一種x頻段弧光探測器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種X頻段弧光探測器，包括E面切角彎波導、高速光電轉換單元、高速處理電路等部分。完成高頻大功率真空電子管發(fā)射機在發(fā)射高頻微波信號打火時具有快速檢測和快速保護功能，其相應時間＜1μs，同時又具有輸入、輸出兩個方向檢測功能和打火點指示功能。
【專利說明】一種X頻段弧光探測器

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種弧光探測器，尤其涉及一種X頻段弧光探測器。

【背景技術】
[0002] 作為大功率速調管發(fā)射機的核心器件，速調管能否安全、可靠、穩(wěn)定地工作在為發(fā) 射機可靠性中起著至關重要的作用。波導電弧(俗稱打火）是損壞速調管重要原因之一，在 射機工作和波導器件耐功率試驗過程中，輸出波導駐波過大或速調管有寄生頻譜輸出等原 因都會造成輸出波導打火，電弧往往出現(xiàn)在波導內場強最強處，并順著波導的寬邊向功率 源方向移動，直到速調管陶瓷窗口處，電弧會擊穿陶瓷窗口，導致速調管漏氣損壞。因此，對 為大功率真空管放大器設置波導打火的快速檢測保護電路十分必要，弧光探測器判斷弧光 的響應速度關系到速調管的損壞與否。
[0003] 現(xiàn)有的弧光探測器采光口位于在波導E面中心處，由于波導E邊是場強最強處，對 于微波在波導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。同時采光口設 置在波導E面中心處無法將打火點定位，因為打火點可能位于弧光探測器的輸入、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)有的弧光探測器多采用光敏三極管作為檢測元件，光敏三極管光電流較大，雖 然對檢測電路要求不高，而且減少了檢測電路的體積，但光敏三極管響應時間較長與發(fā)射 機要求斷激勵、斷高壓響應時間短又是一對相互矛盾的存在。
[0005] 根據(jù)X頻段100KW連續(xù)波速調管功放研制需求，要求速調管功放輸出頻譜純度高， 目前，由于高壓開關電源開關頻率的影響，速調管功放輸出頻譜無法達到要求，因此速調管 功放供電采用線性高壓電源，由于速調管的需求：高壓電源在斷高壓動作時間短、泄放能量 小，所以線性高壓電源綜合以上要求，對斷高壓動作時間是有限的，只能通過弧光探測器的 改進來達到快速斷激勵和斷高壓來提高動作時間實現(xiàn)保護速調管的目的。綜上所述，現(xiàn)有 的弧光探測器不能滿足現(xiàn)實的需求。 實用新型內容
[0006] 本實用新型的目的是提供一種X頻段弧光探測器，在大功率發(fā)射機工作中在波 導內部以及波導器件內部發(fā)生打火時提供快速斷激勵和高壓的作用，避免速調管的損壞， 使速調管發(fā)射機以及真空管發(fā)射機安全、可靠、穩(wěn)定的工作。
[0007] 本實用新型采用下述技術方案：
[0008] -種X頻段弧光探測器，包括E面切角彎波導和弧光探測模塊，所述弧光探測模塊 包括光纖、高速光電轉換單元、雙路高速運放、雙路高速比較器和鎖存器，所述E面切角彎 波導的輸入端和輸出端分別與高功率速調管和環(huán)形器連接；所述E面切角彎波導的切角處 設置有兩個采光口，且兩個采光口分別與兩根光纖的入光口連接，所述兩個采光口設置在E 面切角彎波導的切面的上且分別對著E面切角彎波導的輸入、輸出端；所述光纖的出光口 通過高速光電轉換單元依次連接高速雙運放、雙路高速比較器，運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)控電路作為打火點指示。
[0009] 所述的E面切角彎波導為標準BJ70波導90°彎波導在E面進行兩個內角為135° 的切割，其切面的長度為12. 5 ±0. 5mm。
[0010] 所述的光電轉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放的輸入端。
[0011] 所述的高速光電二極管采用FGAP71。
[0012] 根據(jù)權利要求4所述的X頻段弧光探測器，其特征在于：所述的雙路運放比較器采 用0PA2104型號，雙路高速比較器采用MAX96型號。
[0013] 本實用新型應用于X頻段10KW速調管以及超過10KW X頻段真空管發(fā)射機，通過在 速調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)生打火彎頭和速調管匹配 單元處，即在E面切角彎波導為標準BJ70波導90°彎波導在E面進行兩個內角為135°的 切割，其切面的長度為12. 5±0. 5mm，且E面彎角處具有兩個采光點，分別與探測器的輸入 端和輸出端相對應，通過光纖介質將產(chǎn)生的弧光傳輸至光電轉換的輸入端，經(jīng)過光電轉換 把光信號轉換成微弱的光電流，再把它轉換成電壓信號，然后和閥值比較，輸出TTL信號， 最后把TTL信號送入輸出級驅動后級控制電路。電路進行斷高壓電源或斷激勵信號的來達 到保護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)和弧光探測器的相互影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的電路原理框圖；
[0015] 圖2為本實用新型所述E面切角彎波導的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0016] 如圖1和圖2所示，一種X頻段弧光探測器，包括E面切角彎波導和弧光探測模 塊，所述弧光探測模塊又包括光纖3、高速光電轉換單元、雙路高速運放、雙路高速比較器和 鎖存器，所述E面切角彎波導的輸入端和輸出端分別與高功率速調管和環(huán)形器連接(或者 大功率微波網(wǎng)絡）；
[0017] 所述的E面切角彎波導為標準BJ70波導90°彎波導在E面進行兩個內角為135° 的切割，其切面的長度為12. 5±0. 5mm，所述E面切角彎波導的切角處設置有兩個采光口 4， 且兩個采光口 4分別與兩根光纖的入光口相對應，通過光纖分別傳輸通過采光口 4采集到 的光源；所述兩個采光口 4設置在E面切角彎波導的切面上且分別對著E面切角彎波導的 輸入端口 1、輸出端口 2。通過設置兩個采光口 4使本實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、對藍 紫光敏感，便于遠距離檢測等優(yōu)點，所以本實用新型采用光纖3作為理想的傳輸介質。所述 光纖3的出光口通過高速光電轉換單元依次連接高速雙運放、雙路高速比較器，運放比較 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)控電路作為打火點指示。
[0019] 本實用新型所述光電轉換單元是弧光探測器的第一級，要求響應速度快，對打火 光敏感，輸出信號盡可能大。由于波導內介質主要含有〇2、co2、co、n的干燥空氣，根據(jù)氣體 放電學原理可知，波導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之間的藍紫光。該光譜可用光電二極管和光電三極管等光電轉換器件將光信號轉換 為電信號。光電三極管優(yōu)點是光電流較大，缺點是響應時間較長；光電二極管優(yōu)點是響應時 間短，缺點是光電流較小，對藍紫光較敏感。所以本實用新型中光電轉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 路商速運放的輸入端。
[0020] 響應時間短和對于弧光是藍紫光的特點也促使我們選擇光電二極管作為光電轉 換的核心部件。根據(jù)弧光的光譜范圍以及對光電轉換高速度的要求，選擇美國索雷博公司 的磷化鉀光電轉換二極管FGAP71，其感光光譜范圍為150?550nm，完全覆蓋打火電弧的藍 紫光光譜380nm?492nm，光電轉換時間1ns，從而使探測弧光的響應時間短，響應時間小 于1 U s，能更加方便快捷的進行監(jiān)測。
[0021] 在具體監(jiān)測過程中會出現(xiàn)遠處打火產(chǎn)生弧光較弱，此時光電轉換的電壓也很低， 本實用新型為了適應打火位置的遠近不同，為了對光電轉換后的電壓信號進行放大比較判 斷，在光電轉換后設置直流運算放大器和比較器。據(jù)本設計采用光電二極管產(chǎn)生的電信號 是電流型的，因此放大電路需要采用電流-電壓JFET型運算放大器。選用JFET輸入的、低 偏置電流、低噪聲精密雙運放，其帶寬寬，轉換速率快，滿足波導兩個垂直方向弧光探測的 需求，同時雙向的采集結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 時的發(fā)現(xiàn)具體的打火位置是在E面切角彎波導的輸入端或者輸出端，當鎖存器與E面切角 彎波導的輸入端相連的0路輸出高電平，外部控制電路執(zhí)行斷高壓、斷激勵信號動作，同時 g路輸出低電平，則表示打火位置在E面切角彎波導的輸入端方向從而擁有了故障定位功 能。所述的雙路運放比較器采用轉換速率為ns量級的雙路高速比較器，可以采用0PA2104 型號或者MAX96型號，可以滿足波導兩個垂直方向弧光探測的需求。
[0022] 本實用新型所述弧光探測模塊與波導部分一體化設計，結構緊湊。實際做成產(chǎn)品 體積為152. 44mmX 152. 44mmX 75mm，小巧。根據(jù)弧光探測器波導部分仿真設計和弧光電路 檢測部分一體化設計，對裝配好的X頻段弧光探測器兩個方向響應時間的指標測試，弧光 探測器供電采用SS1712型直流穩(wěn)壓源，通過脈沖信號源Tektronix TDS3052B輸入，示波 器HEWLETT 33120A輸出測試。測試結果得出弧光探測器響應時間為光敏二極管響應時間 (Ins) +放大、比較、鎖存電路時間為760ns，測試弧光探測器響應時間小于lii s，滿足設計 需求。而且本試驗分別通過白熾燈、高壓點火發(fā)生器試驗，弧光探測器輸出、指示正常。
【權利要求】
1. 一種X頻段弧光探測器，其特征在于：包括E面切角彎波導和弧光探測模塊，所述弧 光探測模塊包括光纖、高速光電轉換單元、雙路高速運放、雙路高速比較器和鎖存器，所述E 面切角彎波導的輸入端和輸出端分別與高功率速調管和環(huán)形器連接；所述E面切角彎波導 的切角處設置有兩個采光口，且兩個采光口分別與兩根光纖的入光口連接，所述兩個采光 口設置在E面切角彎波導的切面的上且分別對著E面切角彎波導的輸入、輸出端；所述光纖 的出光口通過高速光電轉換單元依次連接高速雙運放、雙路高速比較器，運放比較器的輸 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)控電路作為打火點指示。
2. 根據(jù)權利要求1所述的X頻段弧光探測器，其特征在于：所述的E面切角彎波導為標 準BJ70波導90°彎波導在E面進行兩個內角為135°的切割，其切面的長度為12. 5±0. 5mm。
3. 根據(jù)權利要求2所述的X頻段弧光探測器，其特征在于：所述的光電轉換單元采用 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 連接雙路高速運放的輸入端。
4. 根據(jù)權利要求3所述的X頻段弧光探測器，其特征在于：所述的高速光電二極管采 用 FGAP71。
5. 根據(jù)權利要求4所述的X頻段弧光探測器，其特征在于：所述的雙路運放比較器采 用0PA2104型號，雙路高速比較器采用MAX96型號。
【文檔編號】H01J23/00GK204144217SQ201420586846
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權日:2014年10月11日
【發(fā)明者】韓來輝, 潘進, 李新勝 申請人:中國電子科技集團公司第二十七研究所