ASTRE2000KU波段場面監(jiān)視雷達磁控管國產(chǎn)化替代仿真模擬及工藝改進技術(shù)淺析

張煒

摘 要 場面監(jiān)視雷達是保證機場航運安全的一種重要雷達，能夠?qū)C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(yè)提供可視化依據(jù)。KU波段場面監(jiān)視雷達憑借自身具有較高距離分辨力的優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用在機場場面監(jiān)視領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞 磁控管;空管;國產(chǎn)化

1現(xiàn)狀

ASTRE2000KU波段場面監(jiān)視雷達為首都機場36L和36R跑道提供監(jiān)視覆蓋。該雷達由法國THALES公司設(shè)計生產(chǎn)，裝備首都機場已十五年之久。該雷達發(fā)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(fā)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(xiàn)打火等現(xiàn)象，當功率下降到一定值時，雷達發(fā)射機失去發(fā)射功能，此時雷達系統(tǒng)失效，需及時更換磁控管。目前法國THALES公司已經(jīng)停止對該雷達的備件供應(yīng)，因此需對該雷達所用的TH3077A型磁控管進行國產(chǎn)化替代[1]。

2仿真模擬

對磁控管的內(nèi)腔進行仿真，計算無縫內(nèi)腔的Π模的頻率結(jié)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(jié)果如圖2所示。

3工藝結(jié)構(gòu)改進及制管

依據(jù)目前成熟工藝對原管某些結(jié)構(gòu)進行以下調(diào)整：①磁系統(tǒng)改為釤鈷的方形自屏蔽系統(tǒng);②調(diào)諧機構(gòu)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(tǒng)采用金屬陶瓷結(jié)構(gòu)，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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)象，導致部件厚度過大，影響磁控管的調(diào)諧行程，調(diào)諧結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。解決辦法是調(diào)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(jīng)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(xiàn)漏氣的現(xiàn)象表現(xiàn)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(xiàn)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(shè)計模具，在設(shè)計加工模具后，陰陽極對中好轉(zhuǎn)。在陰極偏心越小對磁控管穩(wěn)定工作越有利。質(zhì)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(wěn)定工作，存在陰極過熱現(xiàn)象，在后期的研制中通過改進陰極部件的結(jié)構(gòu)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(tài)下不處于過熱狀態(tài)，這樣既可以保證磁控管工作可靠性，實現(xiàn)設(shè)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(shù)據(jù)如表1所示。

通過測試數(shù)據(jù)可以看出，磁控管帶寬滿足指標要求，且在帶寬內(nèi)磁控管脈沖功率達到20kW的指標要求，滿足技術(shù)性能指標，且磁控管的檢包絡(luò)穩(wěn)定，前沿抖動小，無打火、漏脈沖等現(xiàn)象。頻譜主瓣清晰，主副瓣比符合技術(shù)要求。檢包絡(luò)和頻譜如圖8、9所示。

5結(jié)束語

本課題為國產(chǎn)化替代法國TH3077A型同軸磁控管，此時結(jié)果表明，該項目磁控管參數(shù)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(wěn)定，能夠達到相同水平。通過國產(chǎn)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(shè)計手冊編輯委員會.磁控管設(shè)計手冊[M].國防工業(yè)出版社，1979.