[發明專利]高電位差環境下進行信號傳輸及高壓隔離的裝置及方法

無效

• 申請號: 201010100965.X
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN101794505A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 高進;陸兆輝;劉文利;張瑋;齊新云
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第八研究所
• 主分類號: G08C23/06
• 分類號: G08C23/06;G01S7/40;G01S7/28
• 代理公司: 信息產業部電子專利中心 11010
• 代理人: 梁軍

技術領域

本發明涉及電學和光學領域，特別是涉及一種在高電位差環境下進行信號傳輸及高壓隔離的裝置及方法。

背景技術

雷達是現代化科技、軍事裝備中不可缺少的重要手段和武器裝備。在雷達發射機中，為了產生需要的射頻功率輸出，需要使用行波管。行波管保證發射機能夠發出足夠的微波功率信號，是實現雷達功能的不可替代的核心部件。行波管在負高壓上工作，并且在負高壓上產生極性不同的偏置電壓，同時需要有燈絲電源，以及調制器對行波管偏置電壓進行控制。在上述部件的共同工作下，行波管將輸入的小功率微波信號放大，產生足夠高的功率輸出。

對于行波管來說，上述電源部件工作狀態的正常與否，直接影響雷達發射機整機系統的性能。如果偏置電壓工作參數不正確，沒有在給定的范圍內工作，將使雷達發射機無法發出額定的微波功率信號，從而導致無法準確探測目標，完成警戒任務；如果燈絲電源工作不正常，產生故障，甚至會使雷達失去微波發射功能，造成雷達癱瘓，給作戰和指揮帶來重大安全隱患。在有些雷達發射機中，為了實現精確的目標搜尋和定位，需要精確地控制行波管上的偏置電壓，其偏置電壓的穩定性與雷達發射機的許多關鍵技術指標有著密切的聯系，如相位靈敏度、幅度靈敏度和頻譜純度。當偏置電壓不穩定時，不僅相位靈敏度、幅度靈敏度和頻譜純度等技術指標會變差，導致雷達發射機的性能下降，而且，當偏置電壓變化過大時，還可能會導致散焦、自激振蕩、打火和擊穿現象，使雷達發射機損壞，造成重大損失。

因此，在雷達發射機的工作狀態下對行波管偏置電源、燈絲電源和調制器等電源部件的工作狀態和工作參數進行實時檢測顯得尤為重要。由于行波管工作時處于負高壓，電壓高達數十千伏，而行波管工作時需要的正偏電壓、負偏電壓以及燈絲電源都懸浮在負高壓上，給這些部件參數的檢測和傳輸帶來困難。特別是現代化的軍事用途雷達，由于探測距離和探測精度的不斷提高，需要越來越大的發射功率，行波管的工作電位也隨之提高，達數十千伏，給行波管的工作參數檢測帶來更大的困難。

在目前國內的雷達發射機設計中，受高壓電位的影響，一般只在調試時用高壓棒或模擬電壓表對行波管電源的參數進行簡單檢測，在調試完畢投入使用后便不再對其進行測試，因而工作狀態下各電源參數的具體情況無從了解。

由于高電位的特殊性，在雷達發射機中，行波管工作時的各種電參數的實時檢測一直是個難題。一方面，在大功率的雷達發射機中，必須使用行波管產生足夠的功率輸出，行波管作為重要部件發揮著不可替代的作用；另一方面，由于行波管工作時所處的高電位差，對它的工作狀態和工作參數的檢測和傳輸難以實現，也就缺乏了對其進行實時監測和控制的手段，使雷達發射機在工作時不能處于完全受控狀態，降低了設備的可靠性，增加了設備發生故障的風險。因此，如何實現雷達發射機中行波管工作時參數的實時檢測、傳輸成為亟待解決的問題，迫切需要一種在檢測傳輸信號性能和高壓隔離性能方面都有良好性能的高隔離電位信號檢測傳輸方式。

在國內高壓隔離電源設計領域中，有利用光纖實現高壓電源模擬電壓檢測、傳輸的應用。主要原理是在高壓端采用壓頻變換原理將電壓信號轉換為頻率信號，并對頻率信號進行電光轉換轉換為光信號傳輸。在低壓端，再將光信號轉換為電信號，將頻率信號恢復為電壓信號，從而實現檢測、傳輸。這一方式的工作原理示意圖如圖1所示。

在高壓端，模擬電壓信號經信號輸入電路輸入，送入信號調理電路處理后，使用壓頻變換器件將電壓信號轉換為頻率信號。該信號的頻率高低，對應著電壓信號的大小。該頻率信號經光調制后，轉換為光信號送入光纖傳輸至低壓端。在低壓端，光接收電路接收光信號，進行光電轉換，將光信號轉換為電信號，并進行頻率解調，恢復為電壓信號進行輸出。在上述過程中，主要進行了四次轉換過程。第一次，是將低壓電信號轉換為電頻率信號；第二次，將電頻率信號轉換為光信號；第三次，將光信號轉換為電頻率信號；第四次，將電頻率信號恢復為電壓信號。

對于觸發脈沖信號的傳輸，在目前的雷達發射機中，均采用隔離變壓器實現觸發脈沖信號的傳輸。主要方法是將觸發脈沖信號送入一個帶有磁芯和線圈的隔離變壓器的初級線圈輸入端子，利用磁芯和線圈的電信號耦合作用，將電脈沖信號耦合到隔離變壓器的次級線圈輸出端子。通過增加初級線圈與次級線圈之間的距離實現初級與次級之間的電壓隔離，從而實現脈沖信號的傳輸。

上述利用壓頻變換原理和光纖傳輸實現模擬電壓信號檢測和傳輸的方法存在以下幾個缺點：