1引言
脉冲变压器被广泛用于电子电路中，如它们常被用作高功率发射机中线性调制器输出到负载之间的耦合，也有把它们用于刚管调制器中。这些场合使用的高功率脉冲变压器均为升压型变压器，以提供从初级到次级间的电压与阻抗变换。
用作大功率调制器的脉冲变压器的设计，可以采用多种方法。但是，为了能够生产出合格的脉冲变压器，则要经历其设计的全过程及其方法，以满足使用中各自不同的要求。
这些设计原则主要包括：
◆获得特定的脉冲上升时间；
◆提供合适的脉冲平顶；
◆达到要求的脉冲下降时间和脉冲尾部的频率响应；
◆为电子管的正确工作创造条件；
◆提供电路的电压变换；
◆保持温度在合理的范围之内；
◆为电子管的灯丝电流提供通道；
◆经受得住要求的工作电压；
◆尽可能减小体积与重量，降低成本；
◆能经受所需要的电压应力。
应指出的是，同时使这些要求都达到最佳状态是办不到的，所以，整个设计过程就是能够合理巧妙地折衷这些指标与参数的过程。
2脉冲变压器等效电路及其特性分析
脉冲变压器的绕组形式、铁心材料选用、匝比等的变化范围很大。通常采用的是所谓“完整”的等效电路，如图1所示。
由图1可见，要分析这个等效电路并不十分复杂。一个特定的脉冲变压器性能很大程度上取决于等效电路中的各个元件以及绕组的不同匝比。在许多时候，能够办得到的实质性的简化就是假设变压器的匝比大于1：3。在这种情况下，就可以采用一种进一步简化了的等效电路，如图2所示。在此电路中，也是为了简化，所有的电路元件都被折算到了变压器的某一边（即初级或次级）。
分析图2所示的等效电路，可以把脉冲波形简化成三个部分，即脉冲上升时间、脉冲顶部、脉冲下降时间或脉冲尾部。在分析脉冲上升时间中，通常可以忽略磁化电流，其结果即变成了如图3所示的简化等效电路。通常，假设加于脉冲变压器初级的是个阶跃电压，其输出脉冲的上升时间与变压器的漏电感、杂散电容、负载的分布电容、负载的性质等有关；而其负载不是电阻性负载就是带偏置二极管的负载。对于欠阻尼状态的电路分析，所显示出的输出电压由下式给出：
(1)
式中，
阻尼系数K1为：
图4所示为阻尼系数K1选择在0.5~0.75之间，这时所获得的脉冲上升速率快且是其超值最小的一个优良折衷方案。当其工作在偏置二级管负载时，则选择：
因此，在偏置二极管导电之前流经漏电感的电流恰好等于在其导电之后通过负载的电流。如果方程式(1)所要求的条件是在刚管调制器中遇到（一般情况下，式(1)中的），而k1则等于0.71。所以，现实的设计过程就是k1在0.5至0.75之间进行设计。如果k1值大约等于0.5，那么对于电阻性负载来说，其脉冲上升时间将由下式给出：
(2)
如果负载为偏置二极管（在脉冲上升时间里，Rc>>Rg），对于这样的偏置二极管负载，其脉冲上升时间由下式给出：
(3)
分析脉冲顶部的性能是假设电压值大致是不变的，而且电子管中电流的降落值与变压器自感中的磁化电流相关。对于偏置二极管负载，脉冲期内电子管中减少的电流大约等于磁化电流，即：Im≈ΔId
式中，Im为磁化电流；ΔId为器件中减少的电流。
对于线性纯电阻性负载的电压降为：
分析脉冲波形尾部的性能要复杂一些。为使发射机正常工作，需要将电压很快降落到零值，没有虚假振荡，只有一个很小的回摆值，并且不与起始输出电压同极性。基于发射机磁控管和变压器磁心材料在脉冲尾部这个时间里都呈现出明显的非线性特性，由此使脉冲尾部性能的分析复杂化了。在脉冲变压器恢复时间内，这种状态可以直接引起欠阻尼的情况，从而可能使脉冲电压上升为震荡。这类震荡可能会产生主发射脉冲之外的其他形式的附加射频脉冲。图5所示即为这样的电压脉冲波形，由图可见，主脉冲与并不需要的震荡之间离得很近，虽然存在着一定距离。
磁控管的非线性状态是其所表现出的明显的不同特性，它随施加于管子上的电压而定。用作脉冲变压器磁心的磁性材料在脉冲里的B-H曲线由图6示出，在脉冲结束处的磁导率μe与脉冲后沿期间的磁导率μd之间的差异很明显。
有报道用图7的等效电路进行脉冲波形的分析。在图7中，Cn是脉冲形成网络（PFN）的总电容值，Ln为漏感和PFN电感之总和，Cd是脉冲变压器和负载的杂散电容值，Rm为磁控管的静态电阻，Re是变压器的等效电阻。同时，在脉冲附近时间间隔里的等效电阻Rm决定了因子Ｊ和μe对μd的比值。然后用这些参数计算三个归一化常数；用这三个归一化常数即可检查近距离回波（回摆跨于脉冲附近的轴线上）或者距离的虚假回波、或者脉冲再跨轴线的存在。这些参数记录于表1。
选择k1值是在设计程序的前期，以便获得可以接受的前端性能。为了检查近距离回波的存在，需要对k1和k2进行计算，k3值和磁化电流对负载电流之比Δ在图8中画出。在没有近距离回波存在的情况下，k2值必须比由图8中取得的值大。同时，在没有距离回波存在的情况下，k4将大于或等于1。
3脉冲变压器的结构形式
脉冲变压器有多种结构形式，图9~图14列出了其中几例，每图附有其漏感和杂散电容的表达式。在设计中，可以把漏感和杂散电容换算到变压器的低压边或高压边，换算到变压器另一边的值是用变压器变比的平方去除所有电感值，或者去乘所有的电容值。
图9~图14中的值是折算到高压绕组一边的。图中的符号与定义为：
Cd——高压绕组的分布电容（PF）
L1——折算到高压绕组边的漏感（μH）
NS——串联的高压绕组总匝数
Lc——每匝的平均长度（in）
t——导线断面直径（in）
n——高压绕组匝数对低压绕组匝数之比
S——绝缘层的厚度（in）
k——绝缘材料的相对介电常数
d——当绕组载有脉冲电流时，一个绕组层铜导体绕的绕制半径（in）
图15所示为具有单层初级和双绕组单层次级的一种脉冲变压器结构的横断面示意图。它示出了脉冲变压器的基本组成单元，图中标出了其名称。脉冲变压器设计技巧的很大一部分在于选择绕组结构的形式及其无量纲的变化。脉冲变压器设计引入了L1和Cd值，而大功率脉冲变压器还应包括热传递、绕组的物理结构参数等详细设计参数。
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