一种高功率辐射源设计

一种高功率辐射源设计

童 炜

南京鑫轩电子系统工程有限公司，江苏南京市 210003

摘要：本文介绍了一种高功率辐射源的设计方法，主要采用了高功率发射机技术，利用电真空器件磁控管振荡产生所需高功率射频信号，并通过馈线、天线辐射到空间指定方位，同时系统还具有方位和俯仰角度的调节功能。

关键词：高功率、磁控管、缝隙天线

0引言

近年来，随着各国军事形势的发展，舰载和机载雷达都需要针对典型目标进行侦察和探测，从而验证其雷达的性能。实际场景应用中可以通过具备飞行功能的靶机和具有高功率辐射能力的辐射源来模拟远程敌方飞机和机载雷达系统。对于高功率辐射源除了工作频率和高峰值功率满足要求外，还要求做到体积小，重量轻，并且具备角度预置功能。使用具有高功率辐射能力的磁控管作为辐射主要功率器件，并围绕着磁控管进行系统设计。

1 设计要求及组成

根据设计要求，应具备以下主要指标及功能要求如下：

1. 辐射功率大于500kW；

2. 重量小于3.5kg；

3. 天线波束宽度不小于8°×8°；

4. 角度预置不小于10°；

5. 具备监测功能；

6. 具备遥控开关机功能。

根据指标及功能要求，将系统设计进行分解，系统组成包括天线、馈线（隔离器及变换波导）、磁控管、高压电源、控制通信模块、伺服组件和电池组等。

2设计思路及设计过程

系统设计思路如下：

1. 微波功率设计

由于体积重量限制，采用体积小，低电压，效率较高的电真空器件磁控管进行设计。选用了美国E2V公司生产的磁控管进行改装设计，满足了工作频率及输出功率大于5kW要求，磁控管辐射功率后经过馈线传输到天线，经天线辐射，从而达到500kW功率指标要求。

磁控管设计主要指标如下：

• 工作频率：XX±30MHz；

• 频率稳定度：≤1.5‰；

• 阴极电压：≤6kV；

• 脉冲输出功率：≥6kW；

• 脉冲宽度：0.5~1.2μs；

• 重复频率：0.5~1.2kHz；

• 灯丝电压：6.3V±0.5V；

• 重量：≤0.3kg。

2. 磁控管脉冲参数设计

磁
控管所需的窄脉冲及周期信号由控制通讯模块中的定时信号发生器产生。产生的脉冲宽度和周期信号经过放大电路，驱动脉冲调制器的IGBT功率管，产生高压约300V的电压脉冲信号，最后经过高压脉冲变压器产生约5kV脉冲电压信号给磁控管阴极，让磁控管振荡产生微波辐射信号。磁控管阴极脉冲产生框图如图1所示。

图1 阴极脉冲产生框图

3. 伺服系统设计

根据指标要求，需要预置角度范围不小于10°，考虑方位和俯仰均需要转动一定角度，设计结构中间有过度环，天线部分和过度环可相对于底座可进行方位和俯仰的角度调节。

4. 天线设计

天线设计考虑增益和波束宽度的同时，要兼顾重量和体积要求。设计按平面波导缝隙天线形式，该天线具有体积小，重量轻，口径效率高，宽角副瓣低等特点。增益设计为大于22dB，波束宽度大于8°。天线设计图见图2。

图2 天线设计图

3测试及分析

3.1磁控管测试指标

根据设计，将磁控管和耦合器、负载连接，用功率计测试出磁控管的输出功率，用高压探头测试阴极电压，用万用表测试出灯丝电压如下表1所示。

表1 磁控管主要指标测试

从测试指标可知，设计满足输出功率指标要求。

3.2天线性能测试

天线制作完成后，需要在微波暗室中进行天线性能的测试，测试内容为天线方向图和天线增益指标。天线方向图如图3所示，天线增益测试为22.7dB，波束宽度8.8°×8.9°，满足设计需求。

图3天线方向图

4结语

通过对高功率辐射源的精心设计，采用了磁控管作为高功率辐射器件，减轻了重量，减小了体积，天线采用平面缝隙天线形式，体积小，通过天线发射后满足发射功率指标，伺服采用了过渡环设计，解决了方位、俯仰角度预置要求。本设计产品已经用于某靶机试验，试验稳定可靠，同时也为同类型产品设计提供参考。

参 考 文 献

[1]杨祥林. 微波器件原理. 北京，电子工业出版社，1985

[2]吴群. 磁控管的研究现状与发展趋势. 哈尔滨工业大学学报，2000

[3]王新稳、李萍. 微波技术与天线. 北京，电子工业出版社，2003

[4]闫润卿等. 微波技术基础. 北京，北京理工大学出版社，2004

作者简介：童炜（1981-），男，本科，工程师，主要从事雷达发射机的设计开发。