在雷達發射機脈衝調製器中，廣泛采用的是電真空管作為開關管。這種結構的脈衝調製器具有配套技術複雜、造價高、使用壽命短等缺點，尤其是其不適用於大功率、高重複頻率等工作場合的缺陷，使其已經遠遠不能滿足現代雷達的複雜信號處理的需求。
隨著電力電子技術的快速發展，新型功率開關器件IGBT（絕緣柵雙極晶體管）迅速占領了市場，滿足了人們把大功率、超高頻率開關元件實現固態化的期望，有著完全取代電真空管的趨勢。這也為在雷達發射機脈衝調製器中采用IGBT作為開關管以替代電真空管奠定了理論和實踐基礎。
1 脈衝調製器的結構
根據脈衝調製器的任務，它基本由下列3部分組成：電源部分、能量儲存部分、脈衝形成部分。其結構如圖1所示。
電源部分的作用是把初級電源（例如市電）變換成符合要求的直流電源。直流電源包括低壓電源和高壓電源兩種，低壓電源供給調製脈衝預處理電路使用，高壓電源供給調製脈衝形成電路使用。
能量儲存部分的作用是為了降低對於電源部分的高峰值功率要求。因為脈衝調製器是在短促的脈衝期間給射頻發生器提能量的，而在較長的脈衝間歇期間停止工作，因此為了有效地利用電源功率，可以采用儲能元件在脈衝間歇期間把電源送來的能量儲存起來，等到脈衝期間再把儲存的能量放出，交給射頻發生器。常用的儲能元件有電容器和人工線（或稱仿真線）。
脈衝形成部分是利用一個開關，控製儲能元件對負載（射頻發生器）放電，以提供電壓、功率、脈衝寬度及脈衝波形等都滿足要求的視頻脈衝。常用的開關元件有真空三、四極管、氫閘流管、半導體開關元件（可控矽元件）和具有非線性電感的磁開關等。
真空管的通斷可由柵極電壓控製，通斷利索，這種開關稱為剛性開關，對應的調製器稱為剛性調製器。氫閘流管、半導體開關元件和具有非線性電感的磁開關則隻能控製其導通，而不能控製其關斷，這種開關元件稱為軟性開關，對應的調製器稱為軟性調製器。
2 開關器件的比較
對傳統的電真空器件（氫閘流管）和現代電力電子器件IGBT的電氣性能進行比較。
2.1 傳統電真空管器件
以真空三、四極管為調製開關的剛性調製器適應能力強，能適應各種波形、重複頻率的要求，但這也是以體積、重量、結構和成本為代價的。為彌補自身不足以適應各種工作需要，剛性調製器又分為多種類型，但都避免不了其功率小、效率低的缺陷。
以氫閘流管為開關元件的軟性調製器雖能克服剛性調製器的不足，但自身的缺陷也很突出，主要表現為：1）脈衝波形頂部抖動、後沿拖長；2）對負載阻抗的適應性差；3）對波形的適應性也差。
可見軟性調製器隻能適應於精度要求不高、波形要求不嚴格的大功率雷達中。並且不管是剛性還是軟性調製器，其結構的複雜都使其可靠性降低，並且維修難度大。
2.2 現代電力電子器件
開關元件的固態化是發展的大趨勢，尤其是電力電子器件在由傳統型向現代型轉變以後，許多新興的器件迅速應用於這種電力轉換領域。上世紀九十年代才現身市 場的絕緣柵雙極晶體管IGBT已成為現代電力電子器件發展的領頭軍，型號齊全，已經出現了由IGBT組成的功能完善的智能化功率模塊IPM。
IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor絕緣柵雙極晶體管是一種工作原理複雜的集成半導體器件。在結構上，集成了所有半導體器件的基本結構。如麻豆国产一区、BJT、結型場效應管 JFET、MOSFET、SCR。工藝上利用MOS工藝進行大麵積功率集成，單元胞的體積越來越小，單元胞的數量越來越多。IGBT經過20年的發展，技 術越來越成熟，功能越來越強大。從原來的平麵柵型到溝槽型，又發展到非穿通型，直至現在的電場截至型.達到了6 000 V／600 A，通態壓降1.3 V，開關頻率達到納秒級。
IGBT在大量產品中的良好表現，證明其是一種良好的功率開關器件。其主要優點表現在開關頻率高、承載功率大、通態壓降低、du／dt和di／dt耐量高、動態性能高、反向恢複快等，這些性能特點使其特別適應於在高頻、大功率電路中出任開關器件的重任。
3 固態調製器硬件組成
對分別以氫閘流管和IGBT為中心所構成的兩種脈衝調製器的性能、構造、成本、可維性及可靠性進行比較。
3.1 真空管脈衝調製器
以氫閘流管ZQM1-350／14型為例，其參數為14 000 V／350 A，陶瓷外殼，需要12.6 V／6 A的燈絲電源。其關斷時，高壓電源經充電電感和變壓器的原邊給仿真線充電，氫閘流管接通時，仿真線經氫閘流管對變壓器原邊放電，在變壓器的副邊產生高壓脈衝去調製磁控管。氫閘流調製器的結構如圖2所示。
充氫閘流管是由陽極、陰極、柵極（控製柵，有的還具有預點火柵或分壓柵等）組成，將所有電極用絕緣外殼密封，利用低壓氫氣（氘氣）作為工作及滅弧絕緣介 質，是離子開關管中的一個分支，將觸發脈衝（正極性）加到柵極，使陰-柵間隙產生輝光放電，放電擴展到陽柵間隙導致陽柵間隙擊穿導通，使外電路通過陽極- 柵極-陰極放電，而輸出脈衝電流，是具有正啟動特性的脈衝電真空器件，具有工作電壓高，脈衝電流大，觸發電壓低，脈衝寬度窄，電流上升快，點火穩定等特 點，廣泛應用於國防、醫療、高能激光、科學研究等領域或場合。
氫閘流管作為開關時，開關的接通是由控製柵極上施加正觸發脈衝來實現的。如果閘流管陽極具有足夠高的正向電壓，柵極一旦被觸發，陽極-陰極之間將迅速導 通，柵極就失去了對放電的控製作用。隻有陽極電壓降得很低，不足以維持放電電流時，閘流管才會截止。閘流管在放電結束後，要經過一段消電離時間，柵極才能 恢複原來的控製功能。因此，閘流管脈衝調製器形成的脈衝波形頂部抖動、後沿拖長。
況且真空管調製器由於電子管的外圍電路有偏壓、簾柵、 陽極等電源，這些電源是不可缺少且體積龐大的高壓電源。調製器導通時的管壓降較大，調製器效率較低。電子管極間電容的存在很難實現窄脈衝調製。另外由於電 子管在真空度變差情況下可能會出現打火等現象，嚴重影響雷達發射機的可靠性。電子管陰極的壽命較短，也製約著電子管在調製器中的使用。
全固態調製器與電子管調製器相比具有效率高、體積小、重量輕、可靠性高、壽命長、維修費用低等優點。因此，研究固態調製器是一個極為重要的發展方向。
3.2 固態脈衝調製器
固態脈衝調製器就是以固態開關管IGBT替代電真空管的調製器。IGBT模塊采用10隻IGBT串聯成網絡使用，單片機驅動模塊利用單片機形成統一的觸發脈衝，經驅動模塊M57962L同步觸發IGBT網絡。其結構如圖3所示。
該調製器采用充電電感，屬於直流諧振充電，其自然諧振周期為：
其中：C0是仿真線的靜電容
Tch等於調製器脈衝重複周期T0兩倍，即調製器的脈衝重複頻率是固定的。因此為了適應雷達工作於多種重複頻率的要求，可在充電電路中串入一隻麻豆国产一区，稱為充電麻豆国产一区或保持麻豆国产一区。這時隻要充電電路的Tch值小於最小的脈衝重複周期就行了。
VD2和R1稱為過電壓保護電路，它的作用是防止仿真線上出現過高的電壓而損壞功率管。當仿真線向接近短路的負載放電時，其上的電壓會變成負極性，由於 功率管不能反向導電，這個負極性的電壓不會消失，在下一個脈衝重複周期充電時，這個電壓與電源電壓的極性一致，所以仿真線將會充電到一個較高的電壓值。如 果這時負載打火並未消失，那麽這一過程將會繼續下去。在理論上可以證明，仿真線上的電壓將會達到電源電壓的6倍之多。當電路中接入VD2和R1之後，隻要 仿真線上出現負極性電壓，就可以通過VD2放掉，從而防止了仿真線上過電壓的產生。
R2C2稱為反肩峰電路。當仿真線向不匹配的負載放電會在脈衝的前沿引起顯著的肩峰。R2C2電路就是為了減小這種肩峰的，其電阻通常選擇和負載阻抗相等，而電容的大小可按電路時間常數與脈衝前沿時間大致相當來確定。
功率開關管IGBT采用高速型MG400Q1US41，其參數為1 200V／400A，其參數如圖4所示。工程中采用十管串聯的方法以適應高電壓的要求。驅動模塊采用M57962L，其參數為1 200 V／400 A。
十管串聯需要保證串聯的10個管子同時導通、同時截止，否則先導通或者後截止的管子就因為要承受高電壓而擊穿，進一步擊穿所有的管子，而形成調製器故 障，造成不必要的損失。解決的辦法是用單片機產生一路觸發脈衝，同時觸發驅動模塊。因為驅動模塊具有較高的輸入阻抗，因此單片機的輸出電流足夠同時觸發驅 動模塊。10個驅動模塊被同時觸發，因其延遲的一致性，會使單片機的觸發脈衝同時加到10個IGBT的柵極。
根據調製器的要求，由單片機輸出一定重複頻率的觸發脈衝經接口保護電路轉換後驅動IGBT的柵極。IGBT在柵極有驅動時接通，無驅動時關斷，實現了可控的開關功能。IGBT的動態開關曲線如圖5所示。
根據圖4所示IGBT參數可知，在VOC=600V、VGE=±15V、RG=2.4 Ω、TC=25℃、IC=400 A時，ton=0.25μs，toff=0.7μs。從圖5的UCE-t曲線圖看，IGBT的開關曲線比氫閘流管的開關曲線更好，更適合於作為脈衝調製器的開關管使用。
由於單片機的采用，就可以使調製器的保護采用軟件保護，這在減少調製器的體積與重量方麵可以做出重大貢獻。
單個固態調製器的製造成本比氫閘流管調製器稍高，但是其使用壽命長，也就是說性價比高，況且在性能、構造、可維性及可靠性方麵遠遠勝於氫閘流管調製器。
4 仿真過程及結果
仿真軟件使用流行的SIMNLINK。
設觸發脈衝周期為2 ms，脈衝寬度為2μs，如圖6中的第一示波器（圖 的下部），仿真線前端的波形如圖6中的第二示波器（圖的上部）。由第二示波器可見，當觸發脈衝到來時，即IGBT網絡導通時，仿真線迅速放電，放電速率為 5 000 V／6μs（即從滿電壓5 000 V至放電完成時間約為6μs），並且無反衝。當觸發脈衝過去時，即IGBT網絡斷開時，仿真線迅速充電，放電速率為5 000 V／3μs（即從充電開始至滿電壓5 000 V的時間約為3μs），並且無反衝。
由此可見，由IGBT網絡替代的脈衝開關，完全能滿足脈衝調製器的要求，其指標遠遠超過了氫閘流管脈衝調製器。
5 結論
器件固態化是係統發展的趨勢，固態脈衝調製器正是在這一趨勢的啟發下提出來的。所設計的固態脈衝調製器具有結構簡單、性價比高的特點，可以快速、方便地對現有雷達的脈衝調製器進行改裝。改裝成本低、周期短，具有很高的實用價值。
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