大功率行波管老炼测试系统

孙 俊

（船舶重工集团公司723所,扬州 225001）

0 引 言

行波管越来越广泛地应用在通讯、雷达和电子对抗等领域。行波管是昂贵器件,为了在管子寿命期间里保证贮存的管子性能,必须对管子定期进行老炼（一般6个月1次）。

管子寿命期间里从管子的元件中将不断释放出少量的气体,这些气体将使阴极和管体或其余电极和管体之间电弧放电的发生率大大增加。而电弧放电会对管子造成不良影响甚至损坏。

定期老炼就是要吸去这些残留气体,从而把电弧问题最小化,另外有时也要对行波管的性能进行测试。本文介绍了一种行波管自动老炼测试系统。

1 系统组成原理

本系统主要由5个部分组成:微波激励与微波测量系统、行波管电源、单片机机内检测设备（BITE）及监控单元（下位机）、工业控制计算机单元（上位机）、冷却系统。系统框图如图1所示。

图1 老炼测试系统原理图

1.1 微波激励及微波测量系统

微波激励信号由微波信号源输出的信号经微波功率放大器放大后提供。由于带宽的原因需要用几个不同频带的微波功率放大器,每个微波功率放大器都有自己独立的输入输出接口和电源控制按键,使用时根据需要接上其中的一个并按下对应的电源控制按键。

微波激励信号的大小由上位机通过GBIP口控制微波信号源的输出获得。微波功率计对行波管的输入输出微波信号进行测量,上位机通过GBIP口对所测得的数据进行读取。测试行波管时,上位机控制微波信号源的输出,使得行波管输入激励信号由小到大逐步增加,直到行波管饱和；然后对所测得的数据进行分析处理,并画出行波管的输入输出特性曲线。

1.2 行波管电源

阴极高压电源和收集极高压电源采用开关电源（脉宽调制器芯片用的是SG1525）,大大减小了高压电源的体积和重量。其原理如图2所示。

图2 阴极、收集极高压电源原理图

图中输入电压UIN由电网电压经高压控制继电器和慢启动电路后整流获得。V1、V2、L1、C2组成一个Buck变换器,进行稳压得到电压U0,U0经过V3、V4、V5、V6构成的全桥得到一个峰值为 2U0的高频方波,此方波经高压变压器T1升压后再经高压整流电路进行整流就得到所需的高压了。高压变压器T1次级可以是1组或多组,根据需要确定（组数少整流板所占空间就少,同时每组电压高则整流管所承受的反向电压和损耗就高）。

阳极高压电源采用了叠加的方式,因为阳极高压电源和收集极高压电源是共阴极的,而且阳极高压电源比收集极高压电源高,所以通过在收集极高压电源上叠加1个半桥稳压电源获得所需的阳极高压电源,阳极通断通过高压继电器控制。

灯丝电源和控制极电源也采用开关电源。因为是浮在阴极高压上的,故对其的设置、监测和控制通过高压隔离变压器来实现,将设置值转换成相应频率的脉冲信号,通过高压隔离变压器传到浮动板上,再通过频率/电压（F/V）变换即可实现对灯丝电源和控制极电源大小的设置。

浮动板上各参数的电压取样值经电压/频率（V/F）变换转换成相应频率的脉冲信号,通过高压隔离变压器后再经F/V变换还原成相应的电压值,就可实现对浮动板各参数的监测。

1.3 单片机BITE及监控单元（下位机）

该单元是基于AVR单片机的嵌入式控制系统,通过RS422串口与工控机（上位机）通信,将所采得的电源数据和状态传给上位机并接受上位机传来的设置和控制信号。

由于高压电源存在复杂的干扰信号,此单元采用独立的电源供电,接地方式采用单点接地,对外的电气连接全部经过隔离并且采用全屏蔽的安装方式。

主控制器采用Atmel公司ATmega32单片机,外围接1个可编程外围接口82C55和3个可编程间隔定时器82C54。各级电压设置所需的脉冲信号和控制极电压控制所需的脉冲信号均由可编程定时器产生,各级电压的取样值进入单片机（MCU）进行模/数（A/D）转换被读取,电源系统的状态直接被读取。

1.4 工业控制计算机单元（上位机）

本单元由一个工业控制计算机组成,在计算机上用Vc、C++或者其他编程语言编写一个基于Windows操作系统的操作程序。

操作人员在操作界面上对老炼测试台进行设置和控制,这些设置和控制通过串口发送给单片机BITE及监控单元进行执行,同时老炼测试台的状态和各级电源的参数由单片机BITE及监控单元通过串口传给控制计算机,并在操作界面上显示出来以供操作人员查看。操作界面如图 3所示（供参考）。

1.5 冷却系统

冷却系统由水冷机柜和水冷板组成,使用时将行波管的散热面贴在水冷板上。水冷机柜设有水流量保护和水温保护,当水流量过小或者水温过高时会发送故障信号给单片机BITE及监控单元进行保护。

图3 操作界面

2 结束语

随着社会的发展,通讯、雷达和电子对抗等设备量越来越大,用到的行波管也越来越多。本文介绍的大功率行波管老炼测试系统可以很好地解决行波管的老炼测试问题,在实际应用中证明是可靠实用的。

[1] 张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京:电子工业出版社,2000.

[2] 宋建国.AVR单片机原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.

[3] 邹逢兴.计算机硬件技术及应用基础[M].长沙:国防科技大学出版社,2001.