[发明专利]一种快速前后沿脉冲调制器

说明书

本发明公开了一种快速前后沿脉冲调制器，包括直流电压源单元、开关单元、负载单元、高电压源单元和后沿陡化电路单元；所述的高电压源单元包括高电压电源、高电压充电电阻、高电压储能电容和高压隔离二极管，所述的高电压电源的输出电压高于直流电源的输出电压。所述的后沿陡化电路单元包括后沿陡化电容、后沿陡化电阻和二极管，后沿陡化电容和后沿陡化电阻相并联，再与二极管串联后，跨接在半导体开关的源极S和地之间。本发明在传统脉冲调制器基础上，设计了前沿和后沿陡化电路单元，极大地改善了脉冲调制器性能，使得微波放大器端调制脉冲前沿小于30ns，后沿小于50ns。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种应用于脉冲功率技术领域的快速前后沿脉冲调制器，特别是用于固态微波功率放大器的快速前后沿脉冲调制器。

背景技术

脉冲调制器主要为固态微波功率放大器提供脉冲电源，为了保证放大器在大功率条件下高效率工作，要求脉冲调制器在放大器两端输出脉冲具有较快的前后沿、较小的过冲和顶降。脉冲调制器主要由直流电源、充电电阻、储能电容、半导体开关、开关控制模块及其负载组成，负载即为固态微波功率放大器。脉冲调制器的工作流程为：直流电源通过充电电阻将能量储存在储能电容；开关控制模块产生重复频率几十kHz、脉冲宽度几十ns～几十us连续可调的脉冲控制信号，控制半导体开关导通与关断；储能电容通过半导体开关通断，在负载端输出与控制信号同相的调制脉冲信号。

在脉冲调制器设计中，为了获得较快的脉冲前后沿及减小调制器热损耗，半导体开关一般选择导通与关断时间在ns量级、导通电阻在mΩ量级的GaN半导体NMOS管；储能电容容值一般设计在几百uF以上，以保持调制脉冲在高电压、大电流、us级脉宽输出时，具有较小的脉冲顶降。

在实际应用中，为了防止微波功率放大器输出微波耦合至脉冲调制器，通常在两者之间设计一段四分之一波长传输线，并在脉冲调制器端连接一个微波接地电容，使得放大器向调制器的微波传输通道阻抗为“开路”，以实现两者之间微波传输的有效隔离。微波接地电容主要用于微波传输接地，其集总电容值在pF量级，在脉冲调制器电路中可忽略。由于四分之一波长传输线的引入，增加了脉冲调制器与放大器之间的接线电感，该电感使得放大器端调制脉冲前沿和后沿严重恶化。以目前国内外普遍采用的GaN半导体微波功率放大器为例，其导通电阻约为700mΩ，工作于X波段时，四分之一波长传输线的引入电感约为40nH。放大器调制脉冲前沿和后沿的时间常数为τ＝L/R，其中L为传输线引入电感，R为放大器导通电阻，计算得到τ约为60ns，脉冲前后沿的上升和下降时间一般为时间常数τ的3～4倍。因此，即使调制器输出为理想的“方波”，在放大器两端调制脉冲上升沿和下降沿也均在200ns以上，难以满足使用要求。

发明内容

本发明针对目前X波段微波功率放大器调制脉冲前沿小于30ns、后沿小于50ns的研制要求，提出一种快速前后沿脉冲调制器，解决了脉冲调制器与微波功率放大器之间传输线电感对调制脉冲前后沿的恶化问题，可将脉冲前沿陡化至30ns、后沿陡化至50ns以内，具有重要的实用价值。

传统的脉冲调制器一般由直流电源、充电电阻、储能电容、半导体开关、开关控制模块及其负载组成，其中负载包括传输线电感、接地电容及放大器导通电阻(X波段微波接地电容的集总参数在亚pF量级，在脉冲调制器电路中可忽略)。本发明在传统脉冲调制器基础上增加了高电压源单元和后沿陡化电路单元，高电压源单元包括高电压电源、高电压充电电阻、高电压储能电容，后沿陡化电路单元包括后沿陡化电容和后沿陡化电阻。

本发明的技术方案如下：

一种快速前后沿脉冲调制器，包括直流电压源单元、开关单元和负载单元，所述的开关单元包括半导体开关；还包括高电压源单元和后沿陡化电路单元；

所述的直流电压源单元包括直流电源、充电电阻、储能电容和隔离二极管，直流电源和充电电阻串联后，与储能电容并联后组成直流电压源供电模块，直流电压源供电模块与隔离二极管串联后跨接在半导体开关的漏极D和地之间；