ASTRE2000KU波段场面监视雷达磁控管国产化替代仿真模拟及工艺改进技术浅析

张炜

摘 要 场面监视雷达是保证机场航运安全的一种重要雷达，能够对机场地面的飞机、车辆进行分析识别，为指挥飞机降落停泊、机场车辆行驶作业提供可视化依据。KU波段场面监视雷达凭借自身具有较高距离分辨力的优势，已广泛应用在机场场面监视领域。

关键词 磁控管;空管;国产化

1现状

ASTRE2000KU波段场面监视雷达为首都机场36L和36R跑道提供监视覆盖。该雷达由法国THALES公司设计生产，装备首都机场已十五年之久。该雷达发射机所用磁控管为同轴磁控管。磁控管作为电真空器件，寿命有限。随着印记发射能力下降，真空度降低等原因，磁控管功率会下降或者出现打火等现象，当功率下降到一定值时，雷达发射机失去发射功能，此时雷达系统失效，需及时更换磁控管。目前法国THALES公司已经停止对该雷达的备件供应，因此需对该雷达所用的TH3077A型磁控管进行国产化替代[1]。

2仿真模拟

对磁控管的内腔进行仿真，计算无缝内腔的Π模的频率结果如图1所示，Π模频率为19.25GHz。对同轴腔进行仿真，计算频带是否满足要求，结果如图2所示。

3工艺结构改进及制管

依据目前成熟工艺对原管某些结构进行以下调整：①磁系统改为钐钴的方形自屏蔽系统;②调谐机构也由于加工问题，由铸件改为车铣加工工艺;③阴极热丝系统采用金属陶瓷结构，如图3、图4、图5所示

工艺过程中很多部件是多次焊接，在研制过程中也出现了一些问题，比如频带不够，排期过程漏气，阴阳极对中不好等，在制管的过程中也通过一些手段和方法逐渐解决了这些问题。

频带问题表现为磁控管的工作点不能到15.7GHz以下。在重新对比替代型磁控管图纸和TH3077A型磁控管零件后，认为替代型KU波段同轴磁控管零件图纸公差不同，加上焊接过程中焊料流散现象，导致部件厚度过大，影响磁控管的调谐行程，调谐结构示意图如图6所示。解决办法是调整零件公差，细化焊接工艺，同时在保证机械强度的情况下，把蓋板做薄。经过上述改进后，磁控管的频带问题得以解决。

排气过程中出现漏气的现象表现为：在排气烘烤（450℃）后，磁控管外腔和上盖板的无氧铜氩弧焊出现漏气。氩弧焊重新焊接重新烘烤后，漏气问题解决。

对于阴阳极对中不好是由于前期没有设计模具，在设计加工模具后，阴阳极对中好转。在阴极偏心越小对磁控管稳定工作越有利。质管过程中的冷测曲线如图7所示

4整管测试

磁控管整管在散热方面存在一些问题，满功率工作时需要退灯丝为0才能保证磁控管稳定工作，存在阴极过热现象，在后期的研制中通过改进阴极部件的结构解决了此问题。改进后能够保证磁控管工作时灯丝电压退至8.1V的状态下不处于过热状态，这样既可以保证磁控管工作可靠性，实现设备的等位替换，又能增长磁控管的使用寿命。

改进磁控管阴极部件后，测试人员对磁控管进行测试。测试数据如表1所示。

通过测试数据可以看出，磁控管带宽满足指标要求，且在带宽内磁控管脉冲功率达到20kW的指标要求，满足技术性能指标，且磁控管的检包络稳定，前沿抖动小，无打火、漏脉冲等现象。频谱主瓣清晰，主副瓣比符合技术要求。检包络和频谱如图8、9所示。

5结束语

本课题为国产化替代法国TH3077A型同轴磁控管，此时结果表明，该项目磁控管参数与TH3077A型同轴磁控管相同，在ASTRE2000雷达上机后替代型磁控管工作稳定，能够达到相同水平。通过国产化替代，延长了ASTRE2000雷达的使用寿命，同时为用户在一定程度上降低了雷达运行成本。

参考文献

[1] 电子管设计手册编辑委员会.磁控管设计手册[M].国防工业出版社，1979.