基于模块化设计的雷达发射机可靠性提升研究

苏善通

（中国人民解放军91697 部队，青岛 266405）

早在上个世纪，关于雷达模块化设计理念就已经被提出，其目的是减轻雷达装备维护、保障的复杂性，提高装备维护、保障效率。然而，在具体实施过程中发现，采取模块化的设计方式，还在一定程度上提高了雷达装备的可靠性，故障率较以往明显降低。我国在雷达装备模块化设计方面起步较晚，但是，在意识到模块化设计模式重要性的情况下，开始加快研制国产雷达装备，并全面采用模块化设计理念，尤其是在雷达发射机这一重要组件中得到了普遍应用。

1 雷达发射机概述

发射机是雷达电磁波信号产生的地方，其在调制器的作用下能够形成不同宽度的矩形脉冲，并在此基础上输出高频脉冲功率，经过波导、天线向外界环境中发射电磁波，并通过接收、分析反射回来的电磁波完成目标探测功能。发射机一般具有高频、高压、大功率的特点，它是雷达系统中最大、最重、最昂贵的部分。

作为雷达装备的核心部件，雷达发射机可靠性的降低，将直接影响着作战系统的作战效能，因此，提升雷达发射机可靠性就成为现阶段雷达装备研究的一个重要方向，也成为衡量雷达系统装备性能的重要参数。

2 模块化设计与雷达发射机的可靠性

雷达发射机按产生信号方式，可分为单级震荡式和主振放大式发射机。行波管主振放大式发射机，由于具有宽频带、大工作比、高稳定度及灵活多样的变频和调制方式，现在新研制的雷达主要采取此种工作方式。

通过对该型发射机使用中的质量反馈信息进行整理和归纳，得出结论：发射机打火故障占发射机故障率的90%以上。发射机出现打火时，不仅损坏一些与高压回路、行波管收集相关的电路，而且还损坏与高压回路无关的电路，导致雷达系统性能降低，甚至无法工作。这不仅降低了雷达系统的可靠性和使用效能，增大了部队的维修成本和维修工作量，更重要的是会造成贻误战机的重大危害。因此，在使用模块化设计理念的过程中，研究好雷达发射机可靠性的提升，则需要对雷达高压工作状态下的打火现象进行有效处理。

3 高压回路打火现象及模块化解决方案

由于早期行波管雷达发射机设计较为简单，以至于雷达发射机的整体绝缘强度偏低，高压端子在暴露于高温、高湿的环境中造成了潜在的威胁，一旦雷达处于加高压状态，则极易发生打火现象。除此之外，若在整个回路中采用多级串联阻抗、电感等方式，也会在对应回路中的电阻、电感上形成脉冲高压、反高压，对发射机造成更加严重的损坏。

针对这一问题，在采用雷达发射机模块化技术时，需要以强化雷达发射机高压回路部分的绝缘强度为主要任务。首先，为高压回路中的所有高压端子佩戴绝缘帽，并采用硅胶密封，以防止其在使用过程中脱落；其次，减少发射机高压回路中的压接点数量，降低因压接点造成的打火现象；最后，采用独立电阻或增加负载的方式取代串联电阻、电感的适用，从而解决行波管发射机高压回路部分出现的脉冲高压、反高压导致的打火现象。

3.1 行波管内打火的模块化设计应对

作为传统行波管发射机常见的一种打火现象，其原因主要包括三个方面：第一，是由于行波管本身质量欠佳所导致；第二，若高压稳定器失效，也会造成阴极高压迅速升高，导致行波管内部打火；第三，栅极回路适配性问题的存在，也会造成行波管内部打火。

为此，在发射机模块化设计过程中，需要明确提出关于包括行波管在内所有电子器件的质量复验环节，在保证行波管阴极质量的基础上，对行波管进行长时间的老练。除此之外，考虑到栅极回路适配性的问题，为解决行波管栅—阴内阻过大的问题，应当在栅极回路中通过串联小电阻或用电感等效电阻的方式解决瞬间高压下行波管内部打火现象。

这里需要注意的是，行波管的质量是保证行波管工作稳定性的前提，因此，在采购行波管的过程中，需要明确行波管的采购规格，并严格按照相关参数要求进行检测。通过模块化的设计，在使用过程中若发现依然存在栅极回路中阴极高压导致的打火现象，则需要适当调整电阻、电感参数，以降低持续打火对行波管的伤害，以及因此带来的发射机可靠性下降等问题。

3.2 其他电路部分的抗打火设计

在行波管雷达发射机模块化设计电路中，由于外围电路中易损电子元器件的存在，在发射机发生打火现象后，容易对此类电子元器件造成损坏，如与行波管直接耦合的调制器、场效应放大器、电压比较器等。

为有效解决该问题，则需要在发射机模块化设计中强调外围电路部分的抗打火能力，首先，应当在外围电路与其它模块的连接部分接入保险丝或稳压二极管，对发射机打火后的高压电流进行隔离；其次，利用钳位电路来保护电压比较器；最后，为降低行波管内部打火对与其直接耦合的调制器的损坏，则需要利用脉冲变压隔离器来实现对调制器的保护。

4 结束语

在模块化设计理念的指导下，能够对雷达发射机中出现的类似于打火等问题进行更加深入的分析，并通过不同模块之间的相互隔离，采取有效的技术手段应对因发射机加高压工作状态下的打火现象，使之工作可靠性明显增加。不仅如此，利用模块化的发射机设计，可以大大简化雷达发射机故障的排查步骤，缩短雷达发射机的维修周期，降低相关维修成本。因此，在未来装备发展的过程中，基于模块化设计的诸多优势，其必将得到更大范围的推广。