某雷達發射機行波管燈絲供電設計

張強顧光

(西安電子工程研究所 西安 710100)

1 引言

現代戰爭對雷達系統的機動性能要求越來越高，如何縮短行軍、戰斗的轉換時間，是取得戰爭主動權，提高戰場生存能力的關鍵，在雷達設計中需進行充分考慮。行波管作為雷達發射機的核心部件，由于其頻帶寬、輸出功率較大，因此被廣泛應用。行波管體制發射機的設計工作均是圍繞行波管展開的，即如何為行波管設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，以及如何設計良好的散熱環境等等，從而使行波管工作在最佳狀態，提高發射機的可靠性。

2 設計思路

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到相對恒定的值，需要使燈絲預熱一段時間。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，在雷達發射機高壓關閉后，為確保發射機高壓電源放電時行波管可靠截止及充分冷卻，柵極負偏壓要保持一段時間，燈絲供電也要延遲一段相應的時間才能關閉。可見，若將這段時間單獨計入雷達架設、撤收時間，勢必增加雷達的行軍戰斗轉換時間，影響雷達的機動性能，因此需要設計一種燈絲供電電路，使雷達能在行軍中提前對燈絲進行預熱，在雷達撤收完畢轉行軍過程中自動計時延時關閉燈絲電源，從而大大縮短雷達架設、撤收時間。

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

圖1 發射機供電工作順序

3 硬件電路設計

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，如圖2中所示，JDQ1為常開繼電器，JDQ2為常閉繼電器。當操控臺開關K1閉合，繼電器JDQ1吸合，發射機燈絲由蓄電池供電，燈絲的狀態能及時反映在燈絲供電開關指示燈上。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AC/DC電源模塊正常輸出24V，此刻相當于有兩路“24V+”匯聚至B點，二極管V1、V2保證電路單向導通，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

發射機燈絲預熱完畢后，可進行開高壓操作。當高壓開啟后，燈絲供電由發射機內部電路進行接管保護，防止人員進行誤操作關閉燈絲供電導致行波管損壞的危險;同時保證雷達在供電異常或發射機打火造成系統斷電時，燈絲持續供電。功能實現:當發射機收到操控臺發送的高壓開啟指令，將網絡信號由單片機DS89C450、FPGA芯片EP1C6T144I7N轉換成電平信號，一方面通過光耦控制JDQ5(常開繼電器)吸合，給發射機高壓送380V交流電;另一方面通過驅動芯片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K1及繼電器JDQ1的作用，避免了誤操作的發生;當系統供電異常或發射機打火造成系統掉電時，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，從而確保了燈絲的持續供電。此外，當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 延時關閉

當雷達工作結束后，可正常依次關閉發射機輻射、高壓、燈絲。但快速撤收時，可提前關閉燈絲電源開關，此時斷開K1，JDQ1斷開，但為確保發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，這時燈絲開關指示燈仍亮，表示發射機燈絲仍供電，發射機內部仍處在接管狀態;當關高壓后開始計時，延時達到5min后，JDQ3斷開、JDQ4斷開，燈絲受控于B點供電，響應JDQ1輸出的狀態。若操控臺開關是關閉狀態，則燈絲關閉，按鍵指示燈滅。可見，燈絲冷卻時間完全可以不計入撤收時間內。當雷達進入行軍前，按下燈絲關閉開關，待燈絲冷卻完后，可自動關閉燈絲電源。

圖2 電路原理圖

4 軟件實現

FPGA程序采用VHDL語言編寫，主要實現在加高壓后短路燈絲供電開關，接管燈絲控制;關閉高壓后，計時5min，再發命令斷開與燈絲供電開關并聯的短路開關，釋放燈絲供電控制;如在這5min內重新收到加高壓命令后，則重新加高壓，5min延時計數清零，為下一次延時做準備。實現框圖見圖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 結論

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

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