ИМПУЛЬСНЫЙ МНОГОРЕЖИМНЫЙ МОДУЛЯТОР Российский патент 2000 года по МПК H03K7/02 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для модуляции приборов СВЧ, работающих в импульсном режиме с широкими диапазонами изменения длительности импульсов и скважности.

В качестве нагрузки импульсного модулятора могут быть использованы клистроны и ЛБВ с сеточным управлением. Однако сеточное управление осуществляется относительно катода прибора СВЧ, имеющего высокий электрический потенциал. Поэтому для нормальной работы модулятора необходима высоковольтная развязка с устройством запуска (пусковым устройством). Импульсные модуляторы по схеме с пусковым устройством разделяются на модуляторы:
- с прямой емкостной связью;
- со связью через конденсаторы и баллансный трансформатор;
- с трансформаторной связью;
- на высокой частоте со связанными контурами;
- с оптической связью.

Емкостная связь, связь через конденсаторы и балансный трансформатор при высоком напряжении не применяются, а пригодны лишь для устройств с низкими питающими напряжениями.

Трансформаторная связь имеет большие габариты и неэффективна для передачи импульсов большой длительности.

Разновидностью трансформаторной связи является устройство, в котором осуществляется передача коротких импульсов начала и конца импульса запуска с последующим восстановлением запускающего импульса на высоковольтной части. Однако этот способ передачи обладает низкой помехоустойчивостью.

Связь на высокой частоте позволяет передавать короткие и длинные импульсы, но имеет дрожание фронтов и спадов импульса, что приводит к ухудшению спектральных характеристик импульсного модулятора.

Оптическая связь позволяет передавать короткие и длинные импульсы и работать с высокими электрическими потенциалами на модуляторе, а импульс запуска может иметь низкий потенциал, что обеспечивается высокой электрической прочностью световодов [1].

Известен импульсный модулятор, содержащий источник питания, две последовательно соединенные модуляторные лампы, первая из которых анодом подключена к положительной шине источника питания, а другая анодом - к нагрузке, генератор управляющих импульсов, подключенный через пороговые элементы к входам двух управляющих ключей. Импульс запуска передается на вход управляющих ключей через светодиод, фоторезистор и пороговое устройство. Устройство содержит две форсирующие цепочки, которые выполняются в виде трансформатора в цепи обратной связи ключей [2].

Недостатком данного устройства является сравнительно низкое быстродействие из-за использования фоторезистора. Из-за большого сопротивления фоторезисторов длительность переднего фронта и спада импульса запуска получается сравнительно большая. Кроме того, такой модулятор работает на одну нагрузку (управляющую сетку прибора СВЧ).

Управление приборов СВЧ возможно по двум управляющим сеткам. При этом управляющие импульсы могут отличаться по длительности и по амплитуде (их наличию или отсутствию) на какой-либо сетке. Для управления работой такого прибора СВЧ необходимы два известных модулятора, что экономически нецелесообразно.

Целью изобретения является создание импульсного многорежимного модулятора, работающего на две нагрузки (две управляющие сетки) с различными импульсными сигналами, имеющего большое быстродействие, и передача импульсов запуска с низкого потенциала на высокий потенциал модулятора.

Поставленная цель достигается тем, что импульсный многорежимный модулятор содержит три выходных ключа 1, 2, 3 (фиг. 1), причем первый и третий входами подсоединены к положительной шине источника питания 4, а выход второго выходного ключа 2 соединен с отрицательной шиной источника питания 4. Вход второго выходного ключа 2 соединен с выходом третьего выходного ключа 3, выходной клеммой "нагрузка 2", первым разрядным резистором 5 и через разделительный диод 6 с выходной клеммой "нагрузка 1" импульсного модулятора, выходом первого выходного ключа 1, который через второй разрядный резистор 7 соединен с отрицательной шиной источника питания 4. К управляющим входам выходных ключей 1, 2, 3 подключены выходы трех пусковых устройств ПУ1, ПУ2, ПУ3, соответственно состоящих из согласующих устройств 8, 9, 10, светодиодов 11, 12, 13, световодов 14, 15, 16, фотодиодов 17, 18, 19, ключевых усилителей 20, 21, 22 и форсирующих цепей 23, 24, 25. Вход ПУ1 соединен с выходом коммутатора 26. Вход ПУ2 соединен с выходом формирователя 27. Импульсы запуска и стробирующие импульсы с источника внешних управляющих импульсов 28 поступают на первый и второй входы коммутатора 26, на формирователь 27 и ПУ3 (фиг. 1). Для уменьшения потребляемой мощности за счет сквозного токопрохождения импульсный многорежимный модулятор содержит в своем составе схему отсечки 29.

Высокое быстродействие импульсного многорежимного модулятора достигается применением высокоскоростных оптических пар светодиод-фотодиод и соответствующей элементной базы.

На фиг. 1 показана функциональная схема импульсного многорежимного модулятора, а фиг. 2 приведены эпюры напряжений на выходах соответствующих каскадов.

Импульсный многорежимный модулятор работает следующим образом.

На первый вход коммутатора 26 (эпюра 1 фиг. 2) подаются импульсы запуска, а на второй вход - стробирующие импульсы (эпюра 2 фиг. 2) с источника внешних управляющих импульсов 28. Начало и длительность стробирующего импульса соответствуют длительности и началу "длинного" запускающего импульса. С выхода коммутатора 26 (эпюра 3 фиг. 2) простробированные пачки "коротких" импульсов положительной полярности поступают через ПУ1 на управляющий вход первого выходного ключа 1. На время действия "коротких" импульсов запуска первый выходной ключ 1 открыт, а второй и третий выходные ключи закрыты, поэтому на выходных клеммах "нагрузка 1" и "нагрузка 2" присутствует положительное напряжение источника питания 4 (эпюра 4 и эпюра 5 фиг. 2). Импульсы запуска поступают через формирователь 27, преобразующий исходную последовательность в форму, удобную для работы второго выходного ключа 2, на вход ПУ2, поэтому второй выходной ключ 2 в паузе между запускающими импульсами открыт, и на выходных клеммах "нагрузка 1" и "нагрузка 2" присутствует отрицательное напряжение источника питания 4. "Длинный" импульс запуска поступает на управляющий вход третьего выходного ключа 3 через третье пусковое устройство ПУ3, на это время первый 1 и второй 2 выходные ключи закрыты, при этом на клемме "нагрузка 2" присутствует положительное напряжение, а на клемме "нагрузка 1" - отрицательное напряжение источника питания 4 (эпюра 5 фиг. 2).

Если на стробирующем входе постоянно присутствует напряжение, пассивное для коммутатора 26, то в запускающих импульсах отсутствуют "длинные" импульсы, при этом на обеих клеммах "нагрузка 1" и "нагрузка 2" "короткие" модулирующие импульсы появляются синхронно и синфазно (эпюры 1-5 фиг. 3).

При отсутствии "коротких" запускающих импульсов и наличии стробирующих импульсов или напряжения на стробирующем входе, активного для коммутатора 26, на клемме "нагрузка 1" постоянно присутствует отрицательное напряжение источника питания 4, а на клемме "нагрузка 2" - "длинные" модулирующие импульсы (эпюры 1-5, фиг. 4). Таким образом, импульсный модулятор может работать в трех режимах.

Схема отсечки 29 входом соединена с отрицательной шиной источника питания 4, а выходом - с ключевым усилителем 20, работает при формировании спада модулирующего импульса, существенно повышая КПД многорежимного модулятора за счет уменьшения сквозного токопрохождения.

Формирователь 27 может выполнять функцию инвертора либо выделения спадов импульсов запуска. В первом случае второй выходной ключ 2 во время паузы постоянно открыт. Во втором случае для исключения сквозного токопрохождения на переднем фронте модулирующего импульса целесообразно второй выходной ключ 2 открывать на короткое время, соответствующее времени формирования спада. При этом параллельно второму выходному ключу 2 должен быть установлен разрядный резистор 5. Резистор 7 необходим для разряда паразитной емкости и обеспечения отрицательного напряжения на выходной клемме "нагрузки 1" во время действия "длинного" запускающего импульса. Разделительный диод 6 необходим для развязки между первым 1 и третьим 3 выходными ключами. Источник питания 4 - двухполярный относительно катода прибора СВЧ, что позволяет получать положительное и отрицательное напряжения на сетках прибора СВЧ, используемых в качестве нагрузок. Согласующие устройства 8, 9, 10 преобразуют логические уровни входных сигналов в токи, протекающие через светодиоды 11, 12, 13, которые при этом излучают световой поток. Облучаемые этим потоком фотодиоды 17, 18, 19 создают во входных цепях ключевых усилителей 20, 21, 22 токи, которые после усиления в них имеют амплитуды, достаточные для управления выходными ключами. Для устойчивой работы при большом коэффициенте усиления ключевых усилителей 20, 21, 22 они и фотодиоды 17, 18, 19 могут быть помещены в экраны. Форсирующие цепи 23, 24, 25 предназначены для коррекции фронтов сигналов, поступающих на управляющие входы выходных ключей 1, 2, 3, что в конечном итоге уменьшает длительность фронтов и спадов модулирующих импульсов.

Источники информации
1. Справочник по радиолокации, том. 3, под ред. М. Сколника. Издательство "Советское радио", 1979 г., стр. 100 - 110.

2. Авторское свидетельство N 932610, H 03 K 7/02.

Импульсный многорежимный модулятор относится к импульсной технике и может быть использован для модуляции приборов сверхвысокой частоты. Достигаемым техническим результатом является работа на две нагрузки с различными импульсными сигналами, большое быстродействие и передача импульсов запуска с низкого потенциала на высокий потенциал. Импульсный многорежимный модулятор содержит три выходных ключа, источник питания, два разрядных резистора, разделительный диод, три пусковых устройства, состоящих каждое из последовательно соединенных согласующего устройства, светодиода, световода, фотодиода, ключевого усилителя и форсирующей цепи, источник внешних управляющих импульсов, формирователь, коммутатор, две нагрузки. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Импульсный многорежимный модулятор, содержащий два последовательно соединенных выходных ключа, первый из которых входом соединен с положительной шиной источника питания, а второй - с нагрузкой, отличающийся тем, что модулятор работает на две нагрузки с запуском от источника внешних управляющих импульсов и содержит третий выходной ключ, два разрядных резистора, разделительный диод, коммутатор, формирователь, три пусковых устройства, каждое состоящее из последовательно соединенных согласующего устройства, светодиода, световода, фотодиода, ключевого усилителя и форсирующей цепи, соответственно управляющих выходными ключами, причем положительная шина источника питания соединена с входом третьего выходного ключа, выход которого соединен с катодом разделительного диода, входом второго выходного ключа, первым выводом первого разрядного резистора и второй нагрузкой, анод разделительного диода соединен с выходом первого выходного ключа, первым выводом второго разрядного резистора и первой нагрузкой, отрицательная шина источника питания соединена с вторыми выводами разрядных резисторов и выходом второго выходного ключа, первый выход источника внешних управляющих импульсов соединен с первым входом коммутатора, управляющего первым пусковым устройством, и формирователем, управляющим вторым пусковым устройством, второй выход источника внешних управляющих импульсов соединен со вторым входом коммутатора и входом третьего пускового устройства. 2. Модулятор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит схему отсечки, входом соединенную с отрицательной шиной источника питания, а выходом - с выходом ключевого усилителя первого пускового устройства.