本站小編為你精心準備了談接收機保護器故障數據統計分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：本文對接收機保護器的故障數據進行了統計分析，識別出接收機保護器的主要故障現象、類型及其原因，并提出了應對接收機保護器最主要故障模式“管內氣氛變化”的有效措施，為接收機保護器的可靠性提升工作提供有價值的指導。

關鍵詞：接收機保護器；故障數據統計分析；管內氣氛變化；可靠性

TR（Transmission－Receiver）管也叫氣體放電管，即收發開關，它是利用等離子體放電控制高頻能量通過或反射的一種充氣微波管，被廣泛應用于雷達收發轉換開關和接收機保護裝置［1］。在雷達發射脈沖信號期間保護接收機不受損壞，而在雷達接收回波信號時確保信號順利傳輸至接收機；此外，在相鄰發射脈沖之間，或當雷達關機時，保證接收機不受可能進入雷達天線的高功率微波輻射影響［2］。隨著近年來接收機保護器裝備需求量的不斷增長，接收機保護器在批量生產供應中暴露出一些故障現象，例如離子電流降低、駐波或損耗超差、恢復時間長、密封窗炸裂、漏過功率大等，這些故障對武器裝備交付以及使用可靠性產生了不少影響。本文對作者所在單位近六年的接收機保護器故障數據進行統計分析，識別出接收機保護器的主要故障現象，探討了故障現象對應的故障原因和解決措施，并在此基礎上，針對接收機保護器的制造和使用可靠性提升提出一些改進建議。

1故障數據統計分析

1．1接收機保護器的結構及性能

接收機保護器一般由前置預放電管、放電間隙（一級或多級）、限幅器（一級或多級）、波導和工作氣體組成（如圖1），其中前置預放電管部分是由預防腔體與石英放電管構成的，起到承受大功率和獲得短恢復時間的作用；放電間隙則是由上下相對圓錐形的固定電極、調諧電極，以及兩側的諧振膜片構成，當低功率微波信號輸入時，由于輸入窗和放電間隙處形成的場強較低，工作氣體不會產生電離，此時接收機保護器相當于一個帶通濾波器，信號可“無損”通過；當大功率微波信號（大于著火功率）輸入時，放電間隙處的強電場使工作氣體電離，甚至引起輸入窗口處工作氣體電離，形成等離子體短路面，造成輸入大功率信號“全”反射。而限幅器是由變容二極管和金屬元件組成，起到對漏過功率進一步降低的作用。表征接收機保護器電性能的主要參數如表1所示。當雷達整機處于接收狀態時，要求從目標返回的微弱回波信號能以很低的損耗通過接收機保護器進入接收機，故要求接收機保護器具有很低的電壓駐波比和總插入損耗。當雷達整機處于發射狀態時，接收機保護器內產生微波氣體放電，前窗形成等離子體短路面，將發射機的脈沖功率反射到天線而發送出去，阻止高功率脈沖進入接收機，從而保護了接收機；但仍有部分微小的脈沖功率通過接收機保護器漏到接收機，故要求接收機保護器有足夠低的漏過功率。而在發射脈沖結束時雷達處于接收狀態，要求等離子體迅速消除電離，使規定頻帶范圍內的回波信號順利進入接收機，因此幅度恢復時間直接影響著雷達的最小作用距離，要求該指標也愈小愈好［3］。除上述電性能參數外，部分接收機保護器還設置了專門監測管內工作氣體壓強的非工作特性指標“離子電流”，用以初步判斷接收機保護器內部氣體組分是否發生變化。

1．2接收機保護器的故障數據統計分析

據不完全統計，2014年至2019年，作者所在單位生產交付的接收機保護器出現439支故障成品，除去復測正常、壽命終止及用戶使用類問題，在壽命周期內因產品自身原因出現故障的接收機保護器共238支，約占故障產品總數的54．2％。故障現象主要包括離子電流降低、駐波或損耗超差、恢復時間長、密封窗炸裂、漏過功率大等，各類故障的數量及占比詳見圖2。從統計結果可知，離子電流降低問題出現最為頻繁，在故障總數中占比接近80％，其次是駐波或損耗超差問題，在故障總數中占比15．55％，其余故障現象占比不足10％。對導致上述故障的原因進一步展開分析，按故障原因所屬性質可分為工藝、設計、其他等類型，分別占故障總數的97．06％、2．52％和0．42％，其中工藝類問題是主要的故障原因，進而將每種類型的故障原因繼續向下細分，得到如圖3所示的接收機保護器故障現象及原因對應情況。統計細分后的每種故障原因對應的故障產品數量，如表2所示，可知管內氣氛變化是最主要的故障原因，即接收機保護器最主要的故障模式在故障總數中占比超過90％，其余故障模式，如連接長度設計、電鍍、變容器位置等問題，總占比僅5％左右。對管內氣氛變化發生的原因進一步分析，知其是因管內外壓差不同，存在一些細小的管狀孔洞，造成外部氣體逐漸地進入管內，使產品內部的氣體慢慢發生改變。一般分為材料漏氣和工藝漏氣，其中有缺陷的材料漏氣發生的可能性很低，本文統計的該類故障均是由制管工藝不足導致漏氣造成的。一般對接收機保護器的設計壽命定為5年，使用年限超過5年的故障產品可以看作壽命終止。由表3可知，在正常的壽命周期內，第一年出現管內氣氛變化的故障概率較低，前三年出現該類故障的概率占該類故障總數的40％左右，而第四年發生該類故障的概率最大，占比超過該類故障總數的一半，隨著裝備系統的需求不斷上升，接收機保護器的交付數量也逐年增加。由于設計或工藝的局限性，產品故障時有發生，但隨著認識的深入及技術的迭代更新，質量控制水平也在不斷提高。2014年以來發生故障的產品，其生產年份在2003年至2019年的時間范疇內呈現一定的規律性分布。按故障的出現年份及生產年份劃分，分別統計故障產品數量與發生年份和生產年份的對應情況，如圖4和圖5所示。統計結果表明，接收機保護器的故障數量隨時間的發展，整體上呈現逐年波動下降的趨勢，與對產品故障機理認識深入程度、質量控制措施落實完善程度的螺旋式上升規律相對應。從故障發生年份的角度分析，2015年出現的故障數量最多，占比接近故障管總數的一半，其故障產品主要為2011年的生產批；其次是2018年的故障數量，占比接近30％，故障產品則主要為2016年的生產批；兩個年度的故障數量突出與某型接收機保護器離子電流下降的批次性問題直接相關。2016年以后生產的接收機保護器故障數量再次逐年下降，反映出針對故障原因制定的糾正措施的有效性。

2接收機保護器的可靠性水平提升措施

接收機保護器正常工作的必要條件是管內維持合適的氣體組分和壓力，如果出現管內氣氛變化，即管內的氣體組分和壓力變化，將導致工作氣體著火功率增加甚至不“著火”，入射功率直接通過，超過半導體限幅器的承受能力后燒毀限幅器。對接收機保護器故障現象及原因的統計分析結果表明，管內氣氛變化正是接收機保護器最主要的故障原因（占比90％以上）。在接收機保護器的長期研制生產中，積累了一些應對管內氣氛變化問題的有效措施，并經實踐證實可降低故障概率，提升接收機保護器的可靠性水平。（1）改進諧振窗封接工藝。接收機保護器由金屬波導管、金屬電極、陶瓷窗片等零件通過焊接而成，焊接處理不當將會產生漏孔，其中諧振窗的封接工藝是保證氣密性的薄弱環節。接收機保護器的焊接方式一般有軟焊和硬焊兩種，其中軟焊采用的是焊錫（輔以助焊劑）在一定的溫度下對封接處進行焊錫封接，硬焊采用金屬焊料在氫爐內高溫封接，硬焊相較于軟焊，具有封接面潔凈度高、硬度高、漏率低和壽命長等特點。建議將諧振窗的封接工藝由軟焊改為硬焊，并提高諧振窗內密封片的表面光潔度或增加易焊鍍層，優化封接面結構設計，可提高諧振窗封接的氣密性，大大降低接收機保護器的漏氣率。（2）改進氚的充入方式。氚作為接收機保護器提供初始電子的主要氣體，在接收機保護器工作期間起著重要作用。建議將對氚靶片進行高頻烘烤向管內釋放氣態氚的方式，改為在接收機保護器腔體側壁固定氚鈦靶（吸附有氚的鍍有高純鈦的不銹鋼底板）提供氚的方式，可降低氣態氚被管壁吸附或從焊接面滲出的不穩定性，延長氚的持續供應時間。（3）加嚴產品的高低溫貯存篩選要求，增加儲存周期，提高管內氣氛變化產品的剔除率；或在產品裝機前進行必要的復測，通過觀察參數的變化來剔除故障產品。

3結束語

接收機保護器是開關管應用中一個非常重要的領域，隨著雷達裝備量的提升，接收機保護器的使用數量也大幅度增加，提高接收機保護器的批生產可靠性具有十分重要的意義。本文介紹了近幾年接收機保護器使用過程中出現的故障情況，從設計、工藝等角度對故障產生的原因及控制措施進行了統計分析，識別出接收機保護器的主要故障模式———管內氣氛變化，最后，從設計及工藝、篩選檢驗等方面提出了改進建議，供接收機保護器的設計者和生產者參考，以不斷提升接收機保護器的可靠性水平。

作者：薛靜 龐月嬋 王茹楠 單位：北京真空電子技術研究所