ASTRE2000KU波段場面監視雷達磁控管國產化替代仿真模擬及工藝改進技術淺析

張煒

摘 要 場面監視雷達是保證機場航運安全的一種重要雷達，能夠對機場地面的飛機、車輛進行分析識別，為指揮飛機降落停泊、機場車輛行駛作業提供可視化依據。KU波段場面監視雷達憑借自身具有較高距離分辨力的優勢，已廣泛應用在機場場面監視領域。

關鍵詞 磁控管;空管;國產化

1現狀

ASTRE2000KU波段場面監視雷達為首都機場36L和36R跑道提供監視覆蓋。該雷達由法國THALES公司設計生產，裝備首都機場已十五年之久。該雷達發射機所用磁控管為同軸磁控管。磁控管作為電真空器件，壽命有限。隨著印記發射能力下降，真空度降低等原因，磁控管功率會下降或者出現打火等現象，當功率下降到一定值時，雷達發射機失去發射功能，此時雷達系統失效，需及時更換磁控管。目前法國THALES公司已經停止對該雷達的備件供應，因此需對該雷達所用的TH3077A型磁控管進行國產化替代[1]。

2仿真模擬

對磁控管的內腔進行仿真，計算無縫內腔的Π模的頻率結果如圖1所示，Π模頻率為19.25GHz。對同軸腔進行仿真，計算頻帶是否滿足要求，結果如圖2所示。

3工藝結構改進及制管

依據目前成熟工藝對原管某些結構進行以下調整：①磁系統改為釤鈷的方形自屏蔽系統;②調諧機構也由于加工問題，由鑄件改為車銑加工工藝;③陰極熱絲系統采用金屬陶瓷結構，如圖3、圖4、圖5所示

工藝過程中很多部件是多次焊接，在研制過程中也出現了一些問題，比如頻帶不夠，排期過程漏氣，陰陽極對中不好等，在制管的過程中也通過一些手段和方法逐漸解決了這些問題。

頻帶問題表現為磁控管的工作點不能到15.7GHz以下。在重新對比替代型磁控管圖紙和TH3077A型磁控管零件后，認為替代型KU波段同軸磁控管零件圖紙公差不同，加上焊接過程中焊料流散現象，導致部件厚度過大，影響磁控管的調諧行程，調諧結構示意圖如圖6所示。解決辦法是調整零件公差，細化焊接工藝，同時在保證機械強度的情況下，把蓋板做薄。經過上述改進后，磁控管的頻帶問題得以解決。

排氣過程中出現漏氣的現象表現為：在排氣烘烤（450℃）后，磁控管外腔和上蓋板的無氧銅氬弧焊出現漏氣。氬弧焊重新焊接重新烘烤后，漏氣問題解決。

對于陰陽極對中不好是由于前期沒有設計模具，在設計加工模具后，陰陽極對中好轉。在陰極偏心越小對磁控管穩定工作越有利。質管過程中的冷測曲線如圖7所示

4整管測試

磁控管整管在散熱方面存在一些問題，滿功率工作時需要退燈絲為0才能保證磁控管穩定工作，存在陰極過熱現象，在后期的研制中通過改進陰極部件的結構解決了此問題。改進后能夠保證磁控管工作時燈絲電壓退至8.1V的狀態下不處于過熱狀態，這樣既可以保證磁控管工作可靠性，實現設備的等位替換，又能增長磁控管的使用壽命。

改進磁控管陰極部件后，測試人員對磁控管進行測試。測試數據如表1所示。

通過測試數據可以看出，磁控管帶寬滿足指標要求，且在帶寬內磁控管脈沖功率達到20kW的指標要求，滿足技術性能指標，且磁控管的檢包絡穩定，前沿抖動小，無打火、漏脈沖等現象。頻譜主瓣清晰，主副瓣比符合技術要求。檢包絡和頻譜如圖8、9所示。

5結束語

本課題為國產化替代法國TH3077A型同軸磁控管，此時結果表明，該項目磁控管參數與TH3077A型同軸磁控管相同，在ASTRE2000雷達上機后替代型磁控管工作穩定，能夠達到相同水平。通過國產化替代，延長了ASTRE2000雷達的使用壽命，同時為用戶在一定程度上降低了雷達運行成本。

參考文獻

[1] 電子管設計手冊編輯委員會.磁控管設計手冊[M].國防工業出版社，1979.