行波管放大器的保養(yǎng)與維護(hù)

王秀連

摘 要：行波管放大器造價(jià)昂貴，運(yùn)行成本高，正確的使用和維護(hù)可延長(zhǎng)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(hào)：TN124 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guò)電磁場(chǎng)與電子注發(fā)生能量交換使高頻信號(hào)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(lái)實(shí)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(jí)激勵(lì)放大器去推動(dòng)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(gè)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(duì)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(gè)全金屬結(jié)構(gòu)的相鄰腔體組成。射頻波通過(guò)相鄰腔體壁的耦合槽或耦合孔傳播時(shí)，好比在一個(gè)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(diǎn)，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(shí)帶寬為10%。

2 行波管放大器的備份

實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)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(shí)，由于對(duì)外輻射大功率信號(hào)，又容易招致反輻射武器的打擊，是典型的戰(zhàn)場(chǎng)易損部件。同時(shí)，行波管又是壽命器件，使用（貯存）一定時(shí)間后（幾百到上千小時(shí)）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(shí)，行波管放大器是優(yōu)先考慮的對(duì)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(shí)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(gè)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(guò)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(shí)所需儀器儀表也很多，包括信號(hào)源、功率計(jì)、耦合器和冷卻系統(tǒng)等。另外，為使前級(jí)推動(dòng)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(zhǎng)的調(diào)試過(guò)程。因此，在現(xiàn)場(chǎng)更換行波管是不現(xiàn)實(shí)的。這樣，在制定備件方式時(shí)，為達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)快速更換的目的，只能以整個(gè)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(chǎng)快速更換的目的。

3 行波管放大器的維護(hù)和保養(yǎng)

對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)程和整個(gè)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(guò)激活、老煉后，陰極表面有一層活性良好的發(fā)射面，如果長(zhǎng)期存放，陰極表面的活性物質(zhì)鋇原子會(huì)流失。另外，行波管內(nèi)應(yīng)有極高的真空度，但經(jīng)過(guò)一定時(shí)間存放后，管內(nèi)真空度會(huì)發(fā)生微小的變化，需要定期加電老煉。通過(guò)老煉使陰極表面重新激活，真空度得以提高。

存放過(guò)程應(yīng)每隔半年對(duì)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(duì)行波管加電工作，歷時(shí)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(chǔ)備的發(fā)射分機(jī)的存儲(chǔ)期為5年，在5年的儲(chǔ)存期內(nèi)，以每隔6個(gè)月老煉行波管5 h計(jì)算，總壽命的損失為50 h。以50 h壽命損失的代價(jià)，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(chǔ)備各波段雷達(dá)發(fā)射分機(jī)時(shí)，考慮配備通用的行波管老煉設(shè)備，定期對(duì)各個(gè)頻段的行波管進(jìn)行老煉。

4 通用行波管老煉設(shè)備簡(jiǎn)介

如果以整個(gè)放大鏈路為單元進(jìn)行備份，老煉設(shè)備的構(gòu)成相對(duì)比較簡(jiǎn)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(gè)點(diǎn)頻信號(hào)，在老煉各個(gè)波段的行波管時(shí)提供激勵(lì)信號(hào)；耦合器耦合部分能量給檢波器對(duì)輸出信號(hào)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(duì)行波管加/斷電順序外，可對(duì)行波管預(yù)熱時(shí)間和老煉時(shí)間進(jìn)行定時(shí)，并記錄行波管老煉時(shí)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(diǎn)裕量，確保老煉過(guò)程中行波管不會(huì)因過(guò)熱過(guò)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.

[2] 殷瑞劍，來(lái)國(guó)軍.回旋行波管返波振蕩的研究[Z].