[发明专利]通用厚膜型浮动板调制器

说明书

技术领域

本发明涉及微波功率放大器，进一步涉及脉冲浮动板调制器，具体地是一种通用厚膜型浮动板调制器，主要用于控制栅控或聚焦极控行波管中电子注的通断，从而完成行波管放大器不同脉冲信号形式的输出。

背景技术

栅控或聚焦极控行波管放大器因其具有可靠性高、瞬时带宽大、调制方式灵活等优点，在现代雷达系统中得到了广泛的应用。作为栅控或聚焦极控行波管放大器的重要组成部分，浮动板调制器的优劣在很大程度上决定了整部发射机的性能和可靠性。脉冲浮动板调制器是栅控或聚焦极控行波管放大器的主要组成部分，它的主要作用是通过控制行波管中电子注的通断，实现行波管放大器不同脉冲信号形式的输出。

为了保证行波管放大器能够满足现代雷达系统的要求，脉冲调制器的工作比、脉冲宽度和脉冲重复频率必须大范围可调，同时兼顾通用性、散热、可靠性、体积、重量及结构形式等技术指标。

目前，国内对行波管放大器中的浮动板调制器研究虽然较多，但是在技术工艺上仍存在以下不足：

1.不能同时很好的兼容窄或极宽脉冲。在有的产品中，浮动板调制器虽然能够实现较宽的脉冲，但其使用的脉冲变压器匝数较多，体积较大，导致输出窄脉冲时前后沿较差；在有的产品中，利用Mosfet栅源结分布电容放电延时的方法实现调制器宽脉冲的输出，虽然解决了脉冲变压器体积较大的问题，但其在输出极宽脉冲时顶降较大。

2.通用性和互换性不强。由于行波管本身栅极正偏压的离散性较大，放大器之间的调制器不能直接互换，必须对充满了变压器油或绝缘胶体高压侧的相关电路参数进行调节，由于在放大器工作过程中有高压存在而不能进行操作。

3.结构复杂，体积较大。目前产品多采用分立元件实现开启/截尾脉冲功能，在高压调制开关上采用多个功率无感电阻，且多采用2个及以上脉冲变压器，使其体积较大，无法满足某些条件下行波管放大器小型化的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对目前浮动板调制器存在的窄或极宽脉冲兼容通用性、互换性不强及结构复杂，体积较大等诸多不足，研制一种通用厚膜型浮动板调制器，该调制器能够同时兼容极宽和窄脉冲，具有输出波形好、可靠性高，体积小、重量轻、通用性强等优点，可以满足不同栅控或聚焦极控行波管放大器的要求。

本发明解决技术问题的方案是：该通用型脉冲浮动板调制器主要由控制器件FPGA，高速逻辑光耦、驱动电路，脉冲隔离变压器，厚膜高压开关电路和悬浮电源组成，所述控制器件FPGA使用VHDL语言形成开启脉冲串和截尾脉冲；采用高速逻辑光耦实现隔离，用于行波管放大器发生打火故障时保护FPGA；采用MOSFET高速驱动器构成驱动电路实现对开启脉冲串和截尾脉冲的放大；所述脉冲隔离变压器由单初级与双次级构成，所述厚膜高压开关电路由开启管Q2和截尾管Q3及其辅助电路组成，开启脉冲串和截尾脉冲经隔离变压器传输到厚膜高压开关电路，加至开启管Q2和截尾管Q3的栅极-源极之间，控制Q2和Q3的通断，切换从悬浮电源输出的正偏压和负偏压，形成调制脉冲。由于所述采用了将极宽脉冲调制成脉冲串的方案，回避了脉冲隔离变压器时宽-幅度积的限制，实现了对极宽和窄脉冲的兼容。

本发明的厚膜高压开关电路的辅助电路由二极管V1-V6，三极管Q1，高压气体放电管SG1及电阻R1-R6组成；其中，V1，V3为高速表贴整流二极管，Q1和V1组成快速放电电路，用以缩短Q2在开启脉冲串结束后的放电时间，从而有利于减小调制器的功率损耗和发热量。V2，V4为TVS(瞬态电压抑制器)，用于保护开启管Q2和截尾管Q3的栅极免受过压脉冲的损坏；V5，V6为高压二极管，用于消除调制脉冲的顶部和底部过冲；高压气体放电管SG1在行波管发生打火故障时，用于保护开启管Q2和截尾管Q3的漏-源极免受击穿；所述R1，R6为匹配电阻，R2，R3，R4为功率电阻，R5为下拉电阻，所有电阻和电路走线均采用厚膜集成工艺组件取代分立器件实现高压调制开关，使整个浮动板调制器结构紧凑、易于散热。