雷達發射機新技術

目 錄
第1章 概論 001
1.1 概述 002
1.2 雷達發射機的功能 004
1.3 脈沖雷達發射機的主要技術參數 007
1.3.1 工作頻率 007
1.3.2 輸出功率 008
1.3.3 脈沖波形 008
1.3.4 發射信號的穩定性和頻譜純度 009
1.3.5 發射機效率 014
1.4 脈沖雷達對發射機的要求 014
1.4.1 脈沖壓縮雷達對發射機的要求 014
1.4.2 動目標顯示雷達對發射機的要求 021
1.4.3 脈沖多普勒雷達對發射機的要求 027
1.5 常用的雷達發射機 037
1.5.1 地面雷達發射機 037
1.5.2 機載雷達發射機 039
1.5.3 星載雷達發射機 040
1.5.4 艦載雷達發射機 040
1.6 發射機應用一覽 040
參考文獻 041
第2章 真空管雷達發射機 043
2.1 概述 044
2.2 方案考慮 044
2.2.1 確定發射機類型 044
2.2.2 確定發射機組成形式 045
2.2.3 真空微波管的選擇 046
2.2.4 指標分配與計算 047
2.3 常用真空微波管 047
2.3.1 常用真空微波管的結構及功能 047
2.3.2 常用真空微波管的工作原理及性能 051
2.3.3 常用真空微波管的比較 062
2.4 高功率微波管發射機設計 063
2.4.1 陰極調制微波管發射機的設計 064
2.4.2 真空微波管發射機的功率合成 074
2.5 柵控微波管發射機 077
2.5.1 控制電極的調制形式及特點 077
2.5.2 工作狀態控制 080
2.6 正交場管發射機 082
2.6.1 前向波管發射機的基本類型 082
2.6.2 前向波管發射機的設計要點 086
2.7 多註速調管發射機 088
2.7.1 多註速調管發射機穩定工作的條件 089
2.7.2 多註速調管的供電設計 090
2.8 微波功率模塊 091
2.8.1 固態放大器的設計 092
2.8.2 真空功率放大器的設計 093
2.8.3 集成電源調整器的設計 094
2.8.4 組裝設計 095
2.8.5 可靠性 096
參考文獻 097
第3章 固態雷達發射機技術 099
3.1 概述 100
3.1.1 雙極型微波功率晶體管 101
3.1.2 金屬氧化物半導體場效應微波功率晶體管 106
3.1.3 砷化鎵場效應微波功率晶體管 108
3.1.4 雪崩二極管 110
3.2 微波功率晶體管大信號S參數的表徵和測試 111
3.3 阻抗匹配 116
3.3.1 微波功率晶體管的動態阻抗測試 117
3.3.2 阻抗匹配方法 118
3.4 微波功率晶體管放大器的指標要求和設計方法 139
3.4.1 微波功率晶體管放大器的穩定性 139
3.4.2 微波功率晶體管放大器的增益和輸出功率 144
3.4.3 絕對穩定微波功率晶體管放大器的設計 148
3.4.4 潛在不穩定微波功率晶體管放大器的設計 152
3.4.5 寬帶微波功率晶體管放大器的設計 156
3.4.6 寬帶線性微波功率晶體管放大器的設計 164
3.4.7 寬帶C類微波功率晶體管放大器的設計 166
3.4.8 平衡微波功率晶體管放大器的設計 169
3.4.9 最小結溫微波功率晶體管放大器的設計 170
3.4.10 集電極負載等值線微波功率晶體管放大器的設計 172
3.5 全固態雷達發射機 175
3.5.1 全固態雷達發射機的類型 176
3.5.2 全固態雷達發射機的特殊設計考慮 176
參考文獻 177
第4章 全固態雷達發射機的設計和實踐 179
4.1 概述 180
4.2 全固態雷達發射機的系統設計 181
4.2.1 全固態雷達發射機的功率合成技術 182
4.2.2 集中放大式高功率全固態雷達發射機 202
4.2.3 有源相控陣雷達全固態發射機 209
參考文獻 221
第5章 脈沖調制器 223
5.1 概述 224
5.2 方案考慮 224
5.2.1 脈沖調制器的基本電路形式及其特點 226
5.2.2 脈沖調制器的方案選擇 229
5.3 線型脈沖調制器的設計 230
5.3.1 線型脈沖調制器的設計考慮 230
5.3.2 對已知參數及技術要求的確認 231
5.3.3 放電迴路的工程設計 231
5.3.4 反峰電路的設計 240
5.3.5 線型脈沖調制器的充電電路 241
5.4 柵極脈沖調制器的設計 250
5.4.1 常用浮動板柵極脈沖調制器的主要類型 253
5.4.2 開關管的選擇 255
5.4.3 柵極調制電源 258
5.4.4 浮動板柵極脈沖調制器的控制與保護 261
5.5 剛管脈沖調制器的設計 262
5.5.1 剛管脈沖調制器的充電電路 262
5.5.2 固態剛管脈沖調制器 266
參考文獻 273
第6章 發射機電源 274
6.1 概述 275
6.2 發射機電源的特點 275
6.2.1 發射機常用的電源 276
6.2.2 發射機電源的技術指標 277
6.3 組合式大功率高壓開關電源 282
6.3.1 設計要求和組合形式 282
6.3.2 高壓電源變換器的電路形式 282
6.3.3 串聯諧振高壓電源變換器的設計和計算 286
6.3.4 設計的主要難點和解決方法 288
6.3.5 提高可靠性和減小乾擾的方法 290
6.3.6 功率合成 291
6.4 帶降壓收集極的行波管放大器的開關電源系統 291
6.4.1 浮在高電位上的電源 292
6.4.2 高壓電源 294
6.4.3 提高穩定性指標的方法 298
6.5 組合式大功率低壓開關電源 299
6.5.1 設計的特點及難點 299
6.5.2 設計與計算 300
6.5.3 組合式大功率低壓開關電源與組合式大功率高壓開關電源的差異 304
6.5.4 提高效率、降低紋波的方法 305
6.6 電源的控制和保護電路 306
6.6.1 開關電源的控制方式 306
6.6.2 開關電源的閉環調節 308
6.6.3 檢測與保護 311
6.7 電源穩定、可靠工作的措施 314
6.7.1 軟啟動 314
6.7.2 正確選擇、設計功率開關及關鍵元器件 315
6.8 電源的功率因子補償 317
6.8.1 功率因子補償的必要性 317
6.8.2 功率因子補償的方法 317
6.9 電路拓撲的優化設計和模擬 320
參考文獻 321
第7章 雷達發射機特種元件 322
7.1 概述 323
7.2 充電電感及充電變壓器 324
7.2.1 充電電感的工作原理 324
7.2.2 充電電感參數的計算 325
7.2.3 充電電感的設計 326
7.2.4 充電變壓器 329
7.3 脈沖形成網絡 332
7.3.1 脈沖形成網絡的放電原理 332
7.3.2 脈沖形成網絡的設計 334
7.3.3 多線並聯脈沖形成網絡的應用 335
7.3.4 Blumlein脈沖形成網絡 336
7.4 脈沖變壓器 336
7.4.1 脈沖變壓器的脈沖波形參數 337
7.4.2 脈沖變壓器的等效電路分析及波形參數計算 338
7.4.3 脈沖變壓器的鐵芯 342
7.4.4 脈沖變壓器的繞組 348
7.4.5 鐵芯截面積的確定 355
7.4.6 脈沖變壓器的設計步驟 355
7.5 開關電源變壓器 356
7.5.1 開關電源變壓器的分類 357
7.5.2 漏感和分佈電容 358
7.5.3 開關電源變壓器的材料 359
7.5.4 雙極性開關電源變壓器的設計 360
7.5.5 單極性反激式開關電源變壓器的設計 365
7.5.6 單極性正激式開關電源變壓器的設計 369
參考文獻 371
第8章 發射機系統監控與可靠性設計 372
8.1 概述 373
8.2 監控設計 373
8.2.1 發射機的開機和關機程序 373
8.2.2 發射機的工作狀態指示 378
8.2.3 發射機參數檢測及故障保護 378
8.2.4 發射機監控系統的電路設計 391
8.3 可靠性設計 399
8.3.1 發射機可靠性的數學模型與分析 399
8.3.2 可靠性指標的分配 402
8.3.3 發射機系統的可靠性設計 402
8.3.4 發射機的可靠性預計 410
8.3.5 故障模式影響及危害性分析 412
參考文獻 414
第9章 雷達發射機技術參數的測試 415
9.1 概述 416
9.2 雷達發射機技術參數的通用測試方法 416
9.3 雷達發射機主要技術參數的測試 417
9.3.1 雷達發射機所用微波管的參數測試 418
9.3.2 雷達發射機的輸出功率測試 421
9.3.3 雷達發射機的放大器功率增益測試 421
9.3.4 雷達發射機的瞬時帶寬測試 422
9.3.5 雷達發射機射頻脈沖檢波包絡的測試 422
9.3.6 雷達發射機頻譜分佈的測試 423
9.3.7 雷達發射機頻譜純度的測試 423
9.3.8 雷達發射機效率的測試 423
9.4 雷達發射機一些關鍵技術參數的測試 424
9.4.1 真空管雷達發射機高壓電源的測試 424
9.4.2 真空管雷達發射機高壓脈沖調制器的測試 425
9.4.3 雷達發射機噪聲功率、噪聲系數、相位靈敏度和相位噪聲的測試 428
9.4.4 全固態雷達發射機電源紋波的測試 431
9.4.5 全固態雷達發射機功率放大器組件的掃頻測試 431
9.4.6 有源相控陣雷達全固態發射機幅相特性的測試 432
參考文獻 434
第10章 發射機冷卻及電磁兼容的設計 435
10.1 發射機的熱設計與冷卻 436
10.1.1 概述 436
10.1.2 發射機冷卻方式的選擇 437
10.1.3 自然冷卻 439
10.1.4 強迫風冷卻 445
10.1.5 強迫液體冷卻 454
10.1.6 蒸發冷卻 459
10.2 電磁兼容設計 461
10.2.1 概述 461
10.2.2 電磁乾擾源的種類 461
10.2.3 電磁乾擾的耦合途徑 464
10.2.4 雷達發射機的抗乾擾設計 468
參考文獻 474
第11章 第三代半導體全固態雷達發射機 475
11.1 概述 476
11.2 第三代半導體微波功率器件 477
11.2.1 SiC微波功率器件 479
11.2.2 GaN微波功率器件 483
11.2.3 半導體微波功率器件發展展望 490
11.3 第三代半導體全固態雷達發射機的設計 500
11.3.1 GaN微波功率放大器的指標要求和設計方法 502
11.3.2 第三代半導體全固態雷達發射機系統設計 516
參考文獻 533
第12章 真空微波管雷達發射機新技術 535
12.1 概述 536
12.2 毫米波真空微波管 537
12.2.1 Ka和W波段真空微波管 538
12.2.2 太赫茲波段真空微波管 551
12.2.3 真空微波管發展展望 555
12.3 毫米波真空微波管雷達發射機 557
12.3.1 Ka和W波段真空微波管發射機 557
12.3.2 太赫茲波段真空微波管發射機 574
12.4 分佈式空間合成真空微波管發射機 579
12.4.1 小型化行波管 580
12.4.2 分佈式空間合成小型化行波管發射機系統的設計 581
12.5 全固態脈沖調制器 588
12.5.1 高壓高功率模塊化脈沖調制器 592
12.5.2 高壓模塊化長脈沖調制器 595
12.5.3 高速高集成脈沖調制器 598
參考文獻 603