張強顧光

(西安電子工程研究所 西安 710100)

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭對雷達(dá)系統(tǒng)的機動性能要求越來越高，如何縮短行軍、戰(zhàn)斗的轉(zhuǎn)換時間，是取得戰(zhàn)爭主動權(quán)，提高戰(zhàn)場生存能力的關(guān)鍵，在雷達(dá)設(shè)計中需進行充分考慮。行波管作為雷達(dá)發(fā)射機的核心部件，由于其頻帶寬、輸出功率較大，因此被廣泛應(yīng)用。行波管體制發(fā)射機的設(shè)計工作均是圍繞行波管展開的，即如何為行波管設(shè)計配置最合適最可靠的各電極電源，如何有效且完善地保護行波管，以及如何設(shè)計良好的散熱環(huán)境等等，從而使行波管工作在最佳狀態(tài)，提高發(fā)射機的可靠性。

2 設(shè)計思路

眾所周知，行波管中燈絲的作用是給陰極加熱，使陰極以需要的速率發(fā)射電子。但冷燈絲具有低阻特性，隨著燈絲通電時間的增加其阻抗上升，故為了保證燈絲的熱量能達(dá)到相對恒定的值，需要使燈絲預(yù)熱一段時間。另一方面，由于燈絲電源與柵極偏壓電源采用同一個24V電源供電，在雷達(dá)發(fā)射機高壓關(guān)閉后，為確保發(fā)射機高壓電源放電時行波管可靠截止及充分冷卻，柵極負(fù)偏壓要保持一段時間，燈絲供電也要延遲一段相應(yīng)的時間才能關(guān)閉?？梢?，若將這段時間單獨計入雷達(dá)架設(shè)、撤收時間，勢必增加雷達(dá)的行軍戰(zhàn)斗轉(zhuǎn)換時間，影響雷達(dá)的機動性能，因此需要設(shè)計一種燈絲供電電路，使雷達(dá)能在行軍中提前對燈絲進行預(yù)熱，在雷達(dá)撤收完畢轉(zhuǎn)行軍過程中自動計時延時關(guān)閉燈絲電源，從而大大縮短雷達(dá)架設(shè)、撤收時間。

通常情況下行波管發(fā)射機的供電順序如圖1所示。該順序中燈絲加熱是在系統(tǒng)供電后進行的，為縮短燈絲加熱的5min時間，設(shè)計采用在行軍過程中由蓄電池提前給燈絲供電。當(dāng)雷達(dá)進入陣地，電站、系統(tǒng)正常工作后，燈絲已預(yù)熱完畢，且燈絲供電能自動完成切換，保證燈絲持續(xù)供電;當(dāng)雷達(dá)工作時，遙控接收開高壓、輻射指令，保證發(fā)射機正常工作;雷達(dá)工作完畢后，電站關(guān)閉，燈絲自動切換回蓄電池供電;而且燈絲供電開關(guān)可在雷達(dá)進入行軍狀態(tài)提前關(guān)閉，待發(fā)射機高壓放電充分后，自動切斷燈絲電源。同時設(shè)計防止誤操作，保證安全可靠。

圖1 發(fā)射機供電工作順序

3 硬件電路設(shè)計

3.1 供電無縫切換

燈絲加熱由蓄電池和電站兩種方式進行選擇供電，兩者之間能自動切換，且不間斷。主要通過互鎖電磁繼電器實現(xiàn)，如圖2中所示，JDQ1為常開繼電器，JDQ2為常閉繼電器。當(dāng)操控臺開關(guān)K1閉合，繼電器JDQ1吸合，發(fā)射機燈絲由蓄電池供電，燈絲的狀態(tài)能及時反映在燈絲供電開關(guān)指示燈上。繼電器JDQ2跨接于AC/DC電源模塊兩端，且吸合、釋放具有延遲特性，當(dāng)AC/DC電源模塊正常輸出24V，此刻相當(dāng)于有兩路“24V+”匯聚至B點，二極管V1、V2保證電路單向?qū)?，JDQ2通電后延遲動作(延遲時間為毫秒級)切斷蓄電池供電支路，從而保證了燈絲供電的不間斷，同時又完成了供電支路的切換。

3.2 高壓開啟接管

發(fā)射機燈絲預(yù)熱完畢后，可進行開高壓操作。當(dāng)高壓開啟后，燈絲供電由發(fā)射機內(nèi)部電路進行接管保護，防止人員進行誤操作關(guān)閉燈絲供電導(dǎo)致行波管損壞的危險;同時保證雷達(dá)在供電異?；虬l(fā)射機打火造成系統(tǒng)斷電時，燈絲持續(xù)供電。功能實現(xiàn):當(dāng)發(fā)射機收到操控臺發(fā)送的高壓開啟指令，將網(wǎng)絡(luò)信號由單片機DS89C450、FPGA芯片EP1C6T144I7N轉(zhuǎn)換成電平信號，一方面通過光耦控制JDQ5(常開繼電器)吸合，給發(fā)射機高壓送380V交流電;另一方面通過驅(qū)動芯片54LS244控制繼電器JDQ3(常開繼電器)閉合。從而使JDQ4(常開繼電器)閉合后D和B點短接，其作用是短路掉開關(guān)K1及繼電器JDQ1的作用，避免了誤操作的發(fā)生;當(dāng)系統(tǒng)供電異?；虬l(fā)射機打火造成系統(tǒng)掉電時，AC/DC電源模塊無24V輸出，繼電器JDQ2(常閉繼電器)動作閉合，雖然閉合存在毫秒級的延遲，但由于D點連接在蓄電池“24V+”端，繼電器JDQ3、JDQ4始終處在閉合狀態(tài)，從而確保了燈絲的持續(xù)供電。此外，當(dāng)D和B點短接后，若蓄電池電壓過低時，AC/DC電源模塊可以給蓄電池進行充電，防止其過度使用造成虧空。

3.3 延時關(guān)閉

當(dāng)雷達(dá)工作結(jié)束后，可正常依次關(guān)閉發(fā)射機輻射、高壓、燈絲。但快速撤收時，可提前關(guān)閉燈絲電源開關(guān)，此時斷開K1，JDQ1斷開，但為確保發(fā)射機高壓電源放電時行波管可靠截止及充分冷卻，需要延時5min，這時燈絲開關(guān)指示燈仍亮，表示發(fā)射機燈絲仍供電，發(fā)射機內(nèi)部仍處在接管狀態(tài);當(dāng)關(guān)高壓后開始計時，延時達(dá)到5min后，JDQ3斷開、JDQ4斷開，燈絲受控于B點供電，響應(yīng)JDQ1輸出的狀態(tài)。若操控臺開關(guān)是關(guān)閉狀態(tài)，則燈絲關(guān)閉，按鍵指示燈滅?？梢?，燈絲冷卻時間完全可以不計入撤收時間內(nèi)。當(dāng)雷達(dá)進入行軍前，按下燈絲關(guān)閉開關(guān)，待燈絲冷卻完后，可自動關(guān)閉燈絲電源。

圖2 電路原理圖

4 軟件實現(xiàn)

FPGA程序采用VHDL語言編寫，主要實現(xiàn)在加高壓后短路燈絲供電開關(guān)，接管燈絲控制;關(guān)閉高壓后，計時5min，再發(fā)命令斷開與燈絲供電開關(guān)并聯(lián)的短路開關(guān)，釋放燈絲供電控制;如在這5min內(nèi)重新收到加高壓命令后，則重新加高壓，5min延時計數(shù)清零，為下一次延時做準(zhǔn)備。實現(xiàn)框圖見圖3。

圖3 軟件控制流程圖

以下為FPGA中的部分程序，完成高壓開啟接管及釋放的控制功能。

5 結(jié)論

本文設(shè)計的發(fā)射機燈絲供電電路簡單合理，不但實現(xiàn)燈絲提前預(yù)熱、又可防止人為誤操作，以及系統(tǒng)供電異常或發(fā)射機打火時系統(tǒng)斷電對行波管造成的損害，對行波管起到很好的保護作用。經(jīng)過在某雷達(dá)上使用，效果顯著，可靠性高，大大縮短了雷達(dá)架設(shè)、撤收時間，滿足雷達(dá)高機動性能指標(biāo)。實際使用中，在燈絲供電指示燈LED上并聯(lián)上一個計時器，還可以定量地統(tǒng)計行波管的使用時間。該電路可推廣應(yīng)用于其它行波管體制的雷達(dá)發(fā)射機燈絲供電設(shè)計中。

［1］鄭新，李文輝，潘厚忠.雷達(dá)發(fā)射機技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006.

［2］ 郭開周.行波管研制技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008，7.

［3］孫方禮.行波管發(fā)射機的模塊化設(shè)計［J］.雷達(dá)與對抗，2007，(1):48-51.

［4］ 孫延鵬，張芝賢，尹常永.VHDL與可編程邏輯器件應(yīng)用［M］.航空工業(yè)出版社，2006，12.