一種x頻段弧光探測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種X頻段弧光探測(cè)器，包括E面切角彎波導(dǎo)、高速光電轉(zhuǎn)換單元、高速處理電路等部分。完成高頻大功率真空電子管發(fā)射機(jī)在發(fā)射高頻微波信號(hào)打火時(shí)具有快速檢測(cè)和快速保護(hù)功能，其相應(yīng)時(shí)間＜1μs，同時(shí)又具有輸入、輸出兩個(gè)方向檢測(cè)功能和打火點(diǎn)指示功能。
【專利說明】一種X頻段弧光探測(cè)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種弧光探測(cè)器，尤其涉及一種X頻段弧光探測(cè)器。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為大功率速調(diào)管發(fā)射機(jī)的核心器件，速調(diào)管能否安全、可靠、穩(wěn)定地工作在為發(fā) 射機(jī)可靠性中起著至關(guān)重要的作用。波導(dǎo)電弧(俗稱打火）是損壞速調(diào)管重要原因之一，在 射機(jī)工作和波導(dǎo)器件耐功率試驗(yàn)過程中，輸出波導(dǎo)駐波過大或速調(diào)管有寄生頻譜輸出等原 因都會(huì)造成輸出波導(dǎo)打火，電弧往往出現(xiàn)在波導(dǎo)內(nèi)場強(qiáng)最強(qiáng)處，并順著波導(dǎo)的寬邊向功率 源方向移動(dòng)，直到速調(diào)管陶瓷窗口處，電弧會(huì)擊穿陶瓷窗口，導(dǎo)致速調(diào)管漏氣損壞。因此，對(duì) 為大功率真空管放大器設(shè)置波導(dǎo)打火的快速檢測(cè)保護(hù)電路十分必要，弧光探測(cè)器判斷弧光 的響應(yīng)速度關(guān)系到速調(diào)管的損壞與否。
[0003] 現(xiàn)有的弧光探測(cè)器采光口位于在波導(dǎo)E面中心處，由于波導(dǎo)E邊是場強(qiáng)最強(qiáng)處，對(duì) 于微波在波導(dǎo)插入損耗和端口駐波等傳輸特性很難控制，加工精度要求高。同時(shí)采光口設(shè) 置在波導(dǎo)E面中心處無法將打火點(diǎn)定位，因?yàn)榇蚧瘘c(diǎn)可能位于弧光探測(cè)器的輸入、輸出的 任一端且在E面切角處采光受到一定感光角度的限制。
[0004] 現(xiàn)有的弧光探測(cè)器多采用光敏三極管作為檢測(cè)元件，光敏三極管光電流較大，雖 然對(duì)檢測(cè)電路要求不高，而且減少了檢測(cè)電路的體積，但光敏三極管響應(yīng)時(shí)間較長與發(fā)射 機(jī)要求斷激勵(lì)、斷高壓響應(yīng)時(shí)間短又是一對(duì)相互矛盾的存在。
[0005] 根據(jù)X頻段100KW連續(xù)波速調(diào)管功放研制需求，要求速調(diào)管功放輸出頻譜純度高， 目前，由于高壓開關(guān)電源開關(guān)頻率的影響，速調(diào)管功放輸出頻譜無法達(dá)到要求，因此速調(diào)管 功放供電采用線性高壓電源，由于速調(diào)管的需求：高壓電源在斷高壓動(dòng)作時(shí)間短、泄放能量 小，所以線性高壓電源綜合以上要求，對(duì)斷高壓動(dòng)作時(shí)間是有限的，只能通過弧光探測(cè)器的 改進(jìn)來達(dá)到快速斷激勵(lì)和斷高壓來提高動(dòng)作時(shí)間實(shí)現(xiàn)保護(hù)速調(diào)管的目的。綜上所述，現(xiàn)有 的弧光探測(cè)器不能滿足現(xiàn)實(shí)的需求。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] 本實(shí)用新型的目的是提供一種X頻段弧光探測(cè)器，在大功率發(fā)射機(jī)工作中在波 導(dǎo)內(nèi)部以及波導(dǎo)器件內(nèi)部發(fā)生打火時(shí)提供快速斷激勵(lì)和高壓的作用，避免速調(diào)管的損壞， 使速調(diào)管發(fā)射機(jī)以及真空管發(fā)射機(jī)安全、可靠、穩(wěn)定的工作。
[0007] 本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：
[0008] -種X頻段弧光探測(cè)器，包括E面切角彎波導(dǎo)和弧光探測(cè)模塊，所述弧光探測(cè)模塊 包括光纖、高速光電轉(zhuǎn)換單元、雙路高速運(yùn)放、雙路高速比較器和鎖存器，所述E面切角彎 波導(dǎo)的輸入端和輸出端分別與高功率速調(diào)管和環(huán)形器連接；所述E面切角彎波導(dǎo)的切角處 設(shè)置有兩個(gè)采光口，且兩個(gè)采光口分別與兩根光纖的入光口連接，所述兩個(gè)采光口設(shè)置在E 面切角彎波導(dǎo)的切面的上且分別對(duì)著E面切角彎波導(dǎo)的輸入、輸出端；所述光纖的出光口 通過高速光電轉(zhuǎn)換單元依次連接高速雙運(yùn)放、雙路高速比較器，運(yùn)放比較器的輸出端與雙 上升沿D觸發(fā)器輸入端相連，通過雙上升沿D觸發(fā)器輸出Q連接外部控制器的輸入端，數(shù)據(jù) 輸出g送外部監(jiān)控電路作為打火點(diǎn)指示。
[0009] 所述的E面切角彎波導(dǎo)為標(biāo)準(zhǔn)BJ70波導(dǎo)90°彎波導(dǎo)在E面進(jìn)行兩個(gè)內(nèi)角為135° 的切割，其切面的長度為12. 5 ±0. 5mm。
[0010] 所述的光電轉(zhuǎn)換單兀米用高速光電二極管，高速光電二極管的輸入端連接光纖的 輸出端，高速光電二極管的輸出端連接雙路高速運(yùn)放的輸入端。
[0011] 所述的高速光電二極管采用FGAP71。
[0012] 根據(jù)權(quán)利要求4所述的X頻段弧光探測(cè)器，其特征在于：所述的雙路運(yùn)放比較器采 用0PA2104型號(hào)，雙路高速比較器采用MAX96型號(hào)。
[0013] 本實(shí)用新型應(yīng)用于X頻段10KW速調(diào)管以及超過10KW X頻段真空管發(fā)射機(jī)，通過在 速調(diào)管等真空大功率系統(tǒng)的高功率微波傳輸系統(tǒng)中，在最可能發(fā)生打火彎頭和速調(diào)管匹配 單元處，即在E面切角彎波導(dǎo)為標(biāo)準(zhǔn)BJ70波導(dǎo)90°彎波導(dǎo)在E面進(jìn)行兩個(gè)內(nèi)角為135°的 切割，其切面的長度為12. 5±0. 5mm，且E面彎角處具有兩個(gè)采光點(diǎn)，分別與探測(cè)器的輸入 端和輸出端相對(duì)應(yīng)，通過光纖介質(zhì)將產(chǎn)生的弧光傳輸至光電轉(zhuǎn)換的輸入端，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換 把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成微弱的光電流，再把它轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后和閥值比較，輸出TTL信號(hào)， 最后把TTL信號(hào)送入輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)后級(jí)控制電路。電路進(jìn)行斷高壓電源或斷激勵(lì)信號(hào)的來達(dá) 到保護(hù)真空管和微波傳輸系統(tǒng)，而且本裝置減少微波傳輸系統(tǒng)和弧光探測(cè)器的相互影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖；
[0015] 圖2為本實(shí)用新型所述E面切角彎波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 如圖1和圖2所示，一種X頻段弧光探測(cè)器，包括E面切角彎波導(dǎo)和弧光探測(cè)模 塊，所述弧光探測(cè)模塊又包括光纖3、高速光電轉(zhuǎn)換單元、雙路高速運(yùn)放、雙路高速比較器和 鎖存器，所述E面切角彎波導(dǎo)的輸入端和輸出端分別與高功率速調(diào)管和環(huán)形器連接(或者 大功率微波網(wǎng)絡(luò)）；
[0017] 所述的E面切角彎波導(dǎo)為標(biāo)準(zhǔn)BJ70波導(dǎo)90°彎波導(dǎo)在E面進(jìn)行兩個(gè)內(nèi)角為135° 的切割，其切面的長度為12. 5±0. 5mm，所述E面切角彎波導(dǎo)的切角處設(shè)置有兩個(gè)采光口 4， 且兩個(gè)采光口 4分別與兩根光纖的入光口相對(duì)應(yīng)，通過光纖分別傳輸通過采光口 4采集到 的光源；所述兩個(gè)采光口 4設(shè)置在E面切角彎波導(dǎo)的切面上且分別對(duì)著E面切角彎波導(dǎo)的 輸入端口 1、輸出端口 2。通過設(shè)置兩個(gè)采光口 4使本實(shí)用新型具有雙向采光性，有效避免 光敏器件受感光角度限制的缺陷。
[0018] 由于光纖3具有損耗低、頻帶寬、不受電磁干擾、絕緣性好、體積小、可彎曲、對(duì)藍(lán) 紫光敏感，便于遠(yuǎn)距離檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，所以本實(shí)用新型采用光纖3作為理想的傳輸介質(zhì)。所述 光纖3的出光口通過高速光電轉(zhuǎn)換單元依次連接高速雙運(yùn)放、雙路高速比較器，運(yùn)放比較 器的輸出端與鎖存器輸入端相連，通過鎖存器的g路連接外部控制器的輸入端，g路送外 部監(jiān)控電路作為打火點(diǎn)指示。
[0019] 本實(shí)用新型所述光電轉(zhuǎn)換單元是弧光探測(cè)器的第一級(jí)，要求響應(yīng)速度快，對(duì)打火 光敏感，輸出信號(hào)盡可能大。由于波導(dǎo)內(nèi)介質(zhì)主要含有〇2、co2、co、n的干燥空氣，根據(jù)氣體 放電學(xué)原理可知，波導(dǎo)打火電弧的光譜不是太寬，其主光譜的峰值波長是分布在380nm? 492nm之間的藍(lán)紫光。該光譜可用光電二極管和光電三極管等光電轉(zhuǎn)換器件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)。光電三極管優(yōu)點(diǎn)是光電流較大，缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間較長；光電二極管優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí) 間短，缺點(diǎn)是光電流較小，對(duì)藍(lán)紫光較敏感。所以本實(shí)用新型中光電轉(zhuǎn)換單元采用高速光電 二極管，高速光電二極管的輸入端連接光纖3的輸出端，高速光電二極管的輸出端連接雙 路商速運(yùn)放的輸入端。
[0020] 響應(yīng)時(shí)間短和對(duì)于弧光是藍(lán)紫光的特點(diǎn)也促使我們選擇光電二極管作為光電轉(zhuǎn) 換的核心部件。根據(jù)弧光的光譜范圍以及對(duì)光電轉(zhuǎn)換高速度的要求，選擇美國索雷博公司 的磷化鉀光電轉(zhuǎn)換二極管FGAP71，其感光光譜范圍為150?550nm，完全覆蓋打火電弧的藍(lán) 紫光光譜380nm?492nm，光電轉(zhuǎn)換時(shí)間1ns，從而使探測(cè)弧光的響應(yīng)時(shí)間短，響應(yīng)時(shí)間小 于1 U s，能更加方便快捷的進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0021] 在具體監(jiān)測(cè)過程中會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)處打火產(chǎn)生弧光較弱，此時(shí)光電轉(zhuǎn)換的電壓也很低， 本實(shí)用新型為了適應(yīng)打火位置的遠(yuǎn)近不同，為了對(duì)光電轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)進(jìn)行放大比較判 斷，在光電轉(zhuǎn)換后設(shè)置直流運(yùn)算放大器和比較器。據(jù)本設(shè)計(jì)采用光電二極管產(chǎn)生的電信號(hào) 是電流型的，因此放大電路需要采用電流-電壓JFET型運(yùn)算放大器。選用JFET輸入的、低 偏置電流、低噪聲精密雙運(yùn)放，其帶寬寬，轉(zhuǎn)換速率快，滿足波導(dǎo)兩個(gè)垂直方向弧光探測(cè)的 需求，同時(shí)雙向的采集結(jié)果通過鎖存器輸出到外部監(jiān)視電路后，可以搭配顯示系統(tǒng)能夠及 時(shí)的發(fā)現(xiàn)具體的打火位置是在E面切角彎波導(dǎo)的輸入端或者輸出端，當(dāng)鎖存器與E面切角 彎波導(dǎo)的輸入端相連的0路輸出高電平，外部控制電路執(zhí)行斷高壓、斷激勵(lì)信號(hào)動(dòng)作，同時(shí) g路輸出低電平，則表示打火位置在E面切角彎波導(dǎo)的輸入端方向從而擁有了故障定位功 能。所述的雙路運(yùn)放比較器采用轉(zhuǎn)換速率為ns量級(jí)的雙路高速比較器，可以采用0PA2104 型號(hào)或者M(jìn)AX96型號(hào)，可以滿足波導(dǎo)兩個(gè)垂直方向弧光探測(cè)的需求。
[0022] 本實(shí)用新型所述弧光探測(cè)模塊與波導(dǎo)部分一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊。實(shí)際做成產(chǎn)品 體積為152. 44mmX 152. 44mmX 75mm，小巧。根據(jù)弧光探測(cè)器波導(dǎo)部分仿真設(shè)計(jì)和弧光電路 檢測(cè)部分一體化設(shè)計(jì)，對(duì)裝配好的X頻段弧光探測(cè)器兩個(gè)方向響應(yīng)時(shí)間的指標(biāo)測(cè)試，弧光 探測(cè)器供電采用SS1712型直流穩(wěn)壓源，通過脈沖信號(hào)源Tektronix TDS3052B輸入，示波 器HEWLETT 33120A輸出測(cè)試。測(cè)試結(jié)果得出弧光探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間為光敏二極管響應(yīng)時(shí)間 (Ins) +放大、比較、鎖存電路時(shí)間為760ns，測(cè)試弧光探測(cè)器響應(yīng)時(shí)間小于lii s，滿足設(shè)計(jì) 需求。而且本試驗(yàn)分別通過白熾燈、高壓點(diǎn)火發(fā)生器試驗(yàn)，弧光探測(cè)器輸出、指示正常。
【權(quán)利要求】
1. 一種X頻段弧光探測(cè)器，其特征在于：包括E面切角彎波導(dǎo)和弧光探測(cè)模塊，所述弧 光探測(cè)模塊包括光纖、高速光電轉(zhuǎn)換單元、雙路高速運(yùn)放、雙路高速比較器和鎖存器，所述E 面切角彎波導(dǎo)的輸入端和輸出端分別與高功率速調(diào)管和環(huán)形器連接；所述E面切角彎波導(dǎo) 的切角處設(shè)置有兩個(gè)采光口，且兩個(gè)采光口分別與兩根光纖的入光口連接，所述兩個(gè)采光 口設(shè)置在E面切角彎波導(dǎo)的切面的上且分別對(duì)著E面切角彎波導(dǎo)的輸入、輸出端；所述光纖 的出光口通過高速光電轉(zhuǎn)換單元依次連接高速雙運(yùn)放、雙路高速比較器，運(yùn)放比較器的輸 出端與雙上升沿D觸發(fā)器輸入端相連，通過雙上升沿D觸發(fā)器輸出Q連接外部控制器的輸 入端，數(shù)據(jù)輸出^送外部監(jiān)控電路作為打火點(diǎn)指示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X頻段弧光探測(cè)器，其特征在于：所述的E面切角彎波導(dǎo)為標(biāo) 準(zhǔn)BJ70波導(dǎo)90°彎波導(dǎo)在E面進(jìn)行兩個(gè)內(nèi)角為135°的切割，其切面的長度為12. 5±0. 5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的X頻段弧光探測(cè)器，其特征在于：所述的光電轉(zhuǎn)換單元采用 高速光電二極管，高速光電二極管的輸入端連接光纖的輸出端，高速光電二極管的輸出端 連接雙路高速運(yùn)放的輸入端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的X頻段弧光探測(cè)器，其特征在于：所述的高速光電二極管采 用 FGAP71。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的X頻段弧光探測(cè)器，其特征在于：所述的雙路運(yùn)放比較器采 用0PA2104型號(hào)，雙路高速比較器采用MAX96型號(hào)。
【文檔編號(hào)】H01J23/00GK204144217SQ201420586846
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】韓來輝, 潘進(jìn), 李新勝 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所