CN111081506B - 一种速调管测试和老炼系统及相应方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种速调管测试和老炼系统及相应方法。该系统包括：信号源、固态放大器、第一定向耦合器、弧光保护波导、第二定向耦合器、水负载、高压电源、刚管调制器、冷却系统、钛泵电源、灯丝电源、电流检测电路、定时器以及控制保护模块。本发明的速调管测试和老炼系统可实现阴极调制速调管的绝缘度测试、静态和动态老炼、工作点参数测试、输出功率、增益、带宽及频率响应测试和效率测试，自动化程度高，实现了无人值守，简化了繁琐且耗时耗力的测试、老炼和调试过程。
Description
技术领域
本发明涉及雷达测试领域，具体涉及一种速调管测试和老炼系统及相应方法。
背景技术
在高功率雷达发射机领域，电真空管是决定系统功能的关键器件，特别是采用永磁聚焦的单注和多注速调管，体积小，重量轻，控制方式简单，并且明显提高了效率带宽乘积，大幅降低了工作电压，获得了广泛应用。在发射机的调试、使用过程中，对速调管工作参数的准确掌握是至关重要的。此外，一般情况下，电真空发射机一般都有备份速调管，对备份速调管的老炼和调试也是一项重要的工作。为掌握速调管的工作参数，并对其进行老炼和调试，简化繁琐且耗时耗力的测试、老炼和调试过程，需要一种自动化测试和老炼系统。
硕士学位论文《雷达发射机自动测试及远程故障诊断系统设计》，作者刘德望，电子科技大学，2010年5月，介绍了一种通过模块化仪器和相应软件平台，实现雷达发射机的自动测试及远程故障诊断系统。自动测试系统对发射机的关键参数进行实时监测，并根据测试结果，判断发射机工作是否正常。文章针对特定的雷达发射机自动测试及诊断进行分析和研究，无法实现发射机速调管的工作参数测试，以及对发射机速调管的老炼。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明希望提供一种能够实现速调管的综合测试和老炼系统，进而大幅度提高速调管的测试和老炼效率，节省测试和老炼时间。
实现本发明目的的技术方案为：
一种速调管测试和老炼系统，其特征在于，包括：
信号源、固态放大器、第一定向耦合器、弧光保护波导、第二定向耦合器、水负载、高压电源、刚管调制器、冷却系统、钛泵电源、灯丝电源、电流检测电路、定时器以及控制保护模块，
所述定时器分别与信号源和刚管调制器连接，用于向二者输出同步信号；
所述信号源与固态放大器连接，用于向其输出射频信号；
所述固态放大器与所述第一定向耦合器相连，用于对所述射频信号进行放大并输出放大后的射频信号；
所述第一定向耦合器与待测速调管连接并将所述射频信号耦合至所述待测速调管；
所述弧光保护波导连接在所述待测速调管与所述第二定向耦合器之间，并经由第二定向耦合器连接至水负载，用于验证所述待测速调管至所述水负载之间的射频传输链路，是否有拉弧现象；
所述高压电源为所述刚管调制器输出目标电压；
所述刚管调制器与所述待测速调管连接，以基于所述控制保护模块的指令，输出相应重复频率和脉冲宽度的高压脉冲信号至所述待测速调管；
所述钛泵电源与所述待测速调管连接，以输出直流高压给所述待测速调管的钛泵，为其供电；
所述灯丝电源与所述待测速调管连接，以基于所述控制保护模块的指令，输出恒定电流至所述待测速调管。
在一种优选实现方式中，所述速调管测试和老炼系统还包括功率计，所述功率计分别与所述第一定向耦合器、第二定向耦合器连接，用于分别测量所述固态放大器和所述待测速调管输出的射频功率。
在另一种优选实现方式中，所述速调管测试和老炼系统还包括第一检波器、第二检波器以及示波器，第一检波器和第二检波器二者分别与所述第一定向耦合器和第二定向耦合器连接，进而测量所述固态放大器和所述待测速调管输出的射频信号；所述示波器用于接收并显示所述第一检波器和所述第二检波器所检测到的射频信号。
在一种优选实现方式中，所述速调管测试和老炼系统还包括阴极电流、管体电流、收集极电流检测电路，其与所述待测速调管连接，用于采样所述待测速调管的阴极电流、管体电流和收集极电流，所述阴极电流、管体电流和收集极电流用于验证待测速调管乃至系统是否工作正常，在高压电源幅值不超过速调管额定工作电压，并且调制器输出脉冲信号不超过速调管最大工作比时，若阴极电流和管体电流超过门限值，则表明速调管打火。
另一方面，本发明提供一种利用所述的速调管测试和老炼系统进行速调管测试和老炼的方法，其特征在于，所述方法包括对待测速调管进行绝缘度测试，绝缘度测试的步骤包括：
(1.1)驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，同时利用定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压；
(1.2)利用钛泵电源为所述待测速调管的钛泵供电，在所述高压电源升压期间，判断所述钛泵的电流是否大于20μA，若大于则暂停所述高压电源电压的升高，直到钛泵电流降低到20μA以下，再继续缓慢提高高压电源幅值；
(1.3)利用所述阴极电流、管体电流、收集极电流检测电路，监测所述待测速调管是否发生打火；
(1.4)若监测到所述待测速调管发生打火，则关闭所述刚管调制器，并降低所述高压电源幅值，以使其低于待测速调管打火时的高压电源幅值；
(1.5)再次开启所述刚管调制器，工作预定时间后，再继续提高所述高压电源幅值，直至达到其额定电压。
在一种优选实现方式中，所述方法还包括对待测速调管进行静态老炼，静态老炼的步骤包括：
(2.1)逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间；
(2.2)驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，同时利用定时器输出一路脉冲定时信号给所述刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压；
(2.3)利用钛泵电源为所述待测速调管的钛泵供电，在所述高压电源升压期间，判断所述钛泵的电流是否大于20μA，若大于则暂停所述高压电源电压的升高，直到钛泵电流降低到20μA以下，再继续缓慢提高高压电源幅值；
(2.4)利用所述阴极电流、管体电流、收集极电流检测电路，监测所述待测速调管是否发生打火；
(2.5)若监测到所述待测速调管发生打火，则关闭所述刚管调制器，并降低所述高压电源幅值，以使其低于待测速调管打火时的高压电源幅值；
(2.6)再次开启所述刚管调制器，工作预定时间后，再继续提高所述高压电源幅值，直至达到其额定电压。
在另一种优选实现方式中，所述方法还包括对待测速调管进行动态老炼，动态老炼的步骤包括：
(3.1)逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间；
(3.2)驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，利用定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压；
(3.3)利用钛泵电源为所述待测速调管的钛泵供电，在所述高压电源升压期间，判断所述钛泵的电流是否大于20μA，若大于则暂停所述高压电源电压的升高，直到钛泵电流降低到20μA以下，再继续缓慢提高高压电源幅值；
(3.4)利用所述阴极电流、管体电流、收集极电流检测电路，监测所述待测速调管是否发生打火；
(3.5)若监测到所述待测速调管发生打火，则关闭所述刚管调制器，并降低所述高压电源幅值，以使其低于待测速调管打火时的高压电源幅值；
(3.6)再次开启所述刚管调制器，工作预定时间后，再继续提高所述高压电源幅值，直至达到其额定电压；
(3.7)利用定时器输出另一路脉冲定时信号给所述信号源，设定信号源的输出信号频点为待测速调管工作带宽内的某任意频点；
(3.8)对所述信号源输出的射频信号放大后经由第一定向耦合器输出至所述待测速调管，利用功率计测量所述待测速调管输出的射频信号的幅度，所述信号源输出射频信号幅度从最小开始，缓慢增加，直至速调管输出功率达到额定功率。
在另一种优选实现方式中，所述方法还包括对待测速调管进行工作点参数测试，工作点参数测试的步骤包括：
(4.1)逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间；
(4.2)驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，同时利用定时器输出一路脉冲定时信号给所述刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压；
(4.3)测试所述待测速调管的灯丝电流If、灯丝电压Vf、高压电源电压E、阴极脉冲电流Ik、管体电流Ia以及收集极电流Ic；
(4.4)改变定时器输出的重复频率和脉冲宽度，重复步骤(4.2)-(4.3)。
在另一种优选实现方式中，所述方法还包括对待测速调管进行功率、增益、带宽及频率响应测试，该测试包括：
(5.1)逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间；
(5.2)驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，利用定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压；
(5.3)利用定时器输出另一路脉冲定时信号给信号源，使信号源的输出信号频率为待测速调管工作带宽内的频率f1，逐渐增加信号源输出射频信号幅度，直至速调管输出功率达到额定功率，
(5.4)监测待测速调管的输入功率Pi、输出功率Po参数；
(5.5)改变信号源的输出信号频点，重复上述步骤5.2-5.4，直到遍历待测速调管工作带宽内所有频点f1～fn。
在另一种优选实现方式中，所述方法还包括对待测速调管进行效率测试，该测试包括：
(6.1)逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间；
(6.2)所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，同时利用定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压；
(6.3)利用定时器输出另一路脉冲定时信号给信号源，使信号源的输出信号频率为待测速调管工作带宽内的频点f1，逐渐增加信号源输出射频信号幅度，直至速调管输出功率达到额定功率，
(6.4)监测高压电源的电压E、待测速调管的输出功率Po和阴极脉冲电流Ik；
(6.5)改变信号源的输出信号频率，重复上述步骤6.2-6.4，直到遍历待测速调管工作带宽内所有频点f1～fn。
本发明的目标设备为普通的速调管。速调管是利用周期性调制电子注速度来实现振荡或放大的一种微波电子管。速调管一般包括灯丝、阴极、收集极、谐振腔及钛泵等。速调管灯丝加热后，激发阴极发射电子，在聚焦磁场的作用下形成电子束，该电子束电流即为阴极电流。电子束在高压电场中被加速，进入谐振腔中产生群聚现象，形成受控于输入射频信号的密度调制电子束，此密度调制电子束在输出谐振腔中激发出射频电流，形成放大的射频输出信号。穿过谐振腔的电子束继续飞行，打在收集极上，形成的电流即为收集极电流。管体电流反应速调管高压漏电流的大小，不得大于额定值，一般在速调管静态工作时使管体电流最小为标准。为保证速调管稳定可靠工作，要求速调管必须保持在高真空状态。钛泵用于将速调管内部构件产生的气体抽出，保持管内高真空度。钛泵电流的数值，随管内真空度变化。真空度高，则钛泵电流小；真空度低，则钛泵电流大。
基于本发明，可实现阴极调制的永磁聚焦速调管的绝缘度测试、静态和动态老炼、工作点参数测试、输出功率、增益、带宽及频率响应测试和效率测试。
并且结合本发明的测试方法可以实现自动化测试，实现了无人值守，简化了繁琐且耗时耗力的测试、老炼和调试过程，并且测试数据可用于发射机研制、速调管状态评估以及均衡器调试等。
优选实现方式中，本发明采用自行设计的高性能电源，可对多种型号，不同工作电压的阴极调制速调管进行测试、老炼和调试。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中的测试和老炼系统的示意性框图。
图2为本发明一个优选实现方式中所采用的高压电源的示意图。
图3为刚管调制器的示意图。
图4-6为本发明的测试和老炼系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
结合图1，本实施例中的测试和老炼系统包括：信号源、固态放大器、第一定向耦合器、弧光保护波导、第二定向耦合器、水负载、高压电源、刚管调制器、冷却、钛泵电源、灯丝电源、阴极电流、管体电流和收集极电流检测电路、定时器、功率计、第一检波器、第二检波器、示波器以及控制保护模块。待测速调管为普通的速调管，包括灯丝、阴极、收集极、谐振腔及钛泵。
本发明各组成部分的工作原理如下：
所述信号源具备外同步内触发功能，具备扫频功能，其接受控制保护模块的指令，并根据定时器的同步信号，产生相应重复频率和脉冲宽度的射频信号，射频信号的频点和幅度均可调整。本发明中可采用的信号源型号包括Agilent E8257D或者Ceyear 1465L-V等。
所述信号源与固态放大器连接，所述固态放大器与第一定向耦合器连接，所述固态放大器将信号源送来的射频信号放大至合适功率，经过第一定向耦合器后送给待测速调管。
所述第一定向耦合器(图1中左侧的定向耦合器)与待测速调管连接，通过在第一定向耦合器处进行检波和功率测试，可以检测固态放大器的输出功率和反射功率。
所述高压电源与刚管调制器连接，所述高压电源具备稳压功能，电压连续可调，为刚管调制器提供直流能量，其电压和功率覆盖主流阴极调制速调管的工作电压和功率量级范围，并接受控制保护模块的指令，输出相应幅度的直流高压，送给刚管调制器。
所述刚管调制器与待测速调管连接，接受控制保护模块的指令，并根据定时器的同步信号，输出相应重复频率和脉冲宽度的高压脉冲信号给待测速调管。
所述钛泵电源与待测速调管连接，输出3～4kV的直流高压，用于为待测速调管的钛泵供电。
所述灯丝电源与待测速调管的灯丝连接，所述灯丝电源具备稳流和电流缓升功能，其接受控制保护模块的指令，输出恒定电流，为待测速调管灯丝供电，电流和功率幅值覆盖主流阴极调制速调管的灯丝电流和功率量级范围。待测速调管与阴极电流、管体电流和收集极电流检测电路连接进而分别对这些电流进行检测。
所述定时器分别与信号源和刚管调制器连接，所述定时器输出两路定时信号，分别送给信号源和刚管调制器作为同步信号。
所述第一定向耦合器、第二定向耦合器分别与功率计连接，所述功率计分别用于测量固态放大器、待测速调管的输出射频功率以及反射功率(功率计可以采用多个，其位置根据需要调节)。所述第一定向耦合器与第一检波器(图1中左侧)连接；所述第二定向耦合器(图1中右侧)与第二检波器(图1中右侧)连接，所述第一检波器、第二检波器将固态放大器、待测速调管输出射频信号转换为视频信号后经由示波器显示输出。所述控制保护模块与上述所有电路互相连接。
所述固态放大器将信号源送来的射频信号，放大至速调管所需要的功率幅度，经第一定向耦合器后，送给待测速调管，本发明中采用的固态放大器为宽带放大器，增益约为38dB，峰值功率超过60W。
所述第一定向耦合器用于检测固态放大器的输出功率和反射功率，并将适当大小的耦合信号送至功率计和第一检波器。具体而言，所述第一定向耦合器用于采样固态放大器的输出功率P1O和检波包络，功率计的探头和检波器分别连接在第一定向耦合器的不同输出耦合端口上，两路耦合端口的耦合度C11和C12均为40dB。第一定向耦合器将两路峰值功率小于10dBm的耦合信号分别送至功率计和第一检波器。功率计直接读取的功率值为P1m。则lg(P1O)＝lg(P1m)+40。
所述待测速调管与弧光保护波导连接，所述弧光保护波导与第二定向耦合器连接，所述孤光保护波导安装发光管和光敏管，用于测试和验证待测速调管至水负载之间的射频传输链路，是否有拉弧现象。所述第二定向耦合器与水负载连接，所述水负载用于吸收射频功率。
在待测速调管输出功率之前，弧光保护波导的发光管接受控制保护模块的指令，产生光信号，光敏管接收到该光信号之后，实时通知控制保护模块，控制保护模块迅速切断信号源输出射频信号，即可验证波导打火后，保护电路有效。待测速调管输出功率之后，发光管不工作，光敏管实时监测射频传输链路中的光信号，如检测到光信号，即实时通知控制保护，控制保护迅速切断信号源输出射频信号，保护待测速调管；所述第二定向耦合器用于采样待测速调管的输出功率和反射功率，并将合适大小的耦合信号送至功率计和第二检波器。
所述阴极电流、管体电流和收集极电流检测电路用于采样待测速调管的阴极电流、管体电流和收集极电流，包括峰值电流和平均电流。根据采样的阴极电流、管体电流和收集极电流，可用于判断待测速调管乃至测试和老炼系统是否工作正常，包括速调管是否发生打火情况；所述控制保护模块用于：根据工作情况，对各组成部分发出相应工作指令，控制其工作状态；获取各种采样信号，包括高压电源电压、钛泵电流、阴极电流、管体电流和收集极电流、输出功率等参数，并根据工作模式，调整相应工作参数，包括高压电源电压、输入射频信号幅度和频点等；三是实时监测各组成部分的工作状态，保护测试和老炼系统。
本发明的测试和老炼系统对电源要求较高，一般的电源难以满足测试和老炼系统中的宽范围、大幅度调节。具体而言，电源和调制器均要求具备较高的负载适应性，即要求适应不同负载的不同工作电压，以及适应相同或不同负载的轻载或重载工作情况。同时，要求电源输出电压能够在轻载或重载时实现宽范围、大幅度调节，并具备电源管理能力。
目前常用的上百千伏的高压电源，一般为模拟开关电源或工频电源，较难实现参数、状态远程监测和精确控制功能，实时反应速度较慢，并且无法实现电源系统管理。目前常用的上百千伏的高压脉冲调制器，一般采用软管调制器，输出高压脉冲宽度受限，并且无法实时切换脉冲宽度。
因此，在一种优选实现方式中，本发明提供了一种高压电源，其包括N个三相整流滤波电路，N个谐振变换器，N个高频升压变压器，N个整流滤波电路，1个隔离多路驱动电路，1个采样电路和一个控制器。每个所述三相整流滤波电路与相应谐振变换器连接；每个所述谐振变换器与一个高频升压变压器连接；每个所述高频升压变压器与相应整流滤波电路连接；所述N个整流滤波电路依次串联连接后，第一个整流滤波电路与第N个整流滤波电路分别与刚管调制器的储能电容连接；所述控制器分别与N个三相整流滤波电路互相连接用于对各三相整流滤波电路进行控制；所述隔离多路驱动电路与N个谐振变换器分别连接，同时与控制器互相连接；所述N个谐振变换器分别与控制器连接；所述采样电路分别与刚管调制器的储能电容和控制器连接。所述控制器与图1中的控制保护模块互相连接。
各三相整流滤波电路将输入的AC380V电压，整流滤波后，转换为DC510V电压，送至谐振变换器。同时，三相整流滤波电路将自身电压、电流等参数信息转换为数字信号，传送给控制器；并接受控制器的指令，导通或是关断AC380V输入电压。
所述谐振变换器根据隔离多路驱动电路的驱动信号，将DC510V电压斩波，输出高频510V脉冲信号，送至高频升压变压器；同时，谐振变换器将自身谐振电流、开关管工作电流等参数信息转换为数字信号，传送给控制器。
所述高频升压变压器和所述整流滤波电路将高频510V脉冲信号，升压后整流滤波，转换成DC10kV直流电压；N个整流滤波电路串联后，输出DC(10*N)kV直流电压，为刚管调制器的储能电容充电。
所述采样电路对高压电源的输出电流、储能电容的电压进行取样，并转换为数字信号，传送给控制器。
所述隔离多路驱动电路接受控制器的控制信号，分别为N个谐振变换器提供驱动信号。
所述控制器与控制保护模块进行通信，接受控制保护模块的指令，实现对高压电源的控制、管理和监测功能。
所述高压电源为数字化全开关模块化高压电源，采用多组件串联拓扑结构。每一组三相整流滤波电路、谐振变换器、高频升压变压器和整流滤波电路都可以单独构成一个独立的高压电源组件，每个高压电源组件提供DC10kV高压。N个高压电源组件在整流滤波电路的输出端串联，可以提供DC(10*N)kV高压。其中，某个或多个高压电源组件在控制器的控制下，可以单独工作或关断，可实现在轻、重不同负载时，整个高压电源输出电压幅度的灵活、精准的根据负载进行调节，为速调管测试和老炼系统的在线实时自动化控制要求奠定基础。
如图3所示，刚管调制器包括储能电容(即图2中所示储能电容)、串联固态开关以及隔离同步驱动器(刚管调制器自身驱动器)。所述储能电容与串联固态开关连接；所述串联固态开关与速调管的阴极连接；所述定时器与隔离同步驱动器连接；所述隔离同步驱动器与串联固态开关连接。
所述储能电容接受高压电源的充电，储存能量。当串联固态开关导通时，储能电容向速调管释放储存的能量。本发明中的储能电容耐压150kV，容量2.2μF。
所述串联固态开关根据隔离同步驱动器的控制，同时导通或同时关断。本发明中的串联固态开关采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)串并联组成，采用组件式结构。每个组件包括150个IGBT，其中，采用6个IGBT并联为一组，然后再25组串联，构成一个串联固态开关组件，单个串联固态开关组件可承受峰值电压62.5kV，峰值电流超过400A。多个串联固态开关组件可直接串联或并联使用，无需再增加均压或均流措施。本发明中采用4个串联固态开关组件串联使用，可实现稳定输出最大脉冲电压120kV(降幅使用)、脉冲电流100A的高压脉冲。
所述隔离同步驱动器根据定时器输出的定时脉冲信号的控制，输出相应重复频率和脉冲宽度的驱动信号，控制串联固态开关的导通和关断。
所述刚管调制器为直接耦合型全固态刚管调制器，采用模块化组件式结构。可以实现数十kHz以内，脉冲宽度达数百μs的高压脉冲输出，最大脉冲电压200kV，脉冲电流100A，并且脉冲宽度和重复频率可以实时切换，为满足多种型号不同工作电压的速调管测试和老炼要求奠定了基础。
基于所述高压电源和刚管调制器，可以实现系统的在线诊断和故障隔离功能。关闭刚管调制器，控制保护模块控制高压电源的隔离多路驱动电路，依次为N个谐振变换器提供驱动信号。根据依次测得的高压电源幅度和阴极直流电流，可以确认每一个高压电源组件是否发生故障，以及刚管调制器的串联固态开关的损坏程度。如果某个或者多个高压电源组件发生故障，控制保护模块可以将故障组件关闭，其他高压电源组件仍然可以正常工作。
基于所述高压电源和刚管调制器，可以实现对多种型号的不同工作电压的阴极调制速调管的测试和老炼。
本发明系统可以按照多种工作模式进行工作，具体如下。
一，速调管绝缘度测试，结合图2：初始时，灯丝电源不工作，定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，刚管调制器根据定时器的脉冲定时信号，产生相应重复频率和脉冲宽度的高压脉冲信号，驱动速调管工作。高压电源缓慢加高压，直到高压电源幅值达到待测速调管的额定工作电压；利用钛泵电源为所述待测速调管的钛泵供电，在所述高压电源升压期间，判断所述钛泵的电流是否大于20μA，如果期间钛泵电流大于20μA，则控制保护模块暂停提高高压电源幅值，直到钛泵电流降低到20μA以下，然后再继续缓慢提高高压电源幅值；如果期间待测速调管打火，则控制保护模块关闭刚管调制器，并将高压电源幅值降低一定幅度，此时高压电源幅值低于待测速调管打火时的高压电源幅值，然后开启刚管调制器，工作一段时间后，再继续提高高压电源幅值，直至达到额定电压。
二，速调管静态老炼，结合图3：初始时，灯丝电源缓慢加至额定电流并保持十五分钟后，定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，刚管调制器根据定时器的脉冲定时信号，产生相应重复频率和脉冲宽度的高压脉冲信号，驱动速调管工作。高压电源缓慢加高压，直到高压电源幅值达到待测速调管的额定工作电压；如果期间钛泵电流大于20μA，则控制保护模块暂停提高高压电源幅值，直到钛泵电流降低到20μA以下，然后再继续缓慢提高高压电源幅值；如果期间待测速调管打火，则控制保护模块关闭刚管调制器，并将高压电源幅值降低一定幅度，此时高压电源幅值低于待测速调管打火时的高压电源幅值，然后开启刚管调制器，工作一段时间后，再继续提高高压电源幅值，直至达到额定电压。
三，速调管动态老炼，结合图4：初始时，灯丝电源缓慢加至额定电流并保持十五分钟后，定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，刚管调制器根据定时器的脉冲定时信号，产生相应重复频率和脉冲宽度的高压脉冲信号，驱动速调管工作。高压电源缓慢加高压，直到高压电源幅值达到待测速调管的额定工作电压；如果期间钛泵电流大于20μA，则控制保护模块暂停提高高压电源幅值，直到钛泵电流降低到20μA以下，然后再继续缓慢提高高压电源幅值；如果期间待测速调管打火，则控制保护模块关闭刚管调制器，并将高压电源幅值降低一定幅度，此时高压电源幅值低于待测速调管打火时的高压电源幅值，然后开启刚管调制器，工作一段时间后，再继续提高高压电源幅值，直至达到额定电压。此时，定时器输出另一路脉冲定时信号给信号源，信号源开始工作，设定信号源的输出信号频点为待测速调管工作带宽内的某任意频点，并且信号源输出射频信号幅度从最小开始，缓慢增加，直至速调管输出功率达到额定功率。
四，工作点参数测试，结合图3：初始时，灯丝电源缓慢加至额定电流并保持十五分钟后，定时器输出一路重复频率f，脉冲宽度τ的定时脉冲信号给刚管调制器，刚管调制器根据定时器的脉冲定时信号，产生相应重复频率和脉冲宽度的高压脉冲信号，驱动速调管工作。高压电源缓慢加高压，直到高压电源幅值达到待测速调管的额定工作电压。此时，控制保护模块测试灯丝电流If和灯丝电压Vf、高压电源电压E、阴极脉冲电流Ik、管体电流Ia以及收集极电流Ic。然后，关闭高压电源，改变定时器输出重复频率和脉冲宽度τ，即改变待测速调管的视频工作比，高压电源缓慢加高压，直到高压电源幅值达到待测速调管的额定工作电压。此时，控制保护模块测试灯丝电流If和灯丝电压Vf、高压电源电压E、阴极脉冲电流Ik、管体电流Ia以及收集极电流Ic。重复上述步骤，即可测得不同工作比时待测速调管的工作点参数。
五，输出功率、增益、带宽及频率响应测试，结合图4：初始时，灯丝电源缓慢加至额定电流并保持十五分钟后，定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，刚管调制器根据定时器的脉冲定时信号，产生相应重复频率和脉冲宽度的高压脉冲信号，驱动速调管工作。高压电源缓慢加高压，直到高压电源幅值达到待测速调管的额定工作电压。此时，定时器输出另一路脉冲定时信号给信号源，信号源开始工作，设定信号源的输出信号频点为待测速调管工作带宽内的频点f1，并且信号源输出射频信号幅度从最小开始，缓慢增加，直至输出功率达到额定输出功率，控制保护模块监测待测速调管的输入功率Pi、输出功率Po等参数。然后，将信号源输出射频信号幅度调至最小，再设定信号源的输出信号频点为待测速调管工作带宽内的频点f2，再缓慢增加信号源输出射频信号幅度，直至输出功率达到额定输出功率，控制保护模块监测待测速调管的输入功率Pi、输出功率Po等参数。重复上述步骤，完成待测速调管工作带宽内所有频点f1～fn的输入功率和输出功率测试。根据下列公式，可得待测速调管的各频点增益G。
G＝10log(Po/Pi)
六，效率测试，结合图4：初始时，灯丝电源缓慢加至额定电流并保持十五分钟后，定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，刚管调制器根据定时器的脉冲定时信号，产生相应重复频率和脉冲宽度的高压脉冲信号，驱动速调管工作。高压电源缓慢加高压，直到高压电源幅值达到待测速调管的额定工作电压。此时，定时器输出另一路脉冲定时信号给信号源，信号源开始工作，设定信号源的输出信号频点为待测速调管工作带宽内的频点f1，并且信号源输出射频信号幅度从最小开始，缓慢增加，直至输出功率达到额定输出功率，控制保护模块监测高压电源电压E、输出功率Po和阴极脉冲电流Ik等参数。然后，将信号源输出射频信号幅度调至最小，再设定信号源的输出信号频点为待测速调管工作带宽内的频点f2，再缓慢增加信号源输出射频信号幅度，直至输出功率达到额定输出功率，控制保护模块监测高压电源电压E、输出功率Po和阴极脉冲电流Ik等参数。重复上述步骤，完成待测速调管工作带宽内所有频点f1～fn的输入功率、输出功率和阴极脉冲电流参数测试。根据下列公式，可得待测速调管的各频点效率η。
η＝Po/(E*Ik)
基于本发明，可实现阴极调制速调管的绝缘度测试、静态和动态老炼、工作点参数测试、输出功率、增益、带宽及频率响应测试和效率测试，自动化程度高，实现了无人值守，简化了繁琐且耗时耗力的测试、老炼和调试过程，并且测试数据可用于发射机研制、速调管状态评估以及均衡器调试等。
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种速调管测试和老炼系统，其特征在于，包括：
信号源、固态放大器、第一定向耦合器、弧光保护波导、第二定向耦合器、水负载、高压电源、刚管调制器、冷却系统、钛泵电源、灯丝电源、电流检测电路、定时器以及控制保护模块，所述定时器分别与信号源和刚管调制器连接，用于向二者输出同步信号；所述信号源与固态放大器连接，用于向其输出射频信号；所述固态放大器与所述第一定向耦合器相连，用于对所述射频信号进行放大并输出放大后的射频信号；所述第一定向耦合器与待测速调管连接并将所述射频信号耦合至所述待测速调管；所述弧光保护波导连接在所述待测速调管与所述第二定向耦合器之间，并经由第二定向耦合器连接至水负载，用于验证所述待测速调管至所述水负载之间的射频传输链路，是否有拉弧现象；所述高压电源为所述刚管调制器输出目标电压；所述刚管调制器与所述待测速调管连接，以基于所述控制保护模块的指令，输出相应重复频率和脉冲宽度的高压脉冲信号至所述待测速调管；所述钛泵电源与所述待测速调管连接，以输出直流高压给所述待测速调管的钛泵，为其供电；
所述灯丝电源与所述待测速调管连接，以基于所述控制保护模块的指令，输出恒定电流至所述待测速调管，其中，所述高压电源为数字化全开关模块化高压电源，采用多组件串联拓扑结构，其包括N个三相整流滤波电路，N个谐振变换器，N个高频升压变压器，N个整流滤波电路，1个隔离多路驱动电路，1个采样电路和一个控制器，每个所述三相整流滤波电路与相应谐振变换器连接；每个所述谐振变换器与一个高频升压变压器连接；每个所述高频升压变压器与相应整流滤波电路连接；所述N个整流滤波电路依次串联连接后，第一个整流滤波电路与第N个整流滤波电路分别与刚管调制器的储能电容连接；所述控制器分别与N个三相整流滤波电路互相连接用于对各三相整流滤波电路进行控制；所述隔离多路驱动电路与N个谐振变换器分别连接，同时与控制器互相连接；所述N个谐振变换器分别与控制器连接；所述采样电路分别与刚管调制器的储能电容和控制器连接，所述刚管调制器包括储能电容、串联固态开关以及隔离同步驱动器，所述储能电容与串联固态开关连接；所述串联固态开关与速调管的阴极连接；所述定时器与隔离同步驱动器连接；所述隔离同步驱动器与串联固态开关连接。
2.根据权利要求1所述的速调管测试和老炼系统，其特征在于，还包括功率计，所述功率计分别与所述第一定向耦合器、第二定向耦合器连接，用于分别测量所述固态放大器和所述待测速调管输出的射频功率。
3.根据权利要求1所述的速调管测试和老炼系统，其特征在于，还包括第一检波器、第二检波器以及示波器，第一检波器和第二检波器二者分别与所述第一定向耦合器和第二定向耦合器连接，进而测量所述固态放大器和所述待测速调管输出的射频信号；所述示波器用于接收并显示所述第一检波器和所述第二检波器所检测到的射频信号。
4.根据权利要求1所述的速调管测试和老炼系统，其特征在于，还包括阴极电流、管体电流、收集极电流检测电路，其与所述待测速调管连接，用于采样所述待测速调管的阴极电流、管体电流和收集极电流，所述阴极电流、管体电流和收集极电流用于验证待测速调管乃至系统是否工作正常，在高压电源幅值不超过速调管额定工作电压，并且调制器输出脉冲信号不超过速调管最大工作比时，若阴极电流和管体电流超过门限值，则表明速调管打火。
5.一种利用权利要求4所述的速调管测试和老炼系统进行速调管测试和老炼的方法，其特征在于，所述方法包括对待测速调管进行绝缘度测试，绝缘度测试的步骤包括： （1.1）驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，同时利用定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压； （1.2）利用钛泵电源为所述待测速调管的钛泵供电，在所述高压电源升压期间，判断所述钛泵的电流是否大于20μA，若大于则暂停所述高压电源电压的升高，直到钛泵电流降低到20μA以下，再继续缓慢提高高压电源幅值； （1.3）利用所述阴极电流、管体电流、收集极电流检测电路，监测所述待测速调管是否发生打火； （1.4）若监测到所述待测速调管发生打火，则关闭所述刚管调制器，并降低所述高压电源幅值，以使其低于待测速调管打火时的高压电源幅值； （1.5）再次开启所述刚管调制器，工作预定时间后，再继续提高所述高压电源幅值，直至达到其额定电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对待测速调管进行静态老炼，静态老炼的步骤包括： （2.1）逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间； （2.2）驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，同时利用定时器输出一路脉冲定时信号给所述刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压； （2.3）利用钛泵电源为所述待测速调管的钛泵供电，在所述高压电源升压期间，判断所述钛泵的电流是否大于20μA，若大于则暂停所述高压电源电压的升高，直到钛泵电流降低到20μA以下，再继续缓慢提高高压电源幅值； （2.4）利用所述阴极电流、管体电流、收集极电流检测电路，监测所述待测速调管是否发生打火； （2.5）若监测到所述待测速调管发生打火，则关闭所述刚管调制器，并降低所述高压电源幅值，以使其低于待测速调管打火时的高压电源幅值； （2.6）再次开启所述刚管调制器，工作预定时间后，再继续提高所述高压电源幅值，直至达到其额定电压。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对待测速调管进行动态老炼，动态老炼的步骤包括： （3.1）逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间； （3.2）驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，利用定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压； （3.3）利用钛泵电源为所述待测速调管的钛泵供电，在所述高压电源升压期间，判断所述钛泵的电流是否大于20μA，若大于则暂停所述高压电源电压的升高，直到钛泵电流降低到20μA以下，再继续缓慢提高高压电源幅值； （3.4）利用所述阴极电流、管体电流、收集极电流检测电路，监测所述待测速调管是否发生打火； （3.5）若监测到所述待测速调管发生打火，则关闭所述刚管调制器，并降低所述高压电源幅值，以使其低于待测速调管打火时的高压电源幅值； （3.6）再次开启所述刚管调制器，工作预定时间后，再继续提高所述高压电源幅值，直至达到其额定电压； （3.7）利用定时器输出另一路脉冲定时信号给所述信号源，设定信号源的输出信号频点为待测速调管工作带宽内的某任意频点； （3.8）对所述信号源输出的射频信号放大后经由第一定向耦合器输出至所述待测速调管，利用功率计测量所述待测速调管输出的射频信号的幅度，所述信号源输出射频信号幅度从最小开始，缓慢增加，直至速调管输出功率达到额定功率。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对待测速调管进行工作点参数测试，工作点参数测试的步骤包括： （4.1）逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间； （4.2）驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，同时利用定时器输出一路脉冲定时信号给所述刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压； （4.3）测试所述待测速调管的灯丝电流If、灯丝电压Vf、高压电源电压E、阴极脉冲电流Ik、管体电流Ia以及收集极电流Ic； （4.4）改变定时器输出的重复频率和脉冲宽度，重复步骤（4.2）-（4.3）。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对待测速调管进行功率、增益、带宽及频率响应测试，该测试包括： （5.1）逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间； （5.2）驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，利用定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压； （5.3）利用定时器输出另一路脉冲定时信号给信号源，使信号源的输出信号频率为待测速调管工作带宽内的频率f1，逐渐增加信号源输出射频信号幅度，直至速调管输出功率达到额定功率， （5.4）监测待测速调管的输入功率Pi、输出功率Po参数； （5.5）改变信号源的输出信号频点，重复上述步骤5.2-5.4，直到遍历待测速调管工作带宽内所有频点f1~fn。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对待测速调管进行效率测试，该测试包括： （6.1）逐渐增加与所述待测速调管相连的灯丝电源的电流直至额定电流，并保持预定时间； （6.2）驱动所述高压电源逐渐提高输出电压的幅度，同时利用定时器输出一路脉冲定时信号给刚管调制器，并且利用所述刚管调制器向所述待测速调管输出高压脉冲信号，直到高压电源输出电压幅度达到所述待测速调管的额定工作电压； （6.3）利用定时器输出另一路脉冲定时信号给信号源，使信号源的输出信号频率为待测速调管工作带宽内的频点f1，逐渐增加信号源输出射频信号幅度，直至速调管输出功率达到额定功率，（6.4）监测高压电源的电压E、待测速调管的输出功率Po和阴极脉冲电流Ik； （6.5）改变信号源的输出信号频率，重复上述步骤6.2-6.4，直到遍历待测速调管工作带宽内所有频点f1~fn。
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