大功率行波管老煉測試系統(tǒng)

孫 俊

（船舶重工集團(tuán)公司723所,揚(yáng)州 225001）

0 引 言

行波管越來越廣泛地應(yīng)用在通訊、雷達(dá)和電子對抗等領(lǐng)域。行波管是昂貴器件,為了在管子壽命期間里保證貯存的管子性能,必須對管子定期進(jìn)行老煉（一般6個月1次）。

管子壽命期間里從管子的元件中將不斷釋放出少量的氣體,這些氣體將使陰極和管體或其余電極和管體之間電弧放電的發(fā)生率大大增加。而電弧放電會對管子造成不良影響甚至損壞。

定期老煉就是要吸去這些殘留氣體,從而把電弧問題最小化,另外有時也要對行波管的性能進(jìn)行測試。本文介紹了一種行波管自動老煉測試系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成原理

本系統(tǒng)主要由5個部分組成:微波激勵與微波測量系統(tǒng)、行波管電源、單片機(jī)機(jī)內(nèi)檢測設(shè)備（BITE）及監(jiān)控單元（下位機(jī)）、工業(yè)控制計算機(jī)單元（上位機(jī)）、冷卻系統(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 老煉測試系統(tǒng)原理圖

1.1 微波激勵及微波測量系統(tǒng)

微波激勵信號由微波信號源輸出的信號經(jīng)微波功率放大器放大后提供。由于帶寬的原因需要用幾個不同頻帶的微波功率放大器,每個微波功率放大器都有自己獨(dú)立的輸入輸出接口和電源控制按鍵,使用時根據(jù)需要接上其中的一個并按下對應(yīng)的電源控制按鍵。

微波激勵信號的大小由上位機(jī)通過GBIP口控制微波信號源的輸出獲得。微波功率計對行波管的輸入輸出微波信號進(jìn)行測量,上位機(jī)通過GBIP口對所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。測試行波管時,上位機(jī)控制微波信號源的輸出,使得行波管輸入激勵信號由小到大逐步增加,直到行波管飽和；然后對所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,并畫出行波管的輸入輸出特性曲線。

1.2 行波管電源

陰極高壓電源和收集極高壓電源采用開關(guān)電源（脈寬調(diào)制器芯片用的是SG1525）,大大減小了高壓電源的體積和重量。其原理如圖2所示。

圖2 陰極、收集極高壓電源原理圖

圖中輸入電壓UIN由電網(wǎng)電壓經(jīng)高壓控制繼電器和慢啟動電路后整流獲得。V1、V2、L1、C2組成一個Buck變換器,進(jìn)行穩(wěn)壓得到電壓U0,U0經(jīng)過V3、V4、V5、V6構(gòu)成的全橋得到一個峰值為 2U0的高頻方波,此方波經(jīng)高壓變壓器T1升壓后再經(jīng)高壓整流電路進(jìn)行整流就得到所需的高壓了。高壓變壓器T1次級可以是1組或多組,根據(jù)需要確定（組數(shù)少整流板所占空間就少,同時每組電壓高則整流管所承受的反向電壓和損耗就高）。

陽極高壓電源采用了疊加的方式,因?yàn)殛枠O高壓電源和收集極高壓電源是共陰極的,而且陽極高壓電源比收集極高壓電源高,所以通過在收集極高壓電源上疊加1個半橋穩(wěn)壓電源獲得所需的陽極高壓電源,陽極通斷通過高壓繼電器控制。

燈絲電源和控制極電源也采用開關(guān)電源。因?yàn)槭歉≡陉帢O高壓上的,故對其的設(shè)置、監(jiān)測和控制通過高壓隔離變壓器來實(shí)現(xiàn),將設(shè)置值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的脈沖信號,通過高壓隔離變壓器傳到浮動板上,再通過頻率/電壓（F/V）變換即可實(shí)現(xiàn)對燈絲電源和控制極電源大小的設(shè)置。

浮動板上各參數(shù)的電壓取樣值經(jīng)電壓/頻率（V/F）變換轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的脈沖信號,通過高壓隔離變壓器后再經(jīng)F/V變換還原成相應(yīng)的電壓值,就可實(shí)現(xiàn)對浮動板各參數(shù)的監(jiān)測。

1.3 單片機(jī)BITE及監(jiān)控單元（下位機(jī)）

該單元是基于AVR單片機(jī)的嵌入式控制系統(tǒng),通過RS422串口與工控機(jī)（上位機(jī)）通信,將所采得的電源數(shù)據(jù)和狀態(tài)傳給上位機(jī)并接受上位機(jī)傳來的設(shè)置和控制信號。

由于高壓電源存在復(fù)雜的干擾信號,此單元采用獨(dú)立的電源供電,接地方式采用單點(diǎn)接地,對外的電氣連接全部經(jīng)過隔離并且采用全屏蔽的安裝方式。

主控制器采用Atmel公司ATmega32單片機(jī),外圍接1個可編程外圍接口82C55和3個可編程間隔定時器82C54。各級電壓設(shè)置所需的脈沖信號和控制極電壓控制所需的脈沖信號均由可編程定時器產(chǎn)生,各級電壓的取樣值進(jìn)入單片機(jī)（MCU）進(jìn)行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換被讀取,電源系統(tǒng)的狀態(tài)直接被讀取。

1.4 工業(yè)控制計算機(jī)單元（上位機(jī)）

本單元由一個工業(yè)控制計算機(jī)組成,在計算機(jī)上用Vc、C++或者其他編程語言編寫一個基于Windows操作系統(tǒng)的操作程序。

操作人員在操作界面上對老煉測試臺進(jìn)行設(shè)置和控制,這些設(shè)置和控制通過串口發(fā)送給單片機(jī)BITE及監(jiān)控單元進(jìn)行執(zhí)行,同時老煉測試臺的狀態(tài)和各級電源的參數(shù)由單片機(jī)BITE及監(jiān)控單元通過串口傳給控制計算機(jī),并在操作界面上顯示出來以供操作人員查看。操作界面如圖 3所示（供參考）。

1.5 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)由水冷機(jī)柜和水冷板組成,使用時將行波管的散熱面貼在水冷板上。水冷機(jī)柜設(shè)有水流量保護(hù)和水溫保護(hù),當(dāng)水流量過小或者水溫過高時會發(fā)送故障信號給單片機(jī)BITE及監(jiān)控單元進(jìn)行保護(hù)。

圖3 操作界面

2 結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展,通訊、雷達(dá)和電子對抗等設(shè)備量越來越大,用到的行波管也越來越多。本文介紹的大功率行波管老煉測試系統(tǒng)可以很好地解決行波管的老煉測試問題,在實(shí)際應(yīng)用中證明是可靠實(shí)用的。

[1] 張占松,蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2000.

[2] 宋建國.AVR單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999.

[3] 鄒逢興.計算機(jī)硬件技術(shù)及應(yīng)用基礎(chǔ)[M].長沙:國防科技大學(xué)出版社,2001.