一种基于阴极高压电源分压的行波管阳极电源

摘要

本发明涉及一种基于阴极高压电源分压的行波管阳极电源，由用于对阴极高压电源进行分压以获取行波管阳极电源所需电压的电阻分压电路、阳极电压取样电路和储能滤波电路组成，所述电阻分压电路的第一接线端接阴极高压电源的负极，电阻分压电路的第二接线端与阳极电压取样电路的一端相连，阳极电压取样电路的另一端接行波管管体，电阻分压电路的第三接线端分别与行波管阳极、储能滤波电路的一端相连，储能滤波电路的另一端接行波管管体。本发明利用阴极高压电源通过电阻分压的方式获得行波管阳极电源电压，通过选取合适的电阻，可精确获得所需要的阳极电压和阳极取样电压，降低了成本，体积小，大大提高了整个行波管发射机的可靠性和功率密度。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达发射机技术领域，尤其是一种基于阴极高压电源分压的行波管阳极电 源。

背景技术

行波管广泛应用于雷达、电子对抗、卫星通讯等领域，是一种常用的功率放大器件。 一般来说，行波管有多个电极，如灯丝、阴极、收集极、栅极和阳极等，当行波管的 各个电极加上合适的电源电压后，行波管将输入微波信号进行有效放大。

行波管阳极电源的供电方式一般采用独立的电源，分为两种供电方式，第一种是在行 波管的阳极和地之间接入一个可调稳压电源，第二种是在行波管的阴极和阳极之间接 入一个可调稳压电源，第一种方案中电源的一端处于地电位，输出电压闭环取样方便， 控制简单；第二种方案中阳极电源处于高电位，浮在阴极电位上，输出闭环电压采用 光纤或者隔离变压器输出电压，信号需要进行高电位隔离，电路较为复杂。这两种方 案中，由于采用独立的电源供应，因此电源的可调范围大，适应性好，但是两种方案 也存在一个共同的缺点，就是由于采用独立的电源供电，其体积较大，增加了成本， 当阳极电源出现故障时，降低了行波管放大器即发射机的可靠性。对于发射机的体积 和重量有严格限制的情况，采用这两种供电方法都难以实现。

对于栅控或者聚焦极控制的行波管来说，阳极电源仅为行波管的阳极提供合适的直流 电压，而无需对阳极电压进行调制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需再接入可调稳压电源，直接利用阴极高压电源通过电 阻分压的方式对阳极进行供电，体积小、重量轻，实现电源的小型化，提高整个电源 的可靠性和功率密度的基于阴极高压电源分压的行波管阳极电源。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于阴极高压电源分压的行波管 阳极电源，包括阴极高压电源，其负极接行波管阴极，其正极接行波管管体，该阳极 电源由用于对阴极高压电源进行分压以获取行波管阳极电源所需电压的电阻分压电 路、阳极电压取样电路和储能滤波电路组成，所述电阻分压电路的第一接线端接阴极 高压电源的负极，电阻分压电路的第二接线端与阳极电压取样电路的一端相连，阳极 电压取样电路的另一端接行波管管体，电阻分压电路的的第三接线端分别与行波管阳 极、储能滤波电路的一端相连，储能滤波电路的另一端接行波管管体。

所述阳极电压取样电路的与电阻分压电路的第二接线端相连的一端输出阳极取样电 压至控制保护电路。

所述电阻分压电路由至少两个电阻串联或并联组成，其中，电阻的个数和阻值由所需 的阳极电压决定。

所述阳极电压取样电路由取样电阻R33、储能滤波电容C12、C22以及稳压二极管V1 组成，四者并联，其一并联端作为阳极电压取样端输出，另一并联端接行波管管体， 储能滤波电容C12的正极与稳压二极管V1的阴极相连，储能滤波电容C12的负极与 稳压二极管V1的阳极相连。

所述储能滤波电路由至少两个高压电容串联或并联组成，串并联后总高压电容的额定 工作电压大于阳极电源电压的1.4倍以上。

所述电阻分压电路等效为电阻R11电阻R22串联组成，取阳极电压取样电路的电阻 R33，设阴极高压电源Ek的电压为Uk，阳极电源电压为Ua，则有：

$\frac{Ua}{Uk}\approx \frac{R22+R33}{R11+R22+R33}=\frac{1}{1+\frac{R11}{R22+R33}}---\left(1\right)$

设则(1)式转化为下式：

$Ua=\frac{Uk}{1+\beta }---\left(2\right)$

调节β的值，得到所需的阳极电源电压Ua；

阳极电压取样的大小由电阻R33、R11、R22对阴极高压电源分压获得，设取样电压为 Us，则其大小为

$Us=\frac{R33}{R22+R33}Ua---\left(3\right)$

调节电阻R33的值,得到所需要的取样电压Us。

由上述技术方案可知，本发明的优点如下：第一，本发明无需另外接入一个可调稳压 电源，直接利用阴极高压电源，通过电阻分压方式，给行波管的阳极进行供电，整个 电源的体积大大减小，功率密度高；第二，由于采用阴极高压电源通过电阻分压给行 波管的阳极进行供电，两个电源电压输出的速率保持一致，无需考虑电源的加电次序 和电源的上升速率，电路简单，实现方便，可靠性高；第三，由于行波管的阴极高压 电源的稳定度很高，通过电阻分压后的阳极电源，其稳定度和阴极高压电源处于同一 个水平，因此可以保证行波管工作比发生变化时，阳极电源电压保持稳定，完全可以 满足行波管的要求。

附图说明

图1为本发明的系统电路框图；

图2为本发明中电阻分压电路的电路原理图；

图3为本发明中阳极电压取样电路的电路原理图；

图4为本发明中储能滤波电路的电路原理图。

图5为本发明的系统原理分析图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于阴极高压电源分压的行波管阳极电源，包括阴极高压电源，其 负极接行波管阴极，其正极接行波管管体，该阳极电源由用于对阴极高压电源进行分 压以获取行波管阳极电源所需电压的电阻分压电路1、阳极电压取样电路2和储能滤 波电路3组成，所述电阻分压电路1的第一接线端接阴极高压电源的负极，电阻分压 电路1的第二接线端与阳极电压取样电路2的一端相连，阳极电压取样电路2的另一 端接行波管管体，电阻分压电路1的的第三接线端分别与行波管阳极、储能滤波电路 3的一端相连，储能滤波电路3的另一端接行波管管体。所述阳极电压取样电路2的 与电阻分压电路1的第二接线端相连的一端输出阳极取样电压至控制保护电路。

如图2所示，所述电阻分压电路1由至少两个电阻串联或并联组成，其中，电阻的个 数和阻值由所需的阳极电压决定。电阻R1、R2、…、Rn根据阴极电压和阳极电压的 电压值，采用多个电阻串联或者并联组成，其个数取决于所选电阻的额定功率、耐压 和阻值大小。电阻R1、R2、…、Rn中根据阳极电源电压的具体值，从多个电阻中选 取一个合适的位置接行波管的阳极。

如图3所示，所述阳极电压取样电路2由取样电阻R33、储能滤波电容C12、C22以及 稳压二极管V1组成，四者并联，其一并联端作为阳极电压取样端输出，另一并联端 接行波管管体，储能滤波电容C12的正极与稳压二极管V1的阴极相连，储能滤波电 容C12的负极与稳压二极管V1的阳极相连。阳极电压取样电路2的作用是对阳极电 源电压进行电压取样，作为系统保护和指示信号。电阻R33和电阻分压电路1中的电 阻R1、R2、…、Rn-1共同对阴极高压电源进行串联分压，选择合适的电阻R33可获 得需要的阳极取样电压；储能滤波电容C12和C22的作用是对取样电压进行储能和滤 波，滤除电压尖峰和毛刺，减少干扰，稳压二极管V1的作用是当取样电压因意外情 况过大后，可以将电压进行钳位，防止对后面电路造成损坏。

如图4所示，所述储能滤波电路3由至少两个高压电容串联或并联组成，为保证可靠 工作，串并联后总高压电容的额定工作电压大于阳极电源电压的1.4倍以上。所述储 能滤波电路3包括电容C1、C2…、Cn，n≥1，根据阳极电压的电压值，采用多个电容 串联或者并联组成，电容的个数取决于所选电容的耐压和容值大小，电容的工作电压 根据阳极电源所需电压选取。

如图5所示，电阻R11为图2中电阻R1、R2、…、R_n-x-1串联后的总电阻，图5中R22 为图2中的电阻R_n-x…、Rn串联后的总电阻，图5中，虚线框内为行波管阴极K、阳 极A和管体B极间等效电路，其中Ek为阴极电源，Rka和Cka分别为行波管阴极和阳 极间的绝缘电阻和分布电容，Rab和Cab分别为行波管阳极和管体间的绝缘电阻和分 布电容，通常，行波管各极间绝缘电阻Rka、Rab大于1000MΩ，而极间分布电容大约 几pF，对取样电路影响很小。由于栅控或者聚焦极控制行波管的阳极电流很小，一般 为几十微安至上百微安，因此，为方便分析，可以忽略各极间绝缘电阻的影响。

所述电阻分压电路1等效为电阻R11电阻R22串联组成，取阳极电压取样电路2的等 效为电阻R33，设阴极高压电源Ek的电压为Uk，阳极电源电压为Ua，则有：

$\frac{Ua}{Uk}\approx \frac{R22+R33}{R11+R22+R33}=\frac{1}{1+\frac{R11}{R22+R33}}---\left(1\right)$

设则(1)式转化为下式：

$Ua=\frac{Uk}{1+\beta }---\left(2\right)$

只要选取合适的β值，就可以得到满足要求的阳极电源电压Ua。

阳极电源电压由阴极电源电压分压获得，分压电阻R11取几十兆欧量级，采用多个电 阻串联或者并联组成，满足功耗和耐压要求，R22和R33根据阳极电压的大小选择， 为几百kΩ至几MΩ，采用多个电阻串联或者并联组成，满足功耗和耐压要求。

阳极电源电压取样的大小由图5中的电阻R33、R11、R22对阴极高压电源分压获得， 设阳极取样电压为Us，则其大小为

$Us=\frac{R33}{R22+R33}Ua---\left(3\right)$

选择合适的电阻R33就可以得到所需要的阳极取样电压。

综上所述，本发明利用阴极高压电源通过电阻分压的方式获得行波管阳极电源电压， 通过选取合适的电阻，可精确获得所需要的阳极电压和阳极取样电压，电路简单，使 用器件少，降低了成本，实现了电源的小型化，大大提高了整个行波管发射机的可靠 性和功率密度。