[发明专利]雷达发射机无意调制速调管输出相位建模方法

权利要求书

1.一种雷达发射机无意调制速调管输出相位建模方法，其特征在于，包括：

1)速调管输出相位失真分析

假设脉冲调制器输出至电子枪阴级和阳极之间的直流电压为U_L，若阴级发射的电子初速度为零，则离开电子枪时速度增大为v₀，根据能量守恒定理，电子的动能增加量应等于直流电场的位能减少量，即：

式中，m＝9.156×10^-31千克为电子质量，e＝1.61×10^-19库伦为电子电荷，于是电子离开电子枪时速度

故，电子注电压U_L越大，电子离开枪时的速度v₀也越大，v₀又称电子注速度；

外部射频激励信号U₁sinωt自耦合装置进入速调管的输入腔，在输入腔的腔隙上激励起按正弦变化的交变电压，对穿过腔隙的电子注进行速度调制，假设在外部射频激励信号下电子离开输出腔的速度为v(t)，根据能量守恒定理，外部激励信号U₁sinωt的能量将转化为电子通过输入谐振腔后的动能增量，即：

由得代入上式得：

v(t)＝v₀(1+αsinωt)^1/2

式中，α＝U₁/U_L＜＜1，在该条件下，上式展开为以下级数：

忽略上式中α的高次项，得到在外部射频激励信号下电子离开输出腔的速度的表达式：

回到速调管原理，设电子离开谐振腔间隙的时刻为t₀，速度为v(t₀)，其通过长度为d的漂移管后，到达输出谐振腔的时刻为t₁，则：

同理，忽略α的高次项后得：

由上式导出输出腔上电压的相位相对于激励信号U₁sinωt的相位滞后为：

考虑到速调管放大器的增益在40dB以上，因此α＝U₁/U_L小于1/100，甚至1/1000，因此滞后的相位近似为：

上式表明，脉冲调制器输出调制脉冲电压U_L的波动会引起电子注速度v₀的波动，进而导致速调管放大器输出信号的相位产生波动，即输出腔上电压的相位产生波动，且滞后的相位与成反比关系，因此调制脉冲电压U_L的变化或波动是导致真空管发射机输出信号无意调相的主要因素；

进一步计算滞后的相位关于电压U_L的微分，有：

经整理后得：

实际中，常用的速调管总相移为1000°～3000°，按照上式的关系，调制器输出电压每变化1％会引起速调管输出相位变化5°～15°；

根据速调管发射机理，调制器高压脉冲作用于速调管，速调管收集极电流波形I_L等效于调制电压波形U_L，因此采集速调管收集极电流代替调制电压，和U_L满足如下所示的二分之三次方定律：

式中p称为导流系数，由此根据速调管电压调制灵敏度

推导出其电流调制灵敏度：

同理，根据常用的速调管总相移为1000°～3000°，推导出调制电流每变化1％会引起速调管输出相位变化，即电流调制相位灵敏度为3°～10°，

2)速调管输出相位滞后的波动量表示为：

或，

其中，也代表了电子通过漂移管产生的理论相移，上面两个式子分别为速调管电子注电压调制相位失真模型和电子注电流调制相位失真模型，相位建模时，仅关心相位偏离理想值的程度而非速调管输出相位的绝对数值，这里将实际采集的脉冲调制器输出电压值U_L(n)，n＝1，2,…，N作为模型的输入量，则上面两个式子转化为：

式中为采集电压均值，若以实际采集的收集极电流值I_L(n)作为模型的输入，则：

式中为采集电流均值，由于代表速调管输出相位相对于初相滞后的波动值，假设输入激励信号的初相为φ₀，则速调管最终输出相位值表示为：

仅关心相位相对于理想值的失真程度，令代入上式，得：

或，

其中，f为激励信号的载频频率：S波段发射机f＝2.86GHz，C波段发射机f＝5.75GHz；d为速调管漂移管长度：S波段速调管d＝0.455m，C波段速调管d＝0.146m；m＝9.156×10^-31千克为电子质量，e＝1.61×10^-19库伦为电子电荷；U为调制器输出电压标称值，即速调管电子注电压标称值：S波段速调管U＝64kV，C波段速调管U＝21kV，将以上参数代入灵敏度计算公式：

并令得S波段速调管的相位灵敏度为10.40°,表示速调管电子注电流每变化1％，相位变化10.40°；C波段速调管的相位灵敏度为11.72°。