多注速调管具有工作电压低、瞬时带宽宽、效率高、冷却方便、体积小、质量小和功率密度较高等优点,比较适合在高机动雷达中使用。由于多注速调管的增益较高,用一级固态放大器驱动一级多注速调管就可以构成一个放大链,其电路简单,因此具有较高的性价比;尽管它还有管内结构复杂、阴极电流发射密度大、离子击穿概率高等缺点,但它仍是一种性能优良的发射管,可以从研制和使用两方面予以不断改进。
图2.20所示是一台由控制电极调制的多注速调管发射机的原理框图。它包括直流高压电源(由高压隔离输入1~4、高压单元1~4和电容 C 1 组成)、浮动板调制器、管体电源稳流器(由电压基准电路、细调电源输入和细调电源、部分直流高压电源和电阻 R 4 等分压组合组成)和灯丝输入等几部分,与栅控行波管发射机类似。该多注速调管发射机的监控和冷却系统与单注速调管发射机相似,这里未画出。
图2.20 多注速调管发射机原理框图
由于宽带多注速调管的带内增益起伏较大,为了补偿这一欠缺,在图2.20所示的框图中加入了增益均衡器,在实际应用中也是需要的。为了消除振荡和防止多注速调管打火时损坏电源或调制器,这里采用大功率高压电阻 R 5 和 R 6 ,可以起到隔离和阻尼的作用。
由于多注速调管内部结构复杂、通道数量多,每个电子注通道很小,各电子注与阴极和栅极进行精确对准十分困难,阴极电流密度高,控制极与阴极间的距离小,场强集中,以及周边电子注聚焦欠佳等原因,特别是在高峰值功率的情况下,容易发生打火现象。
为了确保多注速调管发射机稳定、可靠地工作,应在尽量选用多注速调管峰值功率不太高(500kW以下)的前提下,同时处理好下列不稳定因素。
在多注速调管长期存放时,或者由于阴极温度过高或过低,聚焦磁场不正确(线包电流失常),激励功率过大,输出驻波过大,阴极电压过高或控制失灵等原因的存在,均可能引起多注速调管打火的现象。应对较长时间未使用的多注速调管进行“老炼”,以消除其残留的气体。有钛泵者可用它来去除残留的气体或进行监测;无钛泵者,则应通过加灯丝和逐步提高阴极电压的方法来“老炼”。
在确认多注速调管真空度良好的情况下,应与单注速调管发射机一样,必须确保多注速调管的工作状态在正常范围以内,妥善地设置各种参数的监测保护点,并确保其监测保护电路的准确、可靠。如果发现偏离规定值或者发现按规定需要定期调整的(如灯丝电压)情况,要及时调整,避免或减少打火概率。
由于多注速调管发射机的脉冲电流大,要减小顶降,必须加大储能电容。当大储能电容在高打火概率的情况下工作时,为了有效地保护多注速调管,必须设计如图2.21所示的多注速调管打火时的撬棒保护电路。
图2.21中, C 1 为储能电容; C 2 为打火信号耦合电容; R 1 为限流电阻; R 2 为打火信号采样电阻;VT 1 为撬棒放电管,它可以使用触发管、氢闸流管,也可以使用晶闸管;K为多注速调管;VD 1 为稳压二极管。
当K打火时,通过 R 2 的电流迅速增加, R 2 两端的电压经耦合电容 C 2 耦合到VD 1 上,其幅度超过VD 1 的击穿电压后,便加到VT 1 的控制极上,当其幅度足够大时,VT 1 即导通,形成新的放电回路 C 1 − R 1 −VT 1 。由于新的放电回路的阻抗小于K打火回路的阻抗,所以K中的打火电流迅速减小,从而有效地保护了多注速调管。
图2.21 多注速调管打火时的撬棒保护电路
由于多注速调管一般没有降压收集极,其收集极与谐振腔是并联接地的,所以所需的高压电源只有一组,峰值功率为1MW以内的多注速调管,其电压一般在35kV以内,是比较低的。多注速调管发射机对高压电源纹波及稳定度的要求,需根据系统稳定性指标计算求得。为了实现电源低纹波、高稳定度的要求,通常采用高频、高稳定逆变电源供给,也可采用多相(如12相或24相)整流叠加后再滤波的办法来实现。
与其他线性注管一样,谐振腔电流的稳定度对多注速调管输出信号稳定度的影响最大,而收集极电流的影响则要小些。因此,可以将谐振腔电流从总电流中分离出来,采用后置稳流的办法来改善输出信号的稳定性。如图2.20所示的细调电源即是一个用于补偿总电压变化的精密稳压电源,由于谐振腔电流仅占总电流的10%左右,所以容易获得较高的调整精度。
为了提高调制器的可靠性,在结构设计时要注意减小分布电容,增加绝缘强度,避免尖端和电晕打火的现象发生,最好将该调制单元整体放在“法拉第屏蔽笼”中,其同步信号可通过光纤或脉冲变压器隔离馈给。同时,还要采取措施,在控制极与阴极间并联火花隙或压敏电阻,防止速调管打火时损坏调制器。为了保护调制开关管,应在调制器与多注速调管控制极间串联耐压较高的限流电阻 R 6 。