本实用新型属于脉冲调制技术领域，涉及一种后沿陡化的脉冲调制器，尤其是调制脉冲的后沿陡化电路。
背景技术：
脉冲调制器主要为固态微波功率放大器提供脉冲电源，为了保证放大器在大功率条件下高效率工作，要求脉冲调制器在放大器两端输出脉冲具有较快的前沿和后沿、较小的过冲和顶降。脉冲调制器主要由直流电源、充电电阻、储能电容、半导体开关、开关控制模块及其负载组成，负载即为固态微波功率放大器。脉冲调制器的工作流程为：直流电源通过充电电阻将能量储存在储能电容；开关控制模块产生重复频率几十khz、脉冲宽度几十ns～几十us连续可调的脉冲控制信号，控制半导体开关导通与关断；储能电容通过半导体开关通断，在负载端输出与控制信号同相的调制脉冲信号。
在脉冲调制器设计中，为了获得较快的脉冲前后沿及减小调制器热损耗，半导体开关一般选择导通与关断时间在ns量级、导通电阻在mω量级的gan半导体nmos管；储能电容容值一般设计在几百uf以上，以保持调制脉冲在高电压、大电流、us级脉宽输出时，具有较小的脉冲顶降。
在实际应用中，为了防止微波功率放大器输出微波耦合至脉冲调制器，通常在两者之间设计一段四分之一波长传输线，并在脉冲调制器端连接一个微波接地电容，使得放大器向调制器的微波传输通道阻抗为“开路”，以实现两者之间微波传输的有效隔离。微波接地电容主要用于微波传输接地，其集总电容值在pf量级，在脉冲调制器电路中可忽略。由于四分之一波长传输线的引入，增加了脉冲调制器与放大器之间的接线电感，该电感使得放大器端调制脉冲前后沿严重恶化。以目前国内外普遍采用的gan半导体微波功率放大器为例，其导通电阻约为700mω，工作于x波段时，四分之一波长传输线的引入电感约为40nh。放大器脉冲前后沿的时间常数为τ＝l/r，其中l为传输线引入电感，r为放大器导通电阻，计算得到τ约为60ns，脉冲前后沿的上升和下降时间一般为时间常数τ的3～4倍。因此，即使调制器输出为理想的“方波”，在放大器两端调制脉冲的上升沿和下降沿也在200ns以上，难以满足使用要求。
技术实现要素：
本实用新型针对目前x波段微波功率放大器调制脉冲后沿小于50ns的研制要求，提出一种脉冲调制器后沿陡化电路及脉冲调制器，解决了脉冲调制器与微波功率放大器之间传输线电感对调制脉冲后沿的恶化问题，可将脉冲后沿陡化至50ns以内，具有重要的实用价值。
传统的脉冲调制器一般由直流电源、充电电阻、储能电容、半导体开关、开关控制模块及其负载组成，其中负载包括传输线电感、微波接地电容及放大器导通电阻(x波段微波接地电容的集总参数在亚pf量级，在脉冲调制器电路中可忽略)。由于在脉冲调制器与微波功率放大器之间存在传输线电感，当半导体开关快速关断时，会在电感输入端感应出很高的反向电压，该电压很容易使半导体开关击穿而损坏，因此，设计中一般在调制器输出端并接一个钳位二极管，以消除负载产生的反向电压，但钳位二极管对于改善脉冲后沿并没有任何贡献。本实用新型在调制器输出端并接二极管的基础上，增加了后沿陡化电容和后沿陡化电阻构成的后沿陡化电路，达到了放大器调制脉冲后沿小于50ns的研制要求。
本实用新型的技术方案如下：
一种后沿陡化的脉冲调制器电路，包括直流电压源单元、开关单元和负载单元，开关单元包括半导体开关和开关控制模块，还包括后沿陡化电路单元；所述的后沿陡化电路单元包括后沿陡化电容、后沿陡化电阻和二极管，后沿陡化电容和后沿陡化电阻相并联，再与二极管串联后，跨接在半导体开关的源极s和地之间。
上述后沿陡化的脉冲调制器电路中，所述的直流电压源单元包括直流电源、充电电阻、储能电容；所述的直流电源和充电电阻串联，再与储能电容并联后跨接在半导体开关的漏极d和地之间。
上述后沿陡化的脉冲调制器电路中，所述的负载单元包括传输线电感、接地电容及放大器导通电阻；传输线电感和放大器导通电阻串联，再与接地电容并联构成负载单元，跨接在半导体开关的源极s和地之间。
上述后沿陡化的脉冲调制器电路中，开关控制模块设置在半导体开关的栅极g和源极s之间。
上述后沿陡化的脉冲调制器电路中，开关控制模块由信号发生器、放大器和驱动器串接而成。
上述后沿陡化的脉冲调制器电路中，半导体开关为n沟道mosfet器件。
一种脉冲调制器，包括上述后沿陡化的脉冲调制器电路。
本实用新型具有的技术效果如下：
在调制器输出端并接由二极管、后沿陡化电容和后沿陡化电阻构成的后沿陡化电路。当半导体开关快速关断时，该电路和传输线电感及放大器电阻构成lrc欠阻尼振荡回路(x波段微波接地电容的集总参数在亚pf量级，在脉冲调制器电路中可忽略)；在钳位二极管的单向导通限制下，在传输线电感输入端产生一个半周期负电压脉冲；该负电压脉冲对微波放大器调制脉冲下降沿产生一个“下拉”效应，使其后沿迅速下降。该电路设计时，首先要避免半导体开关快速关断时在传输线电感输入端产生很高的反向电压，以防止造成电路击穿损坏；又要使反向电压具有一定的幅值而加快放大器端脉冲后沿下降沿时间，以实现陡化后沿的目的。
附图说明
图1传统脉冲调制器组成示意图；
图2传统脉冲调制器输出电压波形；
图3传统脉冲调制器在放大器两端输出调制脉冲波形；
图4本实用新型脉冲调制器组成示意图；
图5本实用新型脉冲调制器输出电压波形；
图6本实用新型在在放大器两端输出调制脉冲波形；
附图标记如下：1—直流电源、2—充电电阻、3—储能电容、4—半导体开关、5—开关控制模块、6—微波接地电容、7—传输线电感、8—放大器导通电阻、9—二极管、10—地、11—后沿陡化电容、12—后沿陡化电阻。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步描述。
如图1所示，传统的脉冲调制器一般由直流电压源单元、开关单元和负载单元组成。其中直流电压源单元包括直流电源1、充电电阻2、储能电容3；开关单元包括半导体开关4和开关控制模块5；负载单元包括传输线电感7、接地电容6及放大器导通电阻8。直流电源1和充电电阻2串联，再与储能电容3并联构成直流电压源单元，跨接在半导体开关4的漏极d和地10之间。传输线电感7和放大器导通电阻8串联，再与接地电容6并联构成负载单元，跨接在半导体开关4的源极s和地10之间。半导体开关4采用n沟道mosfet器件，型号为ipb060n15n5，输出电压达到数百伏、电流数百安。
半导体开关4的栅极g和源极s之间设置有开关控制模块5，开关控制模块由信号发生器、74lvc1g125型放大器和2edf7235k型专用nmos管栅极驱动器串接组成。信号发生器产生重复频率几十khz、脉冲宽度几十ns～几十us连续可调的ttl脉冲控制信号，经放大器形成电压幅值为18v的脉冲控制信号，然后通过2edf7235k型专用nmos管栅极驱动器加载在半导体开关4的栅极g和源极s之间，控制半导体开关4快速导通与关断。
在具体设计中，为了防止半导体开关4快速关断时，在传输线电感7感应的反向高电压对电路造成损坏，一般在半导体开关4的源极s和地10之间跨接一个钳位二极管9，以消除传输线电感7产生的反向高电压。
以某课题要求研制的80v、120a脉冲调制器为例，其主要技术指标要求为：调制脉冲电压80v，脉冲峰值电流120a，脉冲前沿小于30ns，脉冲后沿小于50ns，前沿过冲小于10％，脉宽100ns～5us，脉冲顶降小于2％。传统的脉冲调制器参数可设计为：直流电源1输出电压80v，充电电阻2阻值1ω，储能电容3容值500uf，半导体开关4导通与关断时间4ns，微波功率放大器为gan半导体器件，其导通电阻8阻值r约为700mω。工作于x波段时，脉冲调制器与放大器之间四分之一波长传输线的引入电感7电感值l约为40nh，接地电容6主要用于微波传输接地，其集总电容值在pf量级，在脉冲调制器电路中可忽略。放大器调制脉冲前沿和后沿的时间常数l/r约为60ns，脉冲前沿和后沿一般为时间常数τ的3～4倍。因此，即使调制器输出为比较理想的方波，在放大器电阻8两端的调制脉冲前后沿也在200ns以上，很难达到技术指标要求。图2给出了传统脉冲调制器在半导体开关4源极s端输出电压波形，图3给出了放大器电阻8两端的调制脉冲波形。
本实用新型在传统脉冲调制器基础上，增加了后沿陡化电路，包括后沿陡化电容11和后沿陡化电阻12，如图4所示。后沿陡化电容11和后沿陡化电阻12并联，再与二极管9串联后跨接在半导体开关4的源极s和地10之间。当半导体开关4快速关断时，该电路和传输线电感7及放大器电阻8构成lrc欠阻尼振荡回路(x波段微波接地电容6的集总参数在亚pf量级，在脉冲调制器电路中可忽略)，在钳位二极管9的单向导通限制下，在半导体开关4源极s端产生一个半周期负电压脉冲波形，如图5所示，对微波放大器电阻8端调制脉冲下降沿产生一个“下拉”效应，使调制脉冲后沿迅速下降，如图6所示。理论上，后沿陡化电容11容值越小，半导体开关4关断时其源极s端产生的半周期负电压脉冲峰值越大，放大器电阻8两端调制脉冲下降沿也就会越快。但在具体参数设计过程中，在满足调制脉冲下降沿技术指标情况下，半导体开关4源极s端产生的半周期负电压脉冲峰值越小，半导体开关4越安全，综合考虑后本案例将后沿陡化电容11容值设计为20nf。后沿陡化电阻12的取值在很宽范围内对调制脉冲下降沿影响效果不明显，主要用于对后沿陡化电容11进行放电，本案例将其设计为100ω。由图6波形可以看出，增加了后沿陡化电路后，调制器调制脉冲后沿约40ns，与图3波形相比，其后沿得到极大改善，达到了技术指标要求。
1.一种后沿陡化的脉冲调制器电路，包括直流电压源单元、开关单元和负载单元，开关单元包括半导体开关(4)；其特征在于：还包括后沿陡化电路单元；所述的后沿陡化电路单元包括后沿陡化电容(11)、后沿陡化电阻(12)和二极管(9)，后沿陡化电容(11)和后沿陡化电阻(12)相并联，再与二极管(9)串联后，跨接在半导体开关(4)的源极s和地(10)之间。
2.根据权利要求1所述的一种后沿陡化的脉冲调制器电路，其特征在于：所述的直流电压源单元包括直流电源(1)、充电电阻(2)、储能电容(3)；所述的直流电源(1)和充电电阻(2)串联，再与储能电容(3)并联后跨接在半导体开关(4)的漏极d和地(10)之间。
3.根据权利要求1所述的一种后沿陡化的脉冲调制器电路，其特征在于：所述的负载单元包括传输线电感(7)、接地电容(6)及放大器导通电阻(8)；传输线电感(7)和放大器导通电阻(8)串联，再与接地电容(6)并联构成负载单元，跨接在半导体开关(4)的源极s和地(10)之间。
4.根据权利要求1所述的一种后沿陡化的脉冲调制器电路，其特征在于：所述的开关单元包括还包括开关控制模块(5)，开关控制模块(5)设置在半导体开关(4)的栅极g和源极s之间。
5.根据权利要求4所述的一种后沿陡化的脉冲调制器电路，其特征在于：开关控制模块(5)由信号发生器、放大器和驱动器串接而成。
6.根据权利要求1所述的一种后沿陡化的脉冲调制器电路，其特征在于：半导体开关(4)为n沟道mosfet器件。
7.一种脉冲调制器，其特征在于，所述的脉冲调制器包括权利要求1-5任意之一的后沿陡化的脉冲调制器电路。
技术总结