基于模塊化設(shè)計(jì)的雷達(dá)發(fā)射機(jī)可靠性提升研究

蘇善通

（中國(guó)人民解放軍91697 部隊(duì)，青島 266405）

早在上個(gè)世紀(jì)，關(guān)于雷達(dá)模塊化設(shè)計(jì)理念就已經(jīng)被提出，其目的是減輕雷達(dá)裝備維護(hù)、保障的復(fù)雜性，提高裝備維護(hù)、保障效率。然而，在具體實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采取模塊化的設(shè)計(jì)方式，還在一定程度上提高了雷達(dá)裝備的可靠性，故障率較以往明顯降低。我國(guó)在雷達(dá)裝備模塊化設(shè)計(jì)方面起步較晚，但是，在意識(shí)到模塊化設(shè)計(jì)模式重要性的情況下，開(kāi)始加快研制國(guó)產(chǎn)雷達(dá)裝備，并全面采用模塊化設(shè)計(jì)理念，尤其是在雷達(dá)發(fā)射機(jī)這一重要組件中得到了普遍應(yīng)用。

1 雷達(dá)發(fā)射機(jī)概述

發(fā)射機(jī)是雷達(dá)電磁波信號(hào)產(chǎn)生的地方，其在調(diào)制器的作用下能夠形成不同寬度的矩形脈沖，并在此基礎(chǔ)上輸出高頻脈沖功率，經(jīng)過(guò)波導(dǎo)、天線向外界環(huán)境中發(fā)射電磁波，并通過(guò)接收、分析反射回來(lái)的電磁波完成目標(biāo)探測(cè)功能。發(fā)射機(jī)一般具有高頻、高壓、大功率的特點(diǎn)，它是雷達(dá)系統(tǒng)中最大、最重、最昂貴的部分。

作為雷達(dá)裝備的核心部件，雷達(dá)發(fā)射機(jī)可靠性的降低，將直接影響著作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，因此，提升雷達(dá)發(fā)射機(jī)可靠性就成為現(xiàn)階段雷達(dá)裝備研究的一個(gè)重要方向，也成為衡量雷達(dá)系統(tǒng)裝備性能的重要參數(shù)。

2 模塊化設(shè)計(jì)與雷達(dá)發(fā)射機(jī)的可靠性

雷達(dá)發(fā)射機(jī)按產(chǎn)生信號(hào)方式，可分為單級(jí)震蕩式和主振放大式發(fā)射機(jī)。行波管主振放大式發(fā)射機(jī)，由于具有寬頻帶、大工作比、高穩(wěn)定度及靈活多樣的變頻和調(diào)制方式，現(xiàn)在新研制的雷達(dá)主要采取此種工作方式。

通過(guò)對(duì)該型發(fā)射機(jī)使用中的質(zhì)量反饋信息進(jìn)行整理和歸納，得出結(jié)論：發(fā)射機(jī)打火故障占發(fā)射機(jī)故障率的90%以上。發(fā)射機(jī)出現(xiàn)打火時(shí)，不僅損壞一些與高壓回路、行波管收集相關(guān)的電路，而且還損壞與高壓回路無(wú)關(guān)的電路，導(dǎo)致雷達(dá)系統(tǒng)性能降低，甚至無(wú)法工作。這不僅降低了雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性和使用效能，增大了部隊(duì)的維修成本和維修工作量，更重要的是會(huì)造成貽誤戰(zhàn)機(jī)的重大危害。因此，在使用模塊化設(shè)計(jì)理念的過(guò)程中，研究好雷達(dá)發(fā)射機(jī)可靠性的提升，則需要對(duì)雷達(dá)高壓工作狀態(tài)下的打火現(xiàn)象進(jìn)行有效處理。

3 高壓回路打火現(xiàn)象及模塊化解決方案

由于早期行波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，以至于雷達(dá)發(fā)射機(jī)的整體絕緣強(qiáng)度偏低，高壓端子在暴露于高溫、高濕的環(huán)境中造成了潛在的威脅，一旦雷達(dá)處于加高壓狀態(tài)，則極易發(fā)生打火現(xiàn)象。除此之外，若在整個(gè)回路中采用多級(jí)串聯(lián)阻抗、電感等方式，也會(huì)在對(duì)應(yīng)回路中的電阻、電感上形成脈沖高壓、反高壓，對(duì)發(fā)射機(jī)造成更加嚴(yán)重的損壞。

針對(duì)這一問(wèn)題，在采用雷達(dá)發(fā)射機(jī)模塊化技術(shù)時(shí)，需要以強(qiáng)化雷達(dá)發(fā)射機(jī)高壓回路部分的絕緣強(qiáng)度為主要任務(wù)。首先，為高壓回路中的所有高壓端子佩戴絕緣帽，并采用硅膠密封，以防止其在使用過(guò)程中脫落；其次，減少發(fā)射機(jī)高壓回路中的壓接點(diǎn)數(shù)量，降低因壓接點(diǎn)造成的打火現(xiàn)象；最后，采用獨(dú)立電阻或增加負(fù)載的方式取代串聯(lián)電阻、電感的適用，從而解決行波管發(fā)射機(jī)高壓回路部分出現(xiàn)的脈沖高壓、反高壓導(dǎo)致的打火現(xiàn)象。

3.1 行波管內(nèi)打火的模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)

作為傳統(tǒng)行波管發(fā)射機(jī)常見(jiàn)的一種打火現(xiàn)象，其原因主要包括三個(gè)方面：第一，是由于行波管本身質(zhì)量欠佳所導(dǎo)致；第二，若高壓穩(wěn)定器失效，也會(huì)造成陰極高壓迅速升高，導(dǎo)致行波管內(nèi)部打火；第三，柵極回路適配性問(wèn)題的存在，也會(huì)造成行波管內(nèi)部打火。

為此，在發(fā)射機(jī)模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要明確提出關(guān)于包括行波管在內(nèi)所有電子器件的質(zhì)量復(fù)驗(yàn)環(huán)節(jié)，在保證行波管陰極質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對(duì)行波管進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的老練。除此之外，考慮到柵極回路適配性的問(wèn)題，為解決行波管柵—陰內(nèi)阻過(guò)大的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在柵極回路中通過(guò)串聯(lián)小電阻或用電感等效電阻的方式解決瞬間高壓下行波管內(nèi)部打火現(xiàn)象。

這里需要注意的是，行波管的質(zhì)量是保證行波管工作穩(wěn)定性的前提，因此，在采購(gòu)行波管的過(guò)程中，需要明確行波管的采購(gòu)規(guī)格，并嚴(yán)格按照相關(guān)參數(shù)要求進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)，在使用過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)依然存在柵極回路中陰極高壓導(dǎo)致的打火現(xiàn)象，則需要適當(dāng)調(diào)整電阻、電感參數(shù)，以降低持續(xù)打火對(duì)行波管的傷害，以及因此帶來(lái)的發(fā)射機(jī)可靠性下降等問(wèn)題。

3.2 其他電路部分的抗打火設(shè)計(jì)

在行波管雷達(dá)發(fā)射機(jī)模塊化設(shè)計(jì)電路中，由于外圍電路中易損電子元器件的存在，在發(fā)射機(jī)發(fā)生打火現(xiàn)象后，容易對(duì)此類電子元器件造成損壞，如與行波管直接耦合的調(diào)制器、場(chǎng)效應(yīng)放大器、電壓比較器等。

為有效解決該問(wèn)題，則需要在發(fā)射機(jī)模塊化設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)外圍電路部分的抗打火能力，首先，應(yīng)當(dāng)在外圍電路與其它模塊的連接部分接入保險(xiǎn)絲或穩(wěn)壓二極管，對(duì)發(fā)射機(jī)打火后的高壓電流進(jìn)行隔離；其次，利用鉗位電路來(lái)保護(hù)電壓比較器；最后，為降低行波管內(nèi)部打火對(duì)與其直接耦合的調(diào)制器的損壞，則需要利用脈沖變壓隔離器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制器的保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在模塊化設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，能夠?qū)走_(dá)發(fā)射機(jī)中出現(xiàn)的類似于打火等問(wèn)題進(jìn)行更加深入的分析，并通過(guò)不同模塊之間的相互隔離，采取有效的技術(shù)手段應(yīng)對(duì)因發(fā)射機(jī)加高壓工作狀態(tài)下的打火現(xiàn)象，使之工作可靠性明顯增加。不僅如此，利用模塊化的發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)，可以大大簡(jiǎn)化雷達(dá)發(fā)射機(jī)故障的排查步驟，縮短雷達(dá)發(fā)射機(jī)的維修周期，降低相關(guān)維修成本。因此，在未來(lái)裝備發(fā)展的過(guò)程中，基于模塊化設(shè)計(jì)的諸多優(yōu)勢(shì)，其必將得到更大范圍的推廣。