大功率行波管老煉測試系統

孫 俊

（船舶重工集團公司723所,揚州 225001）

0 引 言

行波管越來越廣泛地應用在通訊、雷達和電子對抗等領域。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行測試。本文介紹了一種行波管自動老煉測試系統。

1 系統組成原理

本系統主要由5個部分組成:微波激勵與微波測量系統、行波管電源、單片機機內檢測設備（BITE）及監控單元（下位機）、工業控制計算機單元（上位機）、冷卻系統。系統框圖如圖1所示。

圖1 老煉測試系統原理圖

1.1 微波激勵及微波測量系統

微波激勵信號由微波信號源輸出的信號經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立的輸入輸出接口和電源控制按鍵,使用時根據需要接上其中的一個并按下對應的電源控制按鍵。

微波激勵信號的大小由上位機通過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行測量,上位機通過GBIP口對所測得的數據進行讀取。測試行波管時,上位機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；然后對所測得的數據進行分析處理,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電源（脈寬調制器芯片用的是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由電網電壓經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,進行穩壓得到電壓U0,U0經過V3、V4、V5、V6構成的全橋得到一個峰值為 2U0的高頻方波,此方波經高壓變壓器T1升壓后再經高壓整流電路進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,根據需要確定（組數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,因為陽極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電源。因為是浮在陰極高壓上的,故對其的設置、監測和控制通過高壓隔離變壓器來實現,將設置值轉換成相應頻率的脈沖信號,通過高壓隔離變壓器傳到浮動板上,再通過頻率/電壓（F/V）變換即可實現對燈絲電源和控制極電源大小的設置。

浮動板上各參數的電壓取樣值經電壓/頻率（V/F）變換轉換成相應頻率的脈沖信號,通過高壓隔離變壓器后再經F/V變換還原成相應的電壓值,就可實現對浮動板各參數的監測。

1.3 單片機BITE及監控單元（下位機）

該單元是基于AVR單片機的嵌入式控制系統,通過RS422串口與工控機（上位機）通信,將所采得的電源數據和狀態傳給上位機并接受上位機傳來的設置和控制信號。

由于高壓電源存在復雜的干擾信號,此單元采用獨立的電源供電,接地方式采用單點接地,對外的電氣連接全部經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,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生,各級電壓的取樣值進入單片機（MCU）進行模/數（A/D）轉換被讀取,電源系統的狀態直接被讀取。

1.4 工業控制計算機單元（上位機）

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

操作人員在操作界面上對老煉測試臺進行設置和控制,這些設置和控制通過串口發送給單片機BITE及監控單元進行執行,同時老煉測試臺的狀態和各級電源的參數由單片機BITE及監控單元通過串口傳給控制計算機,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

冷卻系統由水冷機柜和水冷板組成,使用時將行波管的散熱面貼在水冷板上。水冷機柜設有水流量保護和水溫保護,當水流量過小或者水溫過高時會發送故障信號給單片機BITE及監控單元進行保護。

圖3 操作界面

2 結束語

隨著社會的發展,通訊、雷達和電子對抗等設備量越來越大,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可以很好地解決行波管的老煉測試問題,在實際應用中證明是可靠實用的。

[1] 張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京:電子工業出版社,2000.

[2] 宋建國.AVR單片機原理及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,1999.

[3] 鄒逢興.計算機硬件技術及應用基礎[M].長沙:國防科技大學出版社,2001.