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第1章 总论 1

1.1 引言 1

1.1.1 微波电子管脉冲发射机与其高压脉冲调制器的互存关系 1

1.1.2 高压脉冲调制器的设计程序和步骤 1

1.1.3 精密脉冲调制器的设计是保证发射机射频脉冲质量的关键 2

1.1.4 高压脉冲调制器在电子、质子直线加速器方面的广泛应用 2

1.1.5 《发射机高压脉冲调制器的设计与实践》编写始末 3

1.2 脉冲调制器的基本参数 4

1.3 脉冲调制器的选择 7

1.3.1 脉冲调制器的组成和分类 7

1.3.2 各种脉冲调制器的基本电路形式 8

1.3.3 各种脉冲调制器的性能比较 10

1.4 调制器的负载特性 11

1.4.1 M型管的伏安特性对调制器的设计要求 11

1.4.2 M型器件的色散特性对调制器的要求 12

1.4.3 M型管的脉冲调制问题 13

1.4.4 O型管的脉冲调制问题 14

1.5 脉冲调制器波形失真对发射机射频性能的影响 16

1.5.1 调制波形顶部失真（波动和顶降）引起的幅度调制和相位调制 17

1.5.2 调制器脉冲前、后沿对射频脉冲质量的影响 22

1.5.3 具有控制极的O型管对调制波形的要求 22

1.6 高压电源纹波对发射机射频性能的影响 23

1.6.1 寄生调制边带的表示法 23

1.6.2 调制边带与电源纹波的换算关系 24

1.6.3 PD雷达和MTI雷达对电源纹波的要求 25

参考文献 28

第2章 基本刚管调制器 29

2.1 基本刚管调制器的波形分析 29

2.1.1 脉冲前沿的形成和计算 30

2.1.2 脉冲顶部降落的形成和计算 32

2.1.3 脉冲后沿的形成和计算 34

2.2 基本刚管调制器的充电电路和切尾电路 38

2.2.1 电阻充电电路 38

2.2.2 电感充电电路 40

2.2.3 开关管充电电路（有源切尾电路） 43

2.3 刚性开关管工作点的选择及开关管简介 48

2.3.1 开关管的选择（包括IGBT-HVSM的主要参数） 48

2.3.2 调制管工作点的选择 50

2.3.3 调制管工作点的测试方法 51

2.3.4 电子管刚性开关简介（适用于高压状态的开关管） 52

2.3.5 固态刚性开关特性简介（SCR、NMOSFET、IGBT） 57

2.3.6 NMOSFET和IGBT的专用驱动模块简介（TLP250、M57962L、IXDN414等） 66

2.3.7 IGBT和NMSOFET串联运用时的均压网络设计（直流和瞬态均压） 75

2.3.8 IGBT高压开关组件（IGBT-HVSM:40kV,400A;100kV,100A） 78

2.3.9 IGBT-HVSM放电回路中缓冲网络（限流网络）的设计考虑 86

2.4 用脉冲变压器耦合输出的刚管调制器（以速调管为负载） 90

2.4.1 电路形式和变压器的等效电路 90

2.4.2 速调管做负载时前沿的设计计算 90

2.4.3 脉冲顶降的形成和计算 93

2.4.4 脉冲后沿的计算 95

2.4.5 脉冲变压器反向电压及其出现的时间、恢复时间的计算 97

2.4.6 脉变初级绕组上的Rd、VD1阻尼电路的设计 98

2.4.7 用钳位器取代Rd的最新设计方法（在T次级或初级钳位） 99

2.5 减小脉冲顶降的几种方法 103

2.5.1 用串联阻容网络与负载并联 104

2.5.2 用电阻和电感并联的网络与负载串联 105

2.5.3 用顶升脉冲来激励恒流工作的调制管 106

2.5.4 用低阻抗人工线代替储能电容 107

2.6 基本刚管调制器的栅极回路设计 108

2.6.1 RC钳位器原理在调制器设计中的重要应用 108

2.6.2 栅偏压的串馈和并馈方式 110

2.6.3 “负偏”和“正偏”馈电方式 115

2.6.4 反栅流对调制器的影响 115

2.7 大功率刚管调制器的预调器设计 118

2.7.1 用变压器升压输出的全固态预调器（SCR、IGBT） 119

2.7.2 正偏、反偏型预调器电路拓扑的类型及其优缺点（共有5种电路拓扑） 128

2.7.3 全固态浮动预调器实用电路设计举例 132

2.8 脉冲调制器的定时器和编码器 135

2.8.1 射频功率放大链要求的定时信号时间关系（包括定时器框图） 135

2.8.2 脉冲编码器框图及其设计考虑 138

2.8.3 定时脉冲的传输及电缆长度同匹配的关系 140

2.9 基本刚管调制器实用电路的设计 140

2.9.1 电阻充电的基本刚管调制器设计举例 140

2.9.2 电感充电的基本刚管调制器的设计实例 144

2.9.3 美AN/FPS-16磁控管发射机的编码调制器 148

2.9.4 宽脉冲、高工作比变压器输出的刚管调制器的设计 149

2.9.5 非相干散射雷达脉冲调制器的设计与实践（TH2134管做负载） 164

参考文献 187

第3章 浮动板调制器 189

3.1 浮动板调制器简述 189

3.2 浮动板调制器的电路形式 191

3.2.1 电容耦合浮动板调制器 191

3.2.2 全悬浮式直接耦合浮动板调制器 193

3.2.3 倍压能量恢复型浮动板调制器 194

3.2.4 晶闸管（SCR）浮动板调制器 197

3.2.5 具有浮动板结构的串联刚管调制器 208

3.3 浮动板调制器的激励器形式 213

3.3.1 用高压隔离脉冲变压器驱动开启管和切尾管的基本型激励器 213

3.3.2 全固态浮动激励器（驱动器） 215

3.4 浮动板调制器的驱动隔离和触发耦合方式 225

3.4.1 脉冲变压器耦合隔离方式 225

3.4.2 射频耦合方式 230

3.4.3 光电耦合方式 232

3.5 速调管调制阳极调制器的设计和实践（D4003和TH2134） 241

3.5.1 调制阳极调制器的方案讨论（D4003） 241

3.5.2 浮动板调制器几个重要参数的选择 247

3.5.3 浮动板调制器设计中的一些实际问题 252

3.5.4 速调管的撬棒保护系统 265

3.5.5 用60kV、70A的IGBT-HVSM代替TM702F组成固态浮动板调制器 276

3.5.6 非相干散射雷达用调制阳极调制器的工程设计方案 277

3.6 恒流工作的串联刚管调制器（串联浮动板调制器） 279

3.6.1 恒流串联刚管调制器的特性 280

3.6.2 返波管（跳频）用的恒流刚管调制器的设计考虑 282

3.6.3 前向波放大器用的恒流调制器的设计考虑 283

3.7 栅极脉冲调制器和前向波管的熄灭调制器的实用电路设计 296

3.7.1 采用高速高反压管的窄脉冲固态栅极调制器 296

3.7.2 高功率行波管用的电子轰击半导体开关栅极调制器 297

3.7.3 速调管栅极调制器设计考虑 300

3.7.4 X波段栅控TWT发射机调制器系统设计与实践 304

3.7.5 多功能栅控管（多注管和TWT）老练试验台的设计与实践 317

3.7.6 2kV,250kHz全固态栅极调制器的设计实践 327

3.7.7 全固态熄灭脉冲调制器的设计实践 331

3.8 全固态浮动板调制器实施方案综述 335

3.8.1 NMOSFET、IGBT动态均压网络的参数设计与状态分析（见2.3.5节） 336

3.8.2 IGBT或NMOSFET串联链的驱动隔离电路设计 340

3.8.3 脉冲电压为100kV以上，脉冲电流为100A左右的全固态脉冲调制器的实施方案选择 343

3.8.4 国外高压半导体开关模块进展简况（HVS和HT5系列） 347

3.9 CSNS/LINAC RFS用的—120kV调制阳极调制器及撬棒电路的设计与实践 349

3.9.1 调制阳极调制器和撬棒电路的技术指标要求 349

3.9.2 调制阳极调制器的设计考虑 350

3.9.3 —120kV氢闸流管撬棒电路的设计分析和自、外触发电路的设计 353

参考文献 361

第4章 线型脉冲调制器（软管调制器） 362

4.1 引言 362

4.2 线型脉冲调制器的充电电路 362

4.2.1 直流电源E0通过RC对人工线（PFN）电容CN充电 362

4.2.2 直流电源E0通过电感LC对CN充电的数学分析 365

4.2.3 典型的线型脉冲调制器直流谐振充电回路的参数设计 373

4.2.4 储能电容Cf通过LC对CN人工线充电 378

4.2.5 线型调制器的回扫充电电路（磁能充电） 381

4.2.6 线型调制器的阶梯充电电路（磁能充电和电能充电） 387

4.3 线型调制器放电回路的设计 399

4.3.1 放电过程的简明描述 399

4.3.2 实际放电回路的波形分析及脉冲变压器变比的确定 401

4.3.3 负载失配对功率传输的影响及放电回路的效率ηd 405

4.4 线型调制器的反峰电路及阻尼电路的设计 408

4.4.1 脉冲形成网络PFN上的反向电压U′ N对调制器工作的影响 408

4.4.2 反峰电路的作用及其元件参数的选择 410

4.4.3 变压器初级并联的VD2、R阻尼电路 417

4.5 氢闸流管栅极回路及其全固态触发器的设计 423

4.5.1 氢闸流管开关特性简述 423

4.5.2 低通滤波器的设计 427

4.5.3 栅极回路的设计 428

4.5.4 氢闸流管触发器的设计考虑 430

4.6 脉冲形成网络PFN（也称人工线、仿真线） 444

4.6.1 链型网络PFN（链型人工线） 445

4.6.2 并联谐振网络（反谐振网络） 451

4.7 解决大功率线型调制器升压过程中连通的五种方法（宽匹配电路） 454

4.7.1 PFN两端放电的电路 454

4.7.2 人工线延时充电的宽匹配电路 460

4.7.3 把正失配转变为负失配的切尾电路 469

4.7.4 多线调制器 472

4.7.5 无源脉冲校正器及其宽匹配应用 479

4.8 de-Q电路 488

4.8.1 反馈型串联降Q电路 488

4.8.2 电阻R损耗型并联降Q电路 501

4.8.3 阻容RC型并联de-Q电路（几乎取代了电阻型de-Q电路） 506

4.8.4 高压反馈型并联de-Q电路（并联反馈型高效de-Q电路） 509

4.8.5 低压反馈型并联de-Q电路（串联反馈型高效de-Q电路） 516

4.8.6 一种新颖的向PFN反馈的de-Q电路 523

4.8.7 充电变压器次级取样电路的改进设计 528

4.9 旁路法充电调节器（充电后调节） 532

4.9.1 主人工线旁路法 532

4.9.2 子人工线旁路法 533

4.9.3 与回扫充电同时使用的高精度泄放电路（旁路法） 535

4.10 高压大功率线型调制器的设计实践 540

4.10.1 65MW（250kV、250A）线型调制器的设计实践 540

4.10.2 （超）高功率线型脉冲调制器技术方案综述（65～104MW） 550

4.10.3 高功率射频源（HPRFS）实验用500MW线型调制器设计 558

4.10.4 电阻充电的0.6μs半正弦电流波调制器的设计实践 563

4.10.5 目前国内最大脉冲功率（270MW）线型调制器的设计实践 579

参考文献 616

第5章 脉冲发射机电源设计中的一些特殊问题 617

5.1 电源特性 617

5.2 脉冲负载时的LC无源滤波器 620

5.3 高压串联稳压器（调节器或调整器） 624

5.3.1 串联稳压器的原理方框图 625

5.3.2 高压大功率串联稳压器 626

5.3.3 提高效率和减小二次电容的程控开关式稳压器 628

5.4 线型调制器用的高压电源 632

5.4.1 由晶闸管（SCR）双稳态电路构成的小型化电源 632

5.4.2 匹配电容充电的小型化电源 634

5.4.3 双电源系统（和差式电源） 636

5.5 高频逆变器在现代雷达发射机中的应用 637

5.5.1 逆变器和稳定充电逆变器方案 638

5.5.2 逆变器后面的高压产生器电路 641

5.5.3 正交场放大管用的高频逆变器高压电源 644

5.5.4 栅控TWT的供电 645

5.5.5 用于雷达发射机的140kW高压开关电源 646

5.5.6 对2420μF（其总储能为697kJ）电容进行阶梯充电的电源系统 652

5.6 串联叠加的高压直流电源（广播发射机、核聚变实验装置中微波加热用） 656

5.7 高压硅堆整流器的保护问题 658

5.7.1 高压硅堆的过流保护 658

5.7.2 高压硅堆的过压保护 660

参考文献 662