隨著毫米波固態(tài)器件的發(fā)展，毫米波近程探測器逐漸從Ka波段轉(zhuǎn)向W波段,。本文的應(yīng)用背景就是一部W波段的主被動復(fù)合探測器系統(tǒng),，它是通過主動毫米波雷達(dá)" title="毫米波雷達(dá)">毫米波雷達(dá)和被動毫米波輻射計進(jìn)行復(fù)合工作，對目標(biāo)進(jìn)行測距,、定位和目標(biāo)識別的微小型探測器^[1],。
　　脈沖調(diào)制器是本系統(tǒng)中的重要組成部分，它除了調(diào)制射頻功率源外,，還為系統(tǒng)的測距電路和信號處理電路提供基準(zhǔn)信號和觸發(fā)信號,。本系統(tǒng)的射頻功率源由雪崩二極管振蕩器產(chǎn)生,，它與體效應(yīng)管振蕩器相比，工作頻率高,、功率大,，但對脈沖調(diào)制器的瞬態(tài)驅(qū)動電流要求也高。具體的指標(biāo)要求是：瞬態(tài)脈沖電流不小于15A,，此時電源電壓不高于25V,，脈沖寬度" title="脈沖寬度">脈沖寬度不大于100ns，脈沖占空比小于二百分之一,，另外上升沿" title="上升沿">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(diǎn)就是研究如何產(chǎn)生這樣的脈沖來達(dá)到系統(tǒng)的要求,。
1 脈沖調(diào)制器的基本組成和工作原理^[2～4]
　　脈沖調(diào)制器主要由調(diào)制開關(guān),、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(jìn)行充電,，把高壓電源同調(diào)制開關(guān)隔開，避免在調(diào)制開關(guān)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：在較長的脈沖間歇期間從高壓電源獲取能量并不斷儲存起來，而在極短的脈沖工作期間把能量轉(zhuǎn)交給振蕩器,。這樣,，高壓電源的功率容量和體積大為減小。
　　旁通元件一般為電阻或電感,。其作用是：構(gòu)成儲能元件的充電回路,，在儲能元件放電時，它所呈現(xiàn)的阻抗比振蕩器阻抗大得多,，對放電電流基本上沒有影響,，而且還可以改善調(diào)制脈沖后沿波形。
　　調(diào)制開關(guān)采用MOS功率場效應(yīng)管,。它的作用是：在外來脈沖觸發(fā)的短暫時間內(nèi)接通儲能元件的放電回路,，以形成納秒級的調(diào)制脈沖，在外來脈沖間歇期間它是斷開的,，以使儲能元件充電,。由于放棄了真空開關(guān)管等器件，使由于真空器件失效而產(chǎn)生的失效率降為零，從而提高了探測器的可靠性,，同時還能使探測器的體積大幅度減小,。
　　通過以上各部分功能的描述，可清楚地看出脈沖調(diào)制器的工作原理就是利用具有一定脈沖寬度和重復(fù)周期的脈沖,，通過控制調(diào)制開關(guān)的通斷來控制儲能元件的充放電,，從而形成符合要求的高壓脈沖，驅(qū)動振蕩器工作,。它實(shí)質(zhì)上是一個功率轉(zhuǎn)換器,，即將平均功率較小的直流電源轉(zhuǎn)換成脈沖功率較大的窄脈沖源。假設(shè)在整個脈沖間歇期內(nèi)儲能元件儲存的能量為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為脈沖重復(fù)周期,；τ為脈沖寬度。
　　在本系統(tǒng)中,，T>>τ,，故T-τ≈T，則
　　Wc≈Pe·T·ηc 　　　　　　(2)
　　在脈沖期τ內(nèi),，調(diào)制開關(guān)導(dǎo)通，儲能元件通過放電回路向振蕩器負(fù)載放電從而形成調(diào)制脈沖,。顯然,，振蕩器在脈沖期τ內(nèi)得到的功率即脈沖調(diào)制器的輸出脈沖功率P_τ為：
　　
　　式中：ηd為放電效率；ηm=ηc·ηd為調(diào)制器的效率,，一般在60%～80%,。
　　由公式（4）可以看出：調(diào)制器輸出的脈沖功率遠(yuǎn)大于電源供給調(diào)制器的平均功率，電源能量得到比較充分的利用,。
2 電路設(shè)計
2．1 脈沖控制信號產(chǎn)生
　　利用數(shù)字電路產(chǎn)生周期脈沖信號的方法有很多,，本文采用的是利用方波發(fā)生器4060產(chǎn)生周期為20μs的方波信號，然后觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123產(chǎn)生脈寬為50ns～150ns可調(diào)的脈沖周期信號,。電路原理圖如圖2所示,。

　　4060是一種內(nèi)含振蕩器的14位并行二進(jìn)制計數(shù)器，計數(shù)器在時鐘的下降沿到來時計數(shù),，內(nèi)部含有的時鐘產(chǎn)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(nèi)部計數(shù)器的時鐘信號。
　　74LS123是一種常用的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,，它可以有多種觸發(fā)方式,，可利用脈沖信號的上升沿或下降沿觸發(fā)產(chǎn)生所需的正脈沖或負(fù)脈沖，脈沖寬度由外部RC的值來決定,。
2．2 脈沖變換及調(diào)制脈沖產(chǎn)生
　　由于數(shù)字電路輸出的TTL電平脈沖信號驅(qū)動能力很弱,，無法直接驅(qū)動大功率的MOS管,，所以要先對弱脈沖信號進(jìn)行放大，才能驅(qū)動后面的MOS管,。放大電路如圖3所示,。

　　弱脈沖放大電路的輸出脈沖通過控制MOS管的通斷控制電容的充放電，從而形成符合要求的調(diào)制脈沖,，驅(qū)動振蕩器工作,。調(diào)制脈沖產(chǎn)生電路如圖4所示。

3 波形分析和實(shí)驗測試
　　在理想情況下,，脈沖調(diào)制器輸出的脈沖應(yīng)為矩形,，矩形脈沖頂部平坦，脈沖持續(xù)期間雪崩管振蕩器的功率和頻率穩(wěn)定,。但實(shí)際上,，由于脈沖調(diào)制器中不可避免地存在有寄生參量，例如分布電容,、引線電感等,，而其上的電壓、電流又是不能突變的,，這就使得脈沖調(diào)制器不可能輸出理想的矩形調(diào)制脈沖,，一般脈沖波形如圖5所示。
　　圖中τr表示脈沖上升沿時間,，τf表示脈沖下降沿時間,，τ表示脈沖寬度，脈沖頂部變化率為：