中心論題：

• 脈衝調製器的基本組成和工作原理
• 電路設計
• 波形分析和實驗測試

解決方案：

• 利用方波發生器4060和觸發單穩態觸發器74LS123產生脈寬可調的脈衝周期信號　　
• 脈衝變換及調製脈衝產生

隨著毫米波固態器件的發展，毫米波近程探測器逐漸從Ka波段轉向W波段。本文的應用背景就是一部W波段的主被動複合探測器係統
，它是通過主動毫米波雷達和被動毫米波輻射計進行複合工作，對目標進行測距、定位和目標識別的微小型探測器。
　　
maichongtiaozhiqishibenxitongzhongdezhongyaozuchengbufen，tachuletiaozhishepingonglvyuanwai
，haiweixitongdecejudianluhexinhaochulidianlutigongjizhunxinhaohechufaxinhao。benxitongdeshepingonglvyuanyouxuebengerjiguan振蕩器產生
，它與體效應管振蕩器相比
，工作頻率高
、功率大
，但對脈衝調製器的瞬態驅動電流要求也高。具體的指標要求是：瞬態脈衝電流不小於15A
，此時電源電壓不高於25V


，脈衝寬度不大於100ns，脈衝占空比小於二百分之一，另外上升沿和下降沿時間為10ns左右
，頂部的壓降率不超過10%。本文的重點就是研究如何產生這樣的脈衝來達到係統的要求。

脈衝調製器的基本組成和工作原理
脈衝調製器主要由調製開關、儲能元件
、充電及隔離元件
、旁通元件等四部分組成
，如圖1所示。

各部分的功能作用如下：
　　
充電及隔離元件有電阻和電感兩種。其作用是：對儲能元件按一定方式進行充電，把高壓電源同調製開關隔開，避免在調製開關接通時高壓電源過載。
　　
儲能元件一般為耐壓值和容值較大的電容。其作用是：在(zai)較(jiao)長(chang)的(de)脈(mai)衝(chong)間(jian)歇(xie)期(qi)間(jian)從(cong)高(gao)壓(ya)電(dian)源(yuan)獲(huo)取(qu)能(neng)量(liang)並(bing)不(bu)斷(duan)儲(chu)存(cun)起(qi)來(lai)，而(er)在(zai)極(ji)短(duan)的(de)脈(mai)衝(chong)工(gong)作(zuo)期(qi)間(jian)把(ba)能(neng)量(liang)轉(zhuan)交(jiao)給(gei)振(zhen)蕩(dang)器(qi)。這(zhe)樣(yang)，高(gao)壓(ya)電(dian)源(yuan)的(de)功(gong)率(lv)容(rong)量(liang)和(he)體(ti)積(ji)大(da)為(wei)減(jian)小(xiao)。
　　
旁通元件一般為電阻或電感。其作用是：構(gou)成(cheng)儲(chu)能(neng)元(yuan)件(jian)的(de)充(chong)電(dian)回(hui)路(lu)，在(zai)儲(chu)能(neng)元(yuan)件(jian)放(fang)電(dian)時(shi)
，它(ta)所(suo)呈(cheng)現(xian)的(de)阻(zu)抗(kang)比(bi)振(zhen)蕩(dang)器(qi)阻(zu)抗(kang)大(da)得(de)多(duo)
，對(dui)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)基(ji)本(ben)上(shang)沒(mei)有(you)影(ying)響(xiang)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)以(yi)改(gai)善(shan)調(tiao)製(zhi)脈(mai)衝(chong)後(hou)沿(yan)波(bo)形(xing)。
　　
調製開關采用MOS功率場效應管。它的作用是：zaiwailaimaichongchufadeduanzanshijianneijietongchunengyuanjiandefangdianhuilu
，yixingchengnamiaojidetiaozhimaichong，zaiwailaimaichongjianxieqijiantashiduankaide
，yishichunengyuanjianchongdian。youyufangqilezhenkongkaiguanguandengqijian，shiyouyuzhenkongqijianshixiaoerchanshengdeshixiaolvjiangweiling，congertigaoletanceqidekekaoxing
，tongshihainengshitanceqidetijidafudujianxiao。
　　
通tong過guo以yi上shang各ge部bu分fen功gong能neng的de描miao述shu，可ke清qing楚chu地di看kan出chu脈mai衝chong調tiao製zhi器qi的de工gong作zuo原yuan理li就jiu是shi利li用yong具ju有you一yi定ding脈mai衝chong寬kuan度du和he重zhong複fu周zhou期qi的de脈mai衝chong
，通tong過guo控kong製zhi調tiao製zhi開kai關guan的de通tong斷duan來lai控kong製zhi儲chu能neng元yuan件jian的de充chong放fang電dian，從cong而er形xing成cheng符fu合he要yao求qiu的de高gao壓ya脈mai衝chong，驅qu動dong振zhen蕩dang器qi工gong作zuo。它ta實shi質zhi上shang是shi一yi個ge功gong率lv轉zhuan換huan器qi，即ji將jiang平ping均jun功gong率lv較jiao小xiao的de直zhi流liu電dian源yuan轉zhuan換huan成cheng脈mai衝chong功gong率lv較jiao大da的de窄zhai脈mai衝chong源yuan。假jia設she在zai整zheng個ge脈mai衝chong間jian歇xie期qi內nei儲chu能neng元yuan件jian儲chu存cun的de能neng量liang為weiWc，則Wc=Pe•（T-τ)•ηc　(1)
　　
式中，Pe為電源供給的平均功率；ηc為充電效率

； T為脈衝重複周期；τ為脈衝寬度。
　　
在本係統中
，T>>τ
，故T-τ≈T，則Wc≈Pe•T•ηc (2)
　　
在脈衝期τ內
，調製開關導通，儲能元件通過放電回路向振蕩器負載放電從而形成調製脈衝。顯然，振蕩器在脈衝期τ內得到的功率即脈衝調製器的輸出脈衝功率Pτ為：

　　 　　
式中：ηd為放電效率；ηm=ηc•ηd為調製器的效率，一般在60%～80%。
　　
由公式（4）可以看出：調製器輸出的脈衝功率遠大於電源供給調製器的平均功率，電源能量得到比較充分的利用。

電路設計
a.脈衝控製信號產生
利用數字電路產生周期脈衝信號的方法有很多，本文采用的是利用方波發生器4060產生周期為20μs的方波信號，然後觸發單穩態觸發器74LS123產生脈寬為50ns～150ns可調的脈衝周期信號。電路原理圖如圖2所示。

4060是一種內含振蕩器的14位並行二進製計數器
，計數器在時鍾的下降沿到來時計數

，內部含有的時鍾產生電路通過外接RC元件或晶體即可組成RC振蕩器或晶體振蕩器，輸出的方波信號可作為內部計數器的時鍾信號。
　　
74LS123shiyizhongchangyongdedanwentaichufaqi

，takeyiyouduozhongchufafangshi，keliyongmaichongxinhaodeshangshengyanhuoxiajiangyanchufachanshengsuoxudezhengmaichonghuofumaichong，maichongkuanduyouwaibuRC的值來決定。

b.脈衝變換及調製脈衝產生
由於數字電路輸出的TTL電平脈衝信號驅動能力很弱，無法直接驅動大功率的MOS管，所以要先對弱脈衝信號進行放大，才能驅動後麵的MOS管。放大電路如圖3所示。

弱脈衝放大電路的輸出脈衝通過控製MOS管的通斷控製電容的充放電
，從而形成符合要求的調製脈衝，驅動振蕩器工作。調製脈衝產生電路如圖4所示。

波形分析和實驗測試
在(zai)理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)，脈(mai)衝(chong)調(tiao)製(zhi)器(qi)輸(shu)出(chu)的(de)脈(mai)衝(chong)應(ying)為(wei)矩(ju)形(xing)
，矩(ju)形(xing)脈(mai)衝(chong)頂(ding)部(bu)平(ping)坦(tan)，脈(mai)衝(chong)持(chi)續(xu)期(qi)間(jian)雪(xue)崩(beng)管(guan)振(zhen)蕩(dang)器(qi)的(de)功(gong)率(lv)和(he)頻(pin)率(lv)穩(wen)定(ding)。但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)
，由(you)於(yu)脈(mai)衝(chong)調(tiao)製(zhi)器(qi)中(zhong)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)地(di)存(cun)在(zai)有(you)寄(ji)生(sheng)參(can)量(liang)，例(li)如(ru)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)
、引線電感等，而其上的電壓、電流又是不能突變的，這就使得脈衝調製器不可能輸出理想的矩形調製脈衝，一般脈衝波形如圖5所示。
　　
圖中τr表示脈衝上升沿時間

，τf表示脈衝下降沿時間，τ表示脈衝寬度，脈衝頂部變化率為：

在實驗中
，用1Ω純電阻作為等效負載，外接25V直流穩壓電源
，用示波器觀察輸出脈衝波形。示波器上得到的輸出脈衝波形如圖6所示。圖中橫坐標為時間，單位是100ns/大格；縱坐標為幅度，單位是5V/大格。從圖6中可以看出脈衝寬度小於100ns
，上升沿時間小於10ns，下降沿時間略大於10ns ,頂部比較平坦。由於采用1Ω純電阻作為等效負載，該波形也可以看作是脈衝電流波形，從該波形可以看出瞬態脈衝電流超過了15A。
　　
本文研製的窄脈衝調製器接上雪崩二極管振蕩器，能夠使振蕩器振蕩，在93.7GHz的輸出脈衝下測得的平均功率為9dBmW
，這說明本文研製的脈衝調製器是可行的。本調製器還可用於驅動Ka波段體效應管振蕩器，也可用於脈衝體製的毫米波雷達等的發射機中。