某型靜態(tài)電子放大器性能恢復(fù)研究

■ 邱大朋 許文萍/軍藍(lán)科技集團(tuán)總公司

0 引言

在某型雷達(dá)天線艙調(diào)試過(guò)程中，通過(guò)噪聲產(chǎn)生器組合檢查接收設(shè)備噪聲系數(shù)并對(duì)調(diào)制器組合噪聲產(chǎn)生器進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，噪聲產(chǎn)生器組合噪聲電平超出實(shí)際噪聲電平的量小于超出最大允許噪聲電平的量，表明接收機(jī)通道實(shí)際噪聲電平超過(guò)最大允許噪聲電平的值，按條文進(jìn)行調(diào)整，參數(shù)仍然無(wú)法滿足要求，由此判斷接收機(jī)通道靜態(tài)電子放大器低效。

1 組成及原理

靜態(tài)電子放大器分為真空盒和電路兩部分，如圖1所示。作為超高頻放大器，靜電放大器中使用了電子流快速回轉(zhuǎn)加速器，其組成元件放置在由非磁性材料制成的殼體中，電極之間放置了由永久磁體制成的磁性系統(tǒng)，磁性系統(tǒng)保證縱向磁場(chǎng)的方向與靜電放大器真空盒的軸向一致。

圖1 靜態(tài)電子放大器

1.1 真空盒

如圖2 所示，靜電放大器真空盒部分由多極電子槍、輸入耦合元件、放大器元件、輸出耦合元件和集流器組成。

圖2 靜態(tài)電子放大器真空盒

電子槍中形成的電子流在輸入耦合元件形式為集中的容性諧振腔內(nèi)由縱向磁場(chǎng)聚焦，實(shí)現(xiàn)電子流的噪聲能量均衡，即電子束“冷卻”。當(dāng)外負(fù)載電導(dǎo)率與電子流攜帶的電導(dǎo)率匹配時(shí)，電子流橫向波動(dòng)達(dá)到最大“冷卻”，其中橫向速度分量與耦合元件輸入諧振器沒(méi)有最佳相互關(guān)系的電子流在負(fù)載中被吸收。當(dāng)電導(dǎo)率失匹，靜電放大器噪聲特性變壞，輸入端信號(hào)的電磁能轉(zhuǎn)換成電子流橫向運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。

放大元件是兩個(gè)梳狀板形式的周期性系統(tǒng)，一個(gè)梳狀板插入另一個(gè)內(nèi)，梳齒之間具有相同的節(jié)距并處在不同的電位值下，從而形成加速電場(chǎng)，從輸入耦合元件移動(dòng)來(lái)的電子以旋轉(zhuǎn)頻率環(huán)繞縱軸旋轉(zhuǎn)，沿著上述電場(chǎng)力方向的電子動(dòng)能增加，電子的橫向分量速度增加，相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)半徑也增加，反之則相反。

電子流的能量放大后利用與輸入一樣的輸出耦合元件選出，并經(jīng)過(guò)同軸通道耦合回路到達(dá)靜電放大器輸出端法蘭盤(pán)，而電子本身來(lái)到靜電放大器的集流器上。

1.2 電路部分

如圖3 ～圖5 所示，靜態(tài)電子放大器電路部分由電壓分配器和燈絲穩(wěn)壓電路兩部分組成，為真空盒提供工作所需電壓。燈絲穩(wěn)壓電路部分主要由補(bǔ)償型正穩(wěn)壓器構(gòu)成，該電路具有過(guò)熱和過(guò)載保護(hù)結(jié)構(gòu)，輸出電壓為3 ～30V。當(dāng)調(diào)整電位器RP7 時(shí)，靜電放大器的燈絲輸出電壓隨之改變。電壓分配器由電阻和可變電阻構(gòu)成分壓器1 和2，分壓器1為電子槍供電，由RP1～RP3 調(diào)節(jié)，分壓器2 為放大元件供電，由RP4～RP6 調(diào)節(jié)，可以改變電子流在回轉(zhuǎn)加速器的加速次數(shù)，但出束時(shí)最大速度不變，并在輸入電壓不足時(shí)保證真空盒正常工作。

圖3 靜態(tài)電子放大器原理圖

圖4 燈絲穩(wěn)壓電路部分

圖5 電壓分配器

2 性能測(cè)試與調(diào)整

按圖6 對(duì)靜態(tài)電子放大器進(jìn)行加電測(cè)試，通過(guò)噪聲系數(shù)分析儀讀取靜態(tài)電子放大器在某頻率范圍內(nèi)的增益為10.6 ～12.1dB，噪聲系數(shù)為8.6 ～9.2dB。打開(kāi)靜態(tài)電子放大器底蓋，順時(shí)針微調(diào)靜電放大器RP7 電位器，同時(shí)觀察噪聲系數(shù)分析儀參數(shù)值變化，當(dāng)增益提高2dB左右時(shí)停止調(diào)整，并將電位器停留在這個(gè)位置。此時(shí)測(cè)得靜態(tài)電子放大器在該頻率范圍內(nèi)的增益為13.4 ～14dB，噪聲系數(shù)為6.7 ～7.8dB。相同情況下調(diào)整RP1～RP6，但其增益和噪聲系數(shù)變化不大，詳見(jiàn)表1。

表1 靜態(tài)電子放大器調(diào)整前后測(cè)試參數(shù)對(duì)比

圖6 靜態(tài)電子放大器測(cè)試連接圖

由此可見(jiàn)，在輸入電壓正常的情況下，只需調(diào)整RP7 就能提高放大器的工作性能。將調(diào)整后的放大器回裝并按天線艙調(diào)試，用噪聲產(chǎn)生器組合檢查接收裝置的噪聲系數(shù)以進(jìn)行參數(shù)檢查，其噪聲電平超出實(shí)際噪聲電平的量大于最大允許噪聲電平量，參數(shù)符合天線艙使用要求，調(diào)整前后條文檢查參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 靜態(tài)電子放大器調(diào)整前后條文檢查參數(shù)對(duì)比

根據(jù)靜態(tài)電子放大器的結(jié)構(gòu)組成與工作原理可知，該放大器屬于電真空放大器件。對(duì)使用壽命已知的電真空器件，因陰極發(fā)射電子量不足而功率下降的，可適當(dāng)提高燈絲電壓，加大其燈絲電流來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。氧化物陰極與直熱式陰極燈絲電壓允許變動(dòng)為5%。

因此，當(dāng)靜態(tài)電子放大器低效時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整電位器RP7 將燈絲電壓調(diào)大，燈絲電流也隨之變大，從而提高陰極電子的發(fā)射數(shù)量，使低效的放大器性能得到有效恢復(fù)。當(dāng)燈絲電壓變動(dòng)超過(guò)5%，放大器參數(shù)仍無(wú)法達(dá)到裝備的參數(shù)要求時(shí)，證明放大器性能老化嚴(yán)重，無(wú)法繼續(xù)使用。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的靜態(tài)電子放大器性能恢復(fù)方法是指在符合放大器工作要求的燈絲電壓范圍內(nèi)調(diào)整燈絲電壓以改變放大器性能。在使用天線艙條文檢查時(shí)，對(duì)于參數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的靜電放大器，該方法能延長(zhǎng)靜電放大器的使用壽命，在備件短缺時(shí)保證裝備正常工作。