可以生成512Hz 的信號。對電路的兩個施密特觸發(fā)裝置進行激發(fā)。上述兩個觸發(fā)裝置集成于一個元件里（HCF4538BE），一個由端口10對高壓電源的繼電器開關(guān)進行激發(fā)，控制高壓的產(chǎn)生；另一個由端口6形成部分高壓脈沖源的激發(fā)信號。該元件一般由5V 電源供電。

（3）高壓脈沖：主要包括六個雪崩管，選擇了2N4922（來源于摩托羅拉企業(yè)），以上六個三極管的工作模式為三個一組，分別產(chǎn)生一個正脈沖與負脈沖，且電壓＞500V，即可在輸出端口獲得上千伏的窄脈沖。

2 無載波脈沖源的實地測試與優(yōu)化

2.1 測試

選擇泰克企業(yè)TDS6804B 型的示波器對該電路進行測試，得到以下結(jié)果：

所圖所示：電路應(yīng)用了雪崩管級聯(lián)的設(shè)計方式。以便擴大形成脈沖的幅度，而且，還可讓脈沖的寬度變窄。此種類脈沖源技術(shù)的性質(zhì)，主要體現(xiàn)為三點，第一點，選擇合適的晶體管；第二點，科學(xué)合理地設(shè)計線路；第三點，觸發(fā)到脈沖。這些內(nèi)容也是重中之重。實踐運用過程中，需要以電路的初步篩選出晶體管，再通過帶電容的負載脈沖發(fā)生裝置選擇一致性良好的管子。因晶體管的參數(shù)很多，且彼此影響，所以通常在選擇的時候，應(yīng)當(dāng)以實際應(yīng)用為標準。實踐過程中，一般會以幅度偏大的管子和雪崩脈沖升高快的管子為主。因為，雪崩晶體管存在一定離散性，當(dāng)前并未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一標準對晶體管進行選擇，以確保電路的優(yōu)越性。但是，為了使得電路結(jié)構(gòu)可以在特定重頻長的時間保持運行，有必要選擇很多晶體管，從而使得測出的結(jié)果更加客觀，電路特征也更有規(guī)律。從實地測試的波形圖了解到，該無載波脈沖探地的雷達脈沖源，其輸出約為+420/-380V，上升沿40ns，在測試中選用了SMA 接頭、同軸電纜及二組60dB 的衰減器。分析結(jié)果可知：已接近于預(yù)定目標。輸出的脈沖幅度總體為800V，未達到千伏脈沖。

圖2 雪崩三極管高壓脈沖源波形圖

2.2 優(yōu)化

方法一是電容銳化：一般條件下，電路會維持極小級數(shù)狀態(tài)，而此種狀態(tài)中才想要獲得高輸出電壓，當(dāng)選取不同劑間電容的數(shù)值時，每個電容都能不是很小，一定要保證沒有到達末級雪崩管的脈沖數(shù)之前，前面級別的電容依據(jù)能夠繼續(xù)放電。但是，由于已經(jīng)出現(xiàn)的脈沖寬度受到所選用的晶體影響，特別是參數(shù)的影響和儲能電容值的影響。容值增加或者過大的時候，脈沖后沿則會加大，需要以尾端電容銳化進行處理：當(dāng)尾端還沒出現(xiàn)負載之前，找到合適的地方，串接電容。方法二是欠電荷充電法：電容銳化法存在一定缺點，那就是可能造成電路系統(tǒng)的較大反射，駐波大大超出1，甚至達到十幾，同時輸出狀態(tài)為高壓脈沖。假設(shè)反射非常大，反射出的脈沖認同電路的輸出脈沖，相互疊加，對波形產(chǎn)生影響，出現(xiàn)較大的拖尾，極大可能造成電路燒毀。因此，需要運用自主截止弱反射的工作模式，將其設(shè)置在其中，能夠很好地使得級間電容量下降，使得電荷遇到級聯(lián)雪崩的當(dāng)刻，馬上釋放出電荷。以此欠電荷充電的方式，對于諸多電容充電的電荷所在的雪崩級聯(lián)過程當(dāng)中末端荷載的放電狀況并沒有提出要求。反之，僅需保持至鄰近1級（或某級）的雪崩管開始進行雪崩即可，選用此種方式重點需要將欠電荷充電當(dāng)做基礎(chǔ)的條件，為獲得幅度想用的脈沖輸入，定會比電容銳化方法設(shè)置多個電路級數(shù)。而增加的電路級數(shù)還會對電路的整體電容造成影響，進而導(dǎo)致輸出脈沖的波形改變，所以，實際工作中必須經(jīng)過反復(fù)測試分析，再設(shè)定電路級數(shù)。

3 結(jié)束語

總之，選擇雪崩晶體管設(shè)計無載波脈沖探地雷達發(fā)射機具有成本低、效果好、電路簡單等優(yōu)點。重點應(yīng)當(dāng)從晶體管的選擇，電器設(shè)計、觸發(fā)脈沖等三方面入手，為了獲得一個比較理想的納秒級脈沖源，還需相關(guān)工作人員不斷研究與實驗。