王秀連

摘 要：行波管放大器造價昂貴，運(yùn)行成本高，正確的使用和維護(hù)可延長使用壽命，從而達(dá)到節(jié)約經(jīng)費(fèi)的目的。

關(guān)鍵詞：行波管 組成 保養(yǎng) 維護(hù)

中圖分類號：TN124 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（b）-0011-01

1 原理與組成

在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，行波管是一種應(yīng)用范圍最廣和工作頻率范圍最寬的微波放大器件。行波管放大器，是通過電磁場與電子注發(fā)生能量交換使高頻信號得以放大的微波真空器件，行波管是靠連續(xù)調(diào)制電子注的速度來實現(xiàn)放大功能的微波電子管。行波管的結(jié)構(gòu)包括電子槍（或陰極）、相互作用區(qū)（慢波結(jié)構(gòu)）和收集極三部分。小功率和中功率行波管通常作為前級激勵放大器去推動大功率多腔速調(diào)管或M型微波放大管。

根據(jù)行波管慢波結(jié)構(gòu)的不同，可分為螺旋線行波管和耦合腔行波管等幾種。按功能要求，可分為寬帶行波管、大功率行波管以及雙模行波管等。在雷達(dá)發(fā)射機(jī)中，主要使用中、大功率的耦合腔行波管、雙模行波管以及用于微波功率模塊的微型行波管等。

螺旋線慢波電路由很細(xì)的鎢絲或鉬絲繞制而成。它非常脆弱而且熱容量小，但帶寬很寬。由于螺旋線是均勻的，因此在螺旋線中傳播的射頻波，其相速可在一個很寬的頻率范圍內(nèi)保持近似不變，再加上負(fù)色散技術(shù)可以將低頻射頻波相速拉平，所以通?？色@得3∶1或更大的帶寬。還有一種衍生螺旋線行波管，其微波電路為環(huán)圈、環(huán)桿和雙帶對繞或雙螺旋結(jié)構(gòu)，它的尺寸和熱容量比螺旋線大，因此具有較高的功率容量，但頻帶稍窄一些。

耦合腔行波管的慢波結(jié)構(gòu)一般由多達(dá)50～60個全金屬結(jié)構(gòu)的相鄰腔體組成。射頻波通過相鄰腔體壁的耦合槽或耦合孔傳播時，好比在一個折疊波導(dǎo)中傳播一樣。這種結(jié)構(gòu)是全金屬的，具有尺寸大、功率容量大和容易冷卻等優(yōu)點，適用于高功率發(fā)射機(jī)應(yīng)用。它是行波管中的高功率放大器件，其瞬時帶寬為10%。

2 行波管放大器的備份

實際工作經(jīng)驗證明，行波管放大器故障率是電子戰(zhàn)裝備中故障率最高的。而在戰(zhàn)時，由于對外輻射大功率信號，又容易招致反輻射武器的打擊，是典型的戰(zhàn)場易損部件。同時，行波管又是壽命器件，使用（貯存）一定時間后（幾百到上千小時）行波管的輸出功率急劇下降，宣告行波管生命結(jié)束。

因此，在考慮常規(guī)備件備份時，行波管放大器是優(yōu)先考慮的對象。但如何備份、備份多少行波管，只備份行波管和高壓電源還是直接備份放大鏈路，又有幾種選擇。筆者認(rèn)為。僅僅備份行波管是不現(xiàn)實的，原因是行波管、特別是超寬帶行波管，電參數(shù)的離散性很大，即使同一生產(chǎn)批次的行波管，每個管子所具備的電參數(shù)也有很大差異，增益也不一致，在發(fā)射機(jī)的研制、生產(chǎn)過程中，與之相配的高壓電源必須反復(fù)調(diào)試后才能使行波管輸出額定功率，調(diào)試時所需儀器儀表也很多，包括信號源、功率計、耦合器和冷卻系統(tǒng)等。另外，為使前級推動的功率放大器與行波管的輸入電平匹配，還需制作均衡器，而均衡器的制作也有較長的調(diào)試過程。因此，在現(xiàn)場更換行波管是不現(xiàn)實的。這樣，在制定備件方式時，為達(dá)到現(xiàn)場快速更換的目的，只能以整個放大鏈路（含中功率放大器、均衡器、行波管、隔離器和高壓電源）為單元進(jìn)行備份，才能達(dá)到現(xiàn)場快速更換的目的。

3 行波管放大器的維護(hù)和保養(yǎng)

對于行波管放大器，日常最基本的維護(hù)是避免發(fā)射機(jī)受潮，除了保證高壓電源機(jī)箱的密封性或直接灌封高壓部件外也可通過定期加電驅(qū)趕潮氣。

行波管是發(fā)射機(jī)中貴重的核心部件，為使其在壽命期內(nèi)可靠地工作，在使用和貯存過程中要采取必要的措施保護(hù)行波管—即定期老煉行波管。

在行波管工作過程和整個壽命期間，穩(wěn)定地產(chǎn)生和維持電子注是關(guān)鍵，電子注由電子槍產(chǎn)生，電子槍依靠熱陰極發(fā)射電子工作，陰極穩(wěn)定發(fā)射是管子工作的必要條件。陰極由鎢海綿機(jī)體和活性物質(zhì)組成，陰極在真空中加熱后，氧化鋇分解成鋇原子，鋇原子由陰極內(nèi)部擴(kuò)散到陰極表面，在陰極表面形成發(fā)射層，使陰極具有發(fā)射能力。行波管出廠前，經(jīng)過激活、老煉后，陰極表面有一層活性良好的發(fā)射面，如果長期存放，陰極表面的活性物質(zhì)鋇原子會流失。另外，行波管內(nèi)應(yīng)有極高的真空度，但經(jīng)過一定時間存放后，管內(nèi)真空度會發(fā)生微小的變化，需要定期加電老煉。通過老煉使陰極表面重新激活，真空度得以提高。

存放過程應(yīng)每隔半年對行波管進(jìn)行一次老煉。老煉應(yīng)在使用條間良好的散熱環(huán)境下，對行波管加電工作，歷時大約4～8 h。

隨著設(shè)備的不斷改造和工藝的成熟，行波管的壽命也在不斷提高。根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)，在正常的使用情況下，行波管的壽命可達(dá)到1000 h。假如儲備的發(fā)射分機(jī)的存儲期為5年，在5年的儲存期內(nèi)，以每隔6個月老煉行波管5 h計算，總壽命的損失為50 h。以50 h壽命損失的代價，換回行波管始終處于正常的待工作狀態(tài)是值得的。建議在儲備各波段雷達(dá)發(fā)射分機(jī)時，考慮配備通用的行波管老煉設(shè)備，定期對各個頻段的行波管進(jìn)行老煉。

4 通用行波管老煉設(shè)備簡介

如果以整個放大鏈路為單元進(jìn)行備份，老煉設(shè)備的構(gòu)成相對比較簡單，由頻率源、匹配負(fù)載、耦合器、檢波器、放大電路、顯控電路、電源等組成。

頻率源可輸出多個點頻信號，在老煉各個波段的行波管時提供激勵信號；耦合器耦合部分能量給檢波器對輸出信號檢波，檢波后經(jīng)放大給顯控電路，判斷是否有一定功率輸出；顯控電路除了正確控制對行波管加/斷電順序外，可對行波管預(yù)熱時間和老煉時間進(jìn)行定時，并記錄行波管老煉時間；匹配負(fù)載用于吸收發(fā)射功率，可選用2～18 GHz的大功率負(fù)載；根據(jù)行波管冷卻方式—如傳導(dǎo)散熱、水冷、液冷等，配備相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)的冷卻能力應(yīng)有一點裕量，確保老煉過程中行波管不會因過熱過載而保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁鷺飛，陳建春.雷達(dá)原理[M].電子工業(yè)出版社.

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