某型主動雷達導引頭艙發射機典型故障分析

郭曉華 吳伊蒙 秦燕鴿

摘要：某型主動雷達空空導彈為第四代空空導彈，發射機是該型導彈導引頭艙的重要組成部分。據統計，發射機為導引頭艙故障率最高的分組件，制約著該型導彈的修理進度及周期。通過對該型導彈導引頭艙的修理，總結了與發射機相關的典型故障情況，本文從發射機工作原理出發，對故障原因進行分析歸納，進一步提出相應故障的排除思路，為該型發射機或類似型號發射機的修理提供參考。

關鍵詞：導引頭；發射機；速調管

Keywords：seeker；transmitter；klystron

0 引言

某型發射機是某型主動雷達空空導彈導引頭艙的重要組成部分，作用是產生微波探測信號、本振信號以及用于導引頭自檢和參數自調整的檢測信號等，并對發射的微波探測信號進行功率放大，通過天線向空間輻射，其性能直接影響雷達導引系統的作用距離及目標探測性能。該型發射機為主振放大式，采用小型速調管功率放大器，具有工作頻率寬、輸出功率大、頻譜純度高、效率高、體積小的特點[1，2]，但電路相對復雜。

1 發射機組成及工作原理

1.1 發射機組成

該型發射機由發射模塊、高壓電源、中頻放大器、控制信號形成器等組成，如圖1所示。各組成功能如下：

1）發射模塊。由主振源和速調管組成，產生射頻信號。主振源產生射頻振蕩信號，送到速調管輸入端作為激勵信號進行放大，同時產生同一振蕩源的本振信號送到接收機。

2）高壓電源。由7塊電路板組成，形成速調管工作所需高壓。

3）中頻放大器。形成供主振源使用的中頻信號。

4）控制信號形成器。產生高壓電源中所有變換器的控制信號，形成點頻代碼。

5）領航信號形成器。產生領航信號、測試信號。

6）穩壓器1和穩壓器2。產生發射機內部分部件工作所需的低壓電源。

7）波導傳輸檢波裝置。對輸出的射頻探測信號進行二極管檢波。

8）波導同軸轉換裝置。將速調管輸出的探測信號傳輸到天線環形器。

1.2 高壓電源工作原理

高壓電源內部7塊電路板按功能可分為前置調制器、穩壓器、濾波器、轉換裝置1、轉換裝置2、整流器1、整流器2，產生速調管工作需要的燈絲電壓、陰極高壓、柵極高壓及正偏電壓、負偏電壓。高壓電源工作原理框圖如圖2所示，當正偏電壓連至速調管柵極時，速調管導通，形成探測信號；負偏電壓連至速調管柵極時，速調管關斷。

2 發射機的常見故障

導引頭艙發射機結構復雜、組件繁多，故障率高。當導引頭艙發射機發生故障時，導引頭艙整機測試時通常表現為“發射機有效輻射功率”不合格、“發射機功率指示電平”不合格、“+57V（未開發射機）電壓”不合格。下面將針對這些故障現象，對發射機的故障類型、故障原理及排故措施進行分析。

2.1 “發射機有效輻射功率”測試故障

1）故障現象

導引頭艙或發射機測試時，“發射機有效輻射功率”不合格。

2）故障分析

導引頭加高壓時，發射機速調管產生的微波能量經波導傳輸檢波裝置、環行器和主動通道天線輻射出去。發射機速調管有陰極、柵極、燈絲、收集極4個電壓端，當速調管加上燈絲電壓后，燈絲預熱，照亮陰極，陰極上的能量積累到一定程度時釋放電子。當柵極加正偏壓時，陰極釋放的電子在外圍磁場的約束下以電子注的形式向前運動，穿過柵極的網格進入速調管的諧振腔內，與輸入的微波信號進行諧振和碰撞，從而達到能量交換的目的。經過多個諧振腔后，在輸出腔間隙實現高頻信號放大。經過高頻互作用的電子注在收集極區發散，打到收集極表面，將剩余動能轉化為熱能，通過冷卻媒介帶走[3]。當柵極負偏壓到來時，電子束被柵極的網格擋回，微波與電子注不能進行能量交換，射頻信號在速調管內不能被放大。此時若速調管的燈絲電壓和柵極電壓供電不足或陰極活性不夠，通過柵網的電子會減少，沒有足夠的電子進行能量交換，導致速調管的輸出功率降低。由上述分析可知，影響該參數故障的因素有：速調管故障；高壓電源故障。

3）排故措施

a. 提高燈絲和柵極供電電壓，測試速調管輸出信號功率是否得到改善；

b. 若提高柵極和燈絲電壓后，速調管輸出功率沒有改變或改變很小，說明該措施不能提高速調管性能指標，判定速調管故障；

c. 更換合格的速調管后觀察發射機有效輻射功率是否達到最優，若未達到最優，說明速調管最佳工作點偏移，優化不佳，需要重新調諧速調管諧振腔。

修理現場該類故障多為速調管原因造成，將速調管送生產廠家進行失效分析，結論為速調管隨使用時間增長其管內殘存氣體逐漸影響陰極活性，引起陰極中毒[4，5]，導致發射能力下降；或因燈絲電流過高，導致陰極蒸散速度增加[6，7]，發射物質耗盡。

2.2 “發射機功率指示電平”測試故障

1）故障現象

導引頭艙或發射機測試時，“發射機功率指示電平”不合格。

2）故障分析

導引頭加高壓時，發射機速調管產生的微波能量經波導傳輸檢波裝置、環行器和主通道天線輻射出去。波導傳輸檢波裝置內有一個檢波二極管，可以將速調管輸出的射頻信號耦合出一部分到發射機控制信號形成器板進行積分放大，產生表征射頻信號功率的直流電平[8]。“發射機功率指示電平”是反映發射機輸出功率相對大小的一個電壓值，也是導引頭計算機的一個輸入模擬量。計算機利用此模擬量進行發射機的功率優化，從而使發射機功率輸出最大。從發射機波導傳輸檢波裝置輸出的檢波信號，通過射頻電纜進入控制信號形成器，在控制信號形成器內積分放大后輸出，該直流電平即為發射機功率指示電壓。當速調管輸出的功率變小時，發射機功率指示電壓隨之變小。通過以上分析可得出影響該參數故障的因素有：速調管故障；高壓電源故障；波導傳輸檢波裝置故障。

3）排故措施

a. “發射機功率指示電平”故障和“發射機有效輻射功率”故障同時出現時，首先調高燈絲電壓和柵極電壓，若故障仍然存在，則為速調管故障，更換合格速調管；

b. “發射機功率指示電平”故障單獨存在時，應考慮控制信號形成器或波導傳輸檢波裝置。若“發射機功率指示電平”測試值超出或小于規定值，則更換控制信號形成器內用于調節放大倍數的調試電阻；當測試值為0V時，檢測波導傳輸檢波裝置檢波二極管的輸出信號，若無脈沖波輸出，則為波導傳輸檢波裝置故障，更換合格波導傳輸檢波裝置。

2.3 “+57V（未開發射機）電壓”測試故障1

1）故障現象

導引頭或發射機測試時，“+57V（未開發射機）電壓”測試值為0V左右，遠小于正常值。

2）故障分析

在發射機處于加溫、準備工作狀態時，高壓電源內產生燈絲電壓給速調管預熱，同時高壓電源內的前置調制器板產生預調制電壓、脈沖調制信號，使后級電路產生一千多伏的預高壓，以保證加高壓時高壓電源輸出電壓快速達到發射所需電壓。

分解該類故障發射機，發現高壓電源前置調制器板1R29電阻（47Ω，額定功率1W）燒毀，致使導引頭“+57V（未開發射機）電壓”測試時為0V，電路如圖3所示。進行“+57V（未開發射機）電壓”參數測試時，前置調制器13引腳輸入“+27V加溫”電，在發射機加高壓“+57V”引腳測量“+57V（未開發射機）電壓”。經電路分析，電阻1R29燒毀原因為通過電流過大造成，造成電流過大的因素有：高壓電源內部電路板故障；速調管故障（陰柵熱短路）。

3）排故措施

a. 排查高壓電源，該類故障中大部分高壓電源電路板工作正常；

b. 更換合格速調管。拆下故障發射機速調管送生產廠家進行失效分析，結論為該型速調管電子槍的柵極、陰極罩等電極均為金屬薄壁結構，隨使用時間的增長，其晶格逐漸增大，影響零件強度，同時速調管反復加燈絲電壓后熱輻射使柵網輕微變形，晶格增大的柵網和陰極罩在熱應力作用下破損，造成陰柵熱短路故障。

修理現場該類故障多為速調管原因造成，由于速調管陰柵熱短路故障，變壓器通過電流增大，致使電阻1R29燒毀。

2.4 “+57V（未開發射機）電壓”測試故障2

1）故障現象

發射機“+57V（未開發射機）電壓”測試值為26V左右，超過正常值，同時“+27V加溫”電消耗電流遠小于正常值。

2）故障分析

產品在“加溫”電時，發射機高壓電源內部前置調制器、穩壓器、濾波器、轉換裝置1、整流器1、整流器2工作，速調管工作。高壓電源產生燈絲電壓，速調管預熱。

該故障現象中“+27V加溫”電消耗電流遠小于正常值，表明消耗電流最大的速調管沒有預熱，高壓電源沒有產生速調管預熱所需的燈絲電流。“+27V加溫”電壓輸入到穩壓器，生成轉換裝置1工作所需的+12V左右電壓，轉換裝置1再產生控制變壓器工作的脈沖信號，整流器2產生燈絲電壓（見圖2）。通過電路分析，影響該參數故障的因素有：穩壓器故障；轉換裝置1故障。

3）排故措施

首先，給穩壓器單板供+27V，檢測穩壓器輸出電壓，若輸出正常，說明穩壓器工作正常。其次，檢測轉換裝置1輸出，若無輸出脈沖信號，說明轉換裝置1故障。可根據具體故障分析定位到元器件級。

3 結論

某型發射機故障率為該型主動雷達空空導彈導引頭故障率最高的部件，通過以上對該型發射機典型故障的分析，掌握了發射機工作原理，能夠對故障點快速、準確定位，為該型發射機修理或類似型號發射機修理提供參考。

參考文獻

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[2]李德純.主動式雷達導引頭技術發展探討[J].制導與引信，2001，22（2）：31-36.

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