分析某发射部件功率自动优化性能改善措施

时间：2024-09-14 06:29:17 自动化毕业论文我要投稿

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分析某发射部件功率自动优化性能改善措施

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1.引言发射部件是雷达导引部件的重要组成部分,其性能对导引部件乃至导弹武器系统的战术技术性能都有重大的影响,其中功率自动优化功能的好坏直接决定着发射部件的性能,是发射部件的

核心技术之一。某重点型号发射部件自批产以来,由于其核心器件存在技术指标不匹配、不合理等缺陷,导致其自动优化性能普遍较差,造成大量的返工返修以及部分核心器件的报废,同时也限制了发射部件工作性能的提升。

2. 自动优化原理分析

主振器产生微波振荡信号,经可控衰减器衰减,再经调谐后注入给速调管进行功率放大,速调管输出的大功率微波信号经功率传输通道通过天线发射出去。从发射部件功率传输通道上耦合少量能量,经检波、反相、积分和放大,获得与输出功率成正比的功率指示电平(PPRD),根据导引部件信号处理系统以及导引部件计算机功率优化软件功能形成优化电压,控制发射部件的可控衰减器,从而调整速调管注入功率至最佳值,使得速调管保持最大功率输出。图1所示为发射部件功率自动优化原理框图。

图1发射部件功率优化技术原理框图

3. 存在问题及解决措施

如图2所示,坐标轴左边表示的是速调管的输入输出功率关系曲线(P管in-P管out曲线),基于速调管需求注入功率的大小差异,用两组示意图(1)和(2)表示;坐标轴右边表示的是主振源的优化电压与输出功率关系曲线(U优-P源out曲线),根据功率电压变化率ΔP源out/ΔU优的特点以-1.5V为界分为1区和2区。

图2 主振源优化特性曲线与速调管功率特性曲线示意图

3.1存在问题

从图2并结合发射部件自动功率优化的特点,可以分析得出优化过程中主要存在以下三种故障模式:

1)实时优化失效模式

当速调管需求的注入功率较小,即主振源工作在1区时,根据软件优化流程,在优化扫描阶段能准确的找到最佳注入功率点,但在实时优化阶段,由软件控制的步进产生的

ΔP源out远小于管子不稳定性所需求最佳注入功率的变化ΔP管in,导致速调管不能快速工作在最大输出功率状态,影响发射部件的性能。

2)优化扫描失效模式

当速调管需求的注入功率较大,即主振源工作在2区的时候,在优化扫描阶段由软件控制的每隔0.5V采集的P源out间隔过大,导致不容易找到速调管所需的最佳注入功率点,因此速调管的大功率不能快速建立。在实时优化阶段,由软件控制的步进产生的ΔP源out较大,能满足管子不稳定性所需求最佳注入功率的变化ΔP管in,但在该阶段会导致速调管输出功率大幅波动,干扰导引部件正常的信号处理。

3)衰减不够模式

由于可控衰减器衰减量有限,所以当速调管所需的最佳注入功率小于主振源的输出功率时, 可控衰减器的衰减量不能满足功率调整的范围,会导致速调管一直工作在过激励状态,发射部件得不到最大功率输出,削弱了导引部件的工作性能。

3.2 改进措施

综合以上分析,可以在提高硬件性能以及改进调试方法几个方面来采取改进措施,有效解决优化扫描失效、实时优化失效和衰减不够的故障,提高发射部件的功率性能。

3.2.1 改进主振源线性度

可控衰减器一般由PIN二极管来制作,普通的二极管由PN结组成,在P和N半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征半导体层,组成的这种P-I-N结构的二极管叫做PIN二极管。对PIN二极管而言,在微波信号和直流偏置同时作用时,PIN二极管所呈现的阻抗主要决定于直流偏置的极性和量值,几乎与微波信号的幅度无关,PIN二极管可控衰减器就是利用这一原理,通过对直流偏置电压(U优)的控制来实现对微波信号的衰减。

线性度是指衰减量与直流偏置电压(U优)的关系曲线的线性程度,这一参数除要求电路匹配良好外,更重要的是选择R-U关系曲线线性度良好的PIN二极管,并选定其适当的工作点,R-U曲线很理想的PIN二极管是没有的,如图3所示

,理想的衰减曲线为A曲线,实际的衰减曲线为B曲线,同一个PIN二极管可控衰减器,衰减量越大线性度越差。图3 一级PIN二极管衰减器特性示意图某发射部件主振源可控衰减器电路如图4所示,该电路的特点是只采用了一级单个PIN二极管衰减器,缺点是衰减不够

大线性度差。

图4 现有主振源可控衰减器电路

如采用两级衰减,可以大大提高可控衰减器的线性度,设计电路如图5所示。

图5 两级PIN二极管衰减器电路

采用两级PIN二极管衰减电路后,其衰减线性范围扩大了1倍,如图6所示。

图6 两级PIN二极管衰减器特性示意图

3.2.2改进速调管稳定性

因为速调管是集电子、物理、化学等相关技术为一体的真空微波器件,发射电子注的阴极材料由钡钨等氧化物制备而成,需在真空度要求很高的腔体内完成能量转换,解决速调管的稳定性在实现技术性能的基础上要提高速调管的阴极、谐振腔等制造工艺技术水平,减小因工作温度变化引起谐振腔变形导致其性能的不稳定性。

速调管制造完成后,在一定时间内速调管材料中气体离子的释放难以避免的导致腔体的真空度下降,所以为了提高速调管的一次装机合格率,速调管在出厂之前需要有足够的存储周期并多次老练测试以检测腔体真空度。

基于以上考虑,某发射部件速调管从06批生产开始在验收规范中增加了出厂前至少存储6个月后才能出厂验收的规定,从几个批次的数据统计来看,增加存储时间后可以剔除8%左右的不良产品,提高了速调管一次装机合格率。

3.2.3 提前调整注入功率

某发射部件主振源可控衰减器只采用了一级单个PIN二极管衰减器,为了满足速调管所需的最佳注入功率范围,在发射部件调试过程中可以通过调整主振源的谐振腔,在可控衰减器末端调整主振源的输出功率,避免因单级PIN二极管衰减器的衰减能力不足导致速调管工作在过激励状态。

为解决该问题,在某发射部件的发射模块调试中增加了主振源谐振腔的调整工序。通过增加此工序,可确保主振源的输出功率在可控衰减器的衰减下满足速调管所需最佳注入功率点的变化范围。从很大程度上提高了发射部件的一次调试合格率。

4.结论

主动雷达导弹发射部件功率自动优化性能的可靠实现,在研制阶段需要对优化回路的硬件特性指标进行充分的论证和设计,在此基础上软件流程及有关参数的设计要与硬件特性良好的匹配;在生产调试阶段需要对有关参数采取恰当的调试手段,以消除硬件参数的个体差异,进一步提高软硬件的匹配性,从而使发射部件的功率作用发挥到极至。

本文以某重点型号发射部件为研究对象,采取了有效的改进措施,解决了软硬件失配性造成的多种故障,不仅提高了发射部件的一次调试合格率而且显着优化了其功率性能,对其他类似性能参数的优化设计和后续型号的研制也有较高的参考价值。

参考文献:

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[2] 李德纯.空空导弹主动雷达导引部件系统设计规范[R].中国空空导弹研究院技术报告,Q/5S326-2002.

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[5] 马国哲,任丽莉,曹旭东.复杂波形体制下雷达导引部件地杂波分析.航空兵器,2011,1.

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