Диссертация (1137078), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Но им также свойственны следующие недостатки: высокиерабочие напряжения питания; сложные системы электропитания, малый срокслужбы.Электровакуумныеприборыиспользуютсявкачествемощныхоконечных усилителей когерентных радиопередающих систем (РПДС) и мощныхавтогенераторов для энергетических применений, физических исследований итаких РЛС, где избыточным оказывается требование когерентности. В настоящеевремяпроисходитпоискконструктивныхитехнологическихрешений,направленных на увеличение диапазонов рабочих частот и мощностей ЭВП СВЧпри уменьшении их габаритов и рабочих напряжений [8, 9, 10].В последнее десятилетие стали широко использоваться гибридныеинтегральныевакуумно-твердотельныепредварительныйусилительилимодулигенератор[11].СВЧВтакихсигналамодуляхсобраннатвердотельных приборах.
Оконечный широкополосный усилитель строится сприменениемлампбегущейволны.Врезультатеудаетсясовместитьположительные свойства двух видов приборов и значительно уменьшить влияниеотрицательных каждого из них.При необходимости получения импульсной мощности более 1 кВт вдиапазонедлинволнотединицсантиметровименееиспользованиеэлектровакуумных приборов оправдано [12].
На данный момент не существуетсравнительно простых и недорогих РПДС на основе твердотельных приборов,способных обеспечивать такие уровни мощности при габаритах, соизмеримых спередатчиками,построенныминаЭВП.Принеобходимостиполучениясравнительно низкочастотных колебаний (частота менее 20 ГГц) со среднимимощностямивыше10кВттакжецелесообразноиспользованиеСВЧэлектровакуумных генераторных приборов, так как в этом случае удаетсяполучить значительный выигрыш в КПД. В пограничной области применения7междутвердотельнымииэлектровакуумнымиустройствамивозможноиспользование гибридных модулей. Поэтому исследование радиопередающихсистем, построенных на основе электровакуумных генераторных приборов,является актуальной задачей.Внастоящеевремянаибольшеераспространениеполучилитакиеэлектровакуумные приборы как магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны(ЛБВ) О и М типов [13].
В технике физического эксперимента для ускорениязаряженных частиц также в импульсном режиме используются мощные ивысоковольтные электровакуумные приборы, в том числе и гиротронного типа.Как правило, ЭВП СВЧ работают в импульсном режиме [3, 14, 15]. Дляформирования выходных радиоимпульсов необходимо на соответствующихэлектродах сформировать высоковольтные импульсы напряжения. Генерация иусиление в ЭВП происходит в результате взаимодействия электронного потока сСВЧ колебаниями с передачей энергии электронного потока электромагнитнойволневпространствевзаимодействия.Врадиопередающихсистемахмодулирующие импульсы напряжения формируются импульсным модулятором(ИМ).В генераторных приборах с внешним возбуждением в связи с конечностьювремени пробега волны вдоль замедляющей системы имеется разность фаз междувыходным и входным колебаниями, которая может изменяться при изменениирежима работы прибора и формы модулирующего импульса.
Отклонения формымодулирующих импульсов от идеальной, нестабильности временных параметровимпульсов (джиттер, изменение длительности) в общем случае приводят кискажениямвыходныхрадиоимпульсов.Появляетсяпаразитнаявнутриимпульсная модуляция. В случае радиолокационных РПДС эти искаженияприводят к расширению тела неопределенности радиолокационного сигнала,увеличению уровня его боковых лепестков и появлению дополнительныхлепестков.
Это приводит к уменьшению точности определения дальности искоростицелей.Допустимыеуровниискаженияформымодулирующихимпульсов и нестабильности его временных характеристик в этом случае8определяются требованиями к точности измерений параметров целей и уровнюбоковых лепестков тела неопределенности радиолокационного сигнала.Внастоящеевремяотрадиолокационныхкомплексовтребуетсяразрешающая способность по дальности порядка 0,01...1 м, а также увеличениескрытности работы. Это в свою очередь заставляет уменьшать длительностьгенерируемых импульсов вплоть до единиц наносекунд [16]. Накладываютсяжесткие требования к длительностям фронтов генерируемых импульсов. Какпоказывают расчеты (см.
раздел 2.1 и [17]), возможные минимальныедлительности импульсов, которые способны генерировать усилительные ЭВП,составляют 0,1...5 нс. На практике получить столь короткие импульсы не удается,так как оказывают влияние еще и паразитные параметры цепей питания ЭВП [18].Ранее использовались модуляторы, в которых коммутация высокогонапряжения осуществлялась мощными электровакуумными или газоразряднымиприборами [3, 14, 19, 20]. В настоящее время такие модуляторы не удовлетворяюттребованиям по надежности, массе и габаритам. К ним необходимо подводить,часто под высоким потенциалом, напряжение питания подогревателя катода.Переключательные лампы типа ГМИ имеют сравнительно малую крутизнувыходных ВАХ в области низких напряжений на аноде, что приводит кзначительному падению напряжения на них в открытом состоянии (до 30% отноминального напряжения питания).
Это приводит к большим потерям инеобходимостиувеличиватьнапряженияисточниковпитания.Ламповымприборам свойственно значительное ограничение по току, обусловленноеэмиссионными возможностями катодов и их ограниченными размерами. Этоможет привести к затягиванию фронта и спада формируемых импульсов, так какво время переходных процессов протекают значительные токи перезарядапаразитных емкостей нагрузки. Срок службы таких приборов редко превышает1000 часов. В настоящее время отечественная электровакуумная промышленностьпрактически не выпускает эти приборы.Современные требования по надежности и качеству работы РПДСвынуждают искать пути повышения упомянутых параметров. Использование9сложно модулированных сигналов требует повышать управляемость и гибкостьработыРПДСпризначительныхизмененияхпараметровформируемыхимпульсов (переменные длительность и частота повторения импульсов; работаимпульсными пакетами, в том числе и переменной длительности).Однимизпутейулучшениякачественныхпараметровимпульсов,генерируемых в РПДС, построенных на ЭВП СВЧ, является применение вмодуляторах высоковольтных твердотельных ключей [21, 22, 23].
Благодаряпоявлению мощных высоковольтных ключевых транзисторов, управляемыхнапряжением,возниклавозможностьконструироватьмалогабаритныеимпульсные модуляторы с рабочими напряжениями до сотен кВ и импульснымитоками до нескольких сотен А, построенные полностью на твердотельныхэлементах.Такие модуляторы обладают большим сроком службы, способны работатьпри оперативном (от импульса к импульсу) изменении параметров формируемыхимпульсов и их последовательностей. При использовании твердотельных ключейв схемах с частичным разрядом накопительной емкости, модулирующиеимпульсы имеют почти идеальную прямоугольную форму и обладают высокойповторяемостью.Длительностифронтаиспадазасчетиспользованиясоответствующих схемных решений могут укладываться в 20...30 нс [22, 24, 25].Из вышесказанного можно сделать следующие выводы:- в ближайшее время не появится альтернативы мощным электровакуумнымСВЧ генераторным приборам диапазона частот 20 ГГц и выше;- применение высоковольтных твердотельных ИМ для СВЧ ЭВП позволяетповысить эксплуатационные характеристики радиопередающих систем;- исследование полностью твердотельных высоковольтных импульсныхмодуляторов для СВЧ ЭВП является актуальной задачей, имеющей важноепрактическое значение.Вдиссертациисцельюулучшенияпараметровформируемыхврадиопередающих системах импульсов, расширения диапазонов изменения ихчастотповторенияидлительностейпоставленазадачаисследовать10высоковольтные импульсные модуляторы ЭВП СВЧ, построенные на основесоставных твердотельных ключей.
Задача решается с учетом требований понадежности и управляемости, предъявляемых к современным РПДС.Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения.Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цели работы, показана ее научная новизна, приведены основныеположения, выносимые на защиту, дано краткое содержание работы.В первой главе проведен обзор технической информации, опубликованнойпо теме диссертации. Определены основные направления исследования,сформулированы задачи, решаемые в диссертации.Вторая глава посвящена обзору генераторных ЭВП СВЧ, используемых всовременныхРПДС.Приведенытиповыесхемысистемимпульсногоэлектрического питания ЭВП. Рассмотрены упрощенные эквивалентные схемыэтих приборов, их особенности в качестве нагрузки импульсных модуляторов.Определено место импульсных модуляторов в схеме мощных выходных каскадовРПДС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
