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：在zai外wai來lai脈mai衝chong觸chu發fa的de短duan暫zan時shi間jian內nei接jie通tong儲chu能neng元yuan件jian的de放fang電dian回hui路lu，以yi形xing成cheng納na秒miao級ji的de調tiao製zhi脈mai衝chong
，在zai外wai來lai脈mai衝chong間jian歇xie期qi間jian它ta是shi斷duan開kai的de，以yi使shi儲chu能neng元yuan件jian充chong電dian。由you於yu放fang棄qi了le真zhen空kong開kai關guan管guan等deng器qi件jian
，使shi由you於yu真zhen空kong器qi件jian失shi效xiao而er產chan生sheng的de失shi效xiao率lv降jiang為wei零ling，從cong而er提ti高gao了le探tan測ce器qi的de可ke靠kao性xing，同tong時shi還hai能neng使shi探tan測ce器qi的de體ti積ji大da幅fu度du減jian小xiao。
　　
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(wei)Wc
，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
zailixiangqingkuangxia，maichongtiaozhiqishuchudemaichongyingweijuxing
，juxingmaichongdingbupingtan
，maichongchixuqijianxuebengguanzhendangqidegonglvhepinlvwending。danshijishang
，youyumaichongtiaozhiqizhongbukebimiandicunzaiyoujishengcanliang，lirufenbudianrong
、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。