李 郁，鄭士德

（西安電子工程研究所 陜西 西安 710100）

雷達發(fā)射機是雷達系統(tǒng)的重要組成部分[1]，為雷達系統(tǒng)提供大功率射頻信號，它的穩(wěn)定性對雷達系統(tǒng)至關(guān)重要。發(fā)射機控制檢測電路既要控制發(fā)射機按照既定程序運行，又要實時檢測發(fā)射機的工作狀態(tài)，及時檢測發(fā)射機異常并實時上報，以便維護人員判斷異常來源，及時處理，防止發(fā)射機在不正常狀態(tài)下工作，損壞發(fā)射機及雷達其他分系統(tǒng)[2]。

本文主要討論用于直升機載雷達系統(tǒng)的發(fā)射機控制檢測電路。由于直升機載雷達發(fā)射機空間有限，所以對體積和重量要求苛刻，且工作環(huán)境惡劣，相應(yīng)的控制檢測電路就要有嚴格的體積、重量和可靠性要求。首先需要對故障進行篩選，在嚴格保證發(fā)射機正常工作的情況下，盡量減少故障檢測點的數(shù)量，這樣不但保證了體積重量符合要求，同時也提高了故障檢測電路本身的可靠性。其次還要解決防震、通風和散熱等問題。

1 引起發(fā)射機故障的因素及解決辦法

對于發(fā)射機來說，行波管是其關(guān)鍵器件，對它進行有效的檢測保護和有效控制可以提高行波管使用壽命及發(fā)射機的可靠性[3]。

直升機載雷達發(fā)射機控制檢測單元設(shè)置5個故障檢測，它們關(guān)系到雷達發(fā)射機的安全，所以這些故障發(fā)生時要及時采取相應(yīng)的措施。

1）陰極電壓過壓

發(fā)射機的大功率柵控行波管的陰極工作電壓有一定的范圍，當高壓電源提供的電壓超過行波管的額定電壓時，就會引起行波管管內(nèi)打火。如果行波管與低內(nèi)阻的電源相連，就會有巨大的電流通過行波管，損壞電子槍，此時就要通過控制電路及時關(guān)閉高壓電源供電，保護行波管。

2）陰極電壓欠壓

同理，當高壓電源供電低于行波管的額定工作電壓，行波管就沒有工作在工作點上，行波管將出現(xiàn)振蕩，電壓振蕩電流也隨之增強，如果行波管振蕩能量達到一定值，必然會損壞行波管，導(dǎo)致行波管無法正常工作，此時就要立刻關(guān)閉高壓電源供電。一般最大降低電壓不能大于陰極額定電壓的百分之五。

3）管體過流

過大的管體電流非常危險，這時相當一部分電子注功率消耗在射頻結(jié)構(gòu)上，微波功率管的管體電流通過管子的高頻結(jié)構(gòu)，過大的管體電流將燒壞管子的高頻結(jié)構(gòu)，會造成行波管損壞，所以要保證當管體電流超過安全值時及時關(guān)機。

4）柵極偏壓故障

控制柵極是用來控制電子注的通斷或調(diào)整電子注電流與電子注電壓之間的關(guān)系的。當柵極偏壓發(fā)生故障時，造成管子以連續(xù)波工作，過大的收集極電流會燒壞收集極，而過大的管體電流會燒壞管子射頻結(jié)構(gòu)。柵極偏壓電源浮在高壓上，檢測電路將檢測結(jié)果通過光纜傳送到故障處理電路，保證當柵極偏壓故障時發(fā)射機能夠停止工作，以保護發(fā)射機。

5）溫度故障

微波功率管都有一定的工作溫度范圍，當調(diào)制脈沖的占空比過高及環(huán)境溫度超出正常工作范圍時，會導(dǎo)致發(fā)射機不能正常工作，甚至損壞發(fā)射機。所以需對發(fā)射機工作時的溫度進行實時監(jiān)測，保證在工作溫度超過正常范圍時，及時關(guān)機，確保發(fā)射機的安全工作。

2 發(fā)射機控檢電路接口關(guān)系和工作時序

發(fā)射機控制檢測電路和總站有著密切的關(guān)系，總站控制發(fā)射機的命令要首先通過收發(fā)單元送給控制檢測單元，再由控制檢測單元把這些命令經(jīng)過邏輯編碼后送給發(fā)射機，使其按時序正常工作?？刂茩z測單元與發(fā)射機息息相關(guān)，發(fā)射機有故障了要通過控制檢測單元來控制邏輯，并將故障上報給總站，發(fā)射機無故障時也要通過控制檢測單元把工作狀態(tài)上報給總站[4]。發(fā)射機控制檢測單元的接口關(guān)系圖如圖1所示。

圖1 發(fā)射機控制檢測單元的接口關(guān)系圖Fig.1 Port relation of control&test circuit

發(fā)射機工作有嚴格的時序要求，如果不按其時序要求發(fā)射機將無法工作甚至造成嚴重的后果。發(fā)射機工作的時序：由檢測單元檢測發(fā)射機有無故障，若有故障則停止工作，若無故障，再根據(jù)總站的命令開始按時序工作，具體的時序邏輯由控制單元的可編程器件完成。因為可編程器件編程方便靈活[5]，而且能夠多次更改，能根據(jù)具體要求實現(xiàn)開/關(guān)機邏輯，簡單易行，相對于傳統(tǒng)電路，優(yōu)勢明顯。發(fā)射機工作時序如圖2所示。

圖2 發(fā)射機工作時序Fig.2 Time sequence of transmitter

以上的控制邏輯通過大規(guī)模可編程器件來實現(xiàn)[6]。可編程器件的使用給電路的設(shè)計帶來了很大的靈活性，不僅能靈活的實現(xiàn)多種邏輯功能，而且由于管腳定義的靈活性和可重復(fù)編程的性能，使得電路的規(guī)模和設(shè)計難度大大降低，從而減少了芯片的數(shù)量，縮小了電路的體積和重量，降低了電路的能耗，降低電路的故障率。

3 發(fā)射機控制檢測電路的構(gòu)成和功能

發(fā)射機控制檢測電路主要由控制電路和檢測電路兩大部分組成[7]。

3.1 檢測電路

檢測電路的主要功能是檢測得到的故障信息交給控制電路參與邏輯，它主要包括前端信號檢測電路、故障判斷電路和光電隔離電路。由前端信號檢測電路采集各檢測點信號，送到故障判斷電路，經(jīng)故障判斷電路判斷后將判斷結(jié)果送到光電隔離電路，光電隔離電路主要是為了將發(fā)射機部分與后面的邏輯控制部分隔離開來，更好地保證邏輯控制電路不受前端高壓的影響，提高控制電路本身的可靠性。從光電隔離電路得到的故障信號就可以送到控制電路參與邏輯。

3.2 控制電路

控制電路的主要功能是根據(jù)總站命令及發(fā)射機的具體情況，由檢測電路送來的有無故障的信息來控制發(fā)射機工作。它主要由邏輯控制電路、故障上報電路和狀態(tài)上報電路構(gòu)成。邏輯控制電路主要是由可編程邏輯器件組成。如果發(fā)射機無故障，邏輯控制電路要產(chǎn)生嚴格按時序要求的命令送給發(fā)射機使其工作，同時把發(fā)射機的工作狀態(tài)上報給總站，如果發(fā)射機有故障，無法正常工作，邏輯控制電路要及時產(chǎn)生停止工作的命令給發(fā)射機，并控制發(fā)射機按時序正確關(guān)機，同時把故障狀態(tài)和發(fā)射機狀態(tài)上報給總站。發(fā)射機控制檢測電路框圖如圖3所示。

圖3 發(fā)射機控制檢測電路框圖Fig.3 Control&test circuit of transmitter

4 提高發(fā)射機控制檢測電路的可靠性

柵控行波管發(fā)射機具有高電壓，大電流，強磁場等特點，發(fā)射機控制檢測電路是保證發(fā)射機可靠性的電路，所以它本身的可靠性就顯得格外重要。發(fā)射機控制檢測電路的可靠性既取決于發(fā)射機控制檢測電路自身電路的可靠性，很大程度上也取決于它不受外圍其他電路影響的能力。

4.1 發(fā)射機控制檢測電路自身電路可靠性的提高

首先，使用了比較成熟的故障檢測電路，并且使得檢測點的數(shù)量和性質(zhì)滿足設(shè)計需要，不設(shè)定不必要的檢測點，降低故障率；

其次，使用可編程器件，其靈活的特性也提高了故障檢測電路的可靠性以及可維修性。

4.2 減少外圍電路的影響

首先，在檢測電路中增加光電隔離器件，使檢測點和后面的邏輯控制部分光電隔離，這樣就保證了發(fā)射機控制電路不受發(fā)射機的影響。

其次，考慮到當發(fā)射機出現(xiàn)打火或其他特殊狀況時，控制檢測電路如果沒有采取措施就往往難以幸免，分析后發(fā)現(xiàn)這種情況的存在是因為發(fā)射機控制檢測電路的地與發(fā)射機部分的地沒有分開，當打火或其他不正常的狀態(tài)發(fā)生時，發(fā)射機部分的地上會有較大的噪聲，這些噪聲串到發(fā)射機控制檢測電路，會使一些器件損壞，造成電路工作不正常。采取的措施就是把發(fā)射機控制檢測電路的數(shù)字地和模擬地分開[8]。

5 解決機載雷達發(fā)射機控檢電路的防振通風

發(fā)射機控制檢測電路的防振通風性能直接影響其電特性[9]，尤其作為直升機載雷達發(fā)射機，更要重點考慮防震通風問題，思路是既不增加電路和結(jié)構(gòu)件，又能解決實際問題。考慮在母板上打一定數(shù)量有規(guī)則的通孔，發(fā)射機控制檢測電路與發(fā)射機其他部分的連接采取直接連線的方式，然后再將線束用線卡通過母板上的通孔固定在母板上，這樣就解決了各部分連接不可靠的問題，起到了防振動的作用，同時母板上的通孔還有使空氣流通并散熱的功能。

在設(shè)計過程中還要考慮電磁兼容的問題，電磁兼容性問題應(yīng)重點在機柜、組合內(nèi)部電纜及機柜內(nèi)的布線方面加強電磁屏蔽防護設(shè)計。首先，在布局時將高電位部分和低電位部分分開，大電流的導(dǎo)線和其他線纜分開，最好采用屏蔽套將大電流導(dǎo)線隔離，比如連接高壓電源變換單元和整流濾波單元的大電流線，不要將大電流的導(dǎo)線和脈沖傳輸線綁扎在一起。其次，將數(shù)字地、模擬地分開，數(shù)字電路和模擬電路分開，檢測電路和控制電路用光耦隔離，發(fā)射機和總站采用差分通訊，從而把發(fā)射機其他部分進行了徹底隔離。最后，在設(shè)計電路的時候，多選用抗干擾的電路。該加的濾波電容要加上，尤其在調(diào)制脈沖的通道上做好濾波，防止噪聲觸發(fā)調(diào)制器。調(diào)制脈沖應(yīng)采用屏蔽線[10]。

6 結(jié)束語

發(fā)射機中的柵控行波管是十分昂貴的器件，發(fā)射機的可靠工作在整個雷達中就顯得非常重要，直升機載雷達對于我們是一個新課題，其控制檢測電路的性能需要我們在實際工作中不斷完善，以滿足現(xiàn)代雷達性能不斷提高的要求。

[1]丁鷺飛.雷達原理[M].西安：西北電訊工程學(xué)院出版社，1984.

[2]杰里L伊伏斯.現(xiàn)代雷達原理[M].卓榮邦譯.北京：北京電子工業(yè)出版社，1991.

[3]《雷達技術(shù)》編寫組.雷達發(fā)射機[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1988.

[4]王震耀.雷達發(fā)射設(shè)備[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

[5]鄭燕，赫建國.基于VHDL與QuartusII軟件的可編程邏輯器件應(yīng)用于開發(fā)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.

[6]孫延鵬.VHDL與可編程邏輯器件應(yīng)用[M].北京：航空工業(yè)出版社，2006.

[7]強伯涵，魏智.現(xiàn)代雷達發(fā)射機的理論設(shè)計和實踐[M].北京:國防工業(yè)出版社，2001.

[8]陳窮.電磁兼容性工程設(shè)計手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社，1993.

[9]陳淑鳳，馬蔚宇，馬曉慶.電磁兼容設(shè)計[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社，2001.

[10]邱成悌，蔣全興.電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].南京:東南大學(xué)出版社，2001.