张强顾光

(西安电子工程研究所 西安 710100)

1 引言

现代战争对雷达系统的机动性能要求越来越高，如何缩短行军、战斗的转换时间，是取得战争主动权，提高战场生存能力的关键，在雷达设计中需进行充分考虑。行波管作为雷达发射机的核心部件，由于其频带宽、输出功率较大，因此被广泛应用。行波管体制发射机的设计工作均是围绕行波管展开的，即如何为行波管设计配置最合适最可靠的各电极电源，如何有效且完善地保护行波管，以及如何设计良好的散热环境等等，从而使行波管工作在最佳状态，提高发射机的可靠性。

2 设计思路

众所周知，行波管中灯丝的作用是给阴极加热，使阴极以需要的速率发射电子。但冷灯丝具有低阻特性，随着灯丝通电时间的增加其阻抗上升，故为了保证灯丝的热量能达到相对恒定的值，需要使灯丝预热一段时间。另一方面，由于灯丝电源与栅极偏压电源采用同一个24V电源供电，在雷达发射机高压关闭后，为确保发射机高压电源放电时行波管可靠截止及充分冷却，栅极负偏压要保持一段时间，灯丝供电也要延迟一段相应的时间才能关闭。可见，若将这段时间单独计入雷达架设、撤收时间，势必增加雷达的行军战斗转换时间，影响雷达的机动性能，因此需要设计一种灯丝供电电路，使雷达能在行军中提前对灯丝进行预热，在雷达撤收完毕转行军过程中自动计时延时关闭灯丝电源，从而大大缩短雷达架设、撤收时间。

通常情况下行波管发射机的供电顺序如图1所示。该顺序中灯丝加热是在系统供电后进行的，为缩短灯丝加热的5min时间，设计采用在行军过程中由蓄电池提前给灯丝供电。当雷达进入阵地，电站、系统正常工作后，灯丝已预热完毕，且灯丝供电能自动完成切换，保证灯丝持续供电;当雷达工作时，遥控接收开高压、辐射指令，保证发射机正常工作;雷达工作完毕后，电站关闭，灯丝自动切换回蓄电池供电;而且灯丝供电开关可在雷达进入行军状态提前关闭，待发射机高压放电充分后，自动切断灯丝电源。同时设计防止误操作，保证安全可靠。

图1 发射机供电工作顺序

3 硬件电路设计

3.1 供电无缝切换

灯丝加热由蓄电池和电站两种方式进行选择供电，两者之间能自动切换，且不间断。主要通过互锁电磁继电器实现，如图2中所示，JDQ1为常开继电器，JDQ2为常闭继电器。当操控台开关K1闭合，继电器JDQ1吸合，发射机灯丝由蓄电池供电，灯丝的状态能及时反映在灯丝供电开关指示灯上。继电器JDQ2跨接于AC/DC电源模块两端，且吸合、释放具有延迟特性，当AC/DC电源模块正常输出24V，此刻相当于有两路“24V+”汇聚至B点，二极管V1、V2保证电路单向导通，JDQ2通电后延迟动作(延迟时间为毫秒级)切断蓄电池供电支路，从而保证了灯丝供电的不间断，同时又完成了供电支路的切换。

3.2 高压开启接管

发射机灯丝预热完毕后，可进行开高压操作。当高压开启后，灯丝供电由发射机内部电路进行接管保护，防止人员进行误操作关闭灯丝供电导致行波管损坏的危险;同时保证雷达在供电异常或发射机打火造成系统断电时，灯丝持续供电。功能实现:当发射机收到操控台发送的高压开启指令，将网络信号由单片机DS89C450、FPGA芯片EP1C6T144I7N转换成电平信号，一方面通过光耦控制JDQ5(常开继电器)吸合，给发射机高压送380V交流电;另一方面通过驱动芯片54LS244控制继电器JDQ3(常开继电器)闭合。从而使JDQ4(常开继电器)闭合后D和B点短接，其作用是短路掉开关K1及继电器JDQ1的作用，避免了误操作的发生;当系统供电异常或发射机打火造成系统掉电时，AC/DC电源模块无24V输出，继电器JDQ2(常闭继电器)动作闭合，虽然闭合存在毫秒级的延迟，但由于D点连接在蓄电池“24V+”端，继电器JDQ3、JDQ4始终处在闭合状态，从而确保了灯丝的持续供电。此外，当D和B点短接后，若蓄电池电压过低时，AC/DC电源模块可以给蓄电池进行充电，防止其过度使用造成亏空。

3.3 延时关闭

当雷达工作结束后，可正常依次关闭发射机辐射、高压、灯丝。但快速撤收时，可提前关闭灯丝电源开关，此时断开K1，JDQ1断开，但为确保发射机高压电源放电时行波管可靠截止及充分冷却，需要延时5min，这时灯丝开关指示灯仍亮，表示发射机灯丝仍供电，发射机内部仍处在接管状态;当关高压后开始计时，延时达到5min后，JDQ3断开、JDQ4断开，灯丝受控于B点供电，响应JDQ1输出的状态。若操控台开关是关闭状态，则灯丝关闭，按键指示灯灭。可见，灯丝冷却时间完全可以不计入撤收时间内。当雷达进入行军前，按下灯丝关闭开关，待灯丝冷却完后，可自动关闭灯丝电源。

图2 电路原理图

4 软件实现

FPGA程序采用VHDL语言编写，主要实现在加高压后短路灯丝供电开关，接管灯丝控制;关闭高压后，计时5min，再发命令断开与灯丝供电开关并联的短路开关，释放灯丝供电控制;如在这5min内重新收到加高压命令后，则重新加高压，5min延时计数清零，为下一次延时做准备。实现框图见图3。

图3 软件控制流程图

以下为FPGA中的部分程序，完成高压开启接管及释放的控制功能。

5 结论

本文设计的发射机灯丝供电电路简单合理，不但实现灯丝提前预热、又可防止人为误操作，以及系统供电异常或发射机打火时系统断电对行波管造成的损害，对行波管起到很好的保护作用。经过在某雷达上使用，效果显著，可靠性高，大大缩短了雷达架设、撤收时间，满足雷达高机动性能指标。实际使用中，在灯丝供电指示灯LED上并联上一个计时器，还可以定量地统计行波管的使用时间。该电路可推广应用于其它行波管体制的雷达发射机灯丝供电设计中。

［1］郑新，李文辉，潘厚忠.雷达发射机技术［M］.北京:电子工业出版社，2006.

［2］ 郭开周.行波管研制技术［M］.北京:电子工业出版社，2008，7.

［3］孙方礼.行波管发射机的模块化设计［J］.雷达与对抗，2007，(1):48-51.

［4］ 孙延鹏，张芝贤，尹常永.VHDL与可编程逻辑器件应用［M］.航空工业出版社，2006，12.