小型化宽带行波管的可靠性试验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京真空电子技术研究所 作者:王 伟

  本文介绍了小型化宽带行波管可靠性寿命试验情况。通过对初始总样本为8支的行波管进行实验室长时间同时工作,进行累计工作时间10000h的定时结尾试验,未出现失效情况。完成定时结尾试验后抽取其中4支行波管继续试验,目标是行波管全部寿命终止,目前累积试验时间30530h;通过数据分析的方式对该行波管的平均无故障工作时间进行了预测。

  随着近年来半导体微波/毫米波器件的发展,对行波管的市场占有产生了巨大影响,但随着整机系统向高频率、高功率、高效率、高可靠性方向的发展,行波管依然能较好地满足整机的新要求,因而仍然是一种重要的不可替代的微波器件。小型化宽带行波管是行波管技术发展新的代表产品,具有工作频带宽、效率高、输出功率密度高等特点,整机需求量大。

  行波管是一种由多至数百个零件组合在一起的集成微波器件,制造工艺复杂,应用环境恶劣,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为故引起行波管故障的因素较多。整机中对小型化宽带行波管一般的可靠性要求为“平均无故障工作时间(MTBF)大于5000h”。

  小型化宽带行波管研制成功已达5年以上,随着行波管生产工艺的不断进步,行波管成品率保持在一个较高的水平,但专门针对其可靠性的试验研究尚属空白,缺乏可靠性试验数据支撑,影响了整机单位使用行波管的信心。因此在这种情况下,针对小型化宽带行波管进行可靠性试验研究更具有现实意义。

1、可靠性试验原理

  1.1、试验方案介绍

  试验数据和现场数据是两类不同的可以获得的数据形式。试验数据是指在试验室的条件下进行的试验,现场数据是在行波管投入使用之后所获得的数据。试验数据的优点是数据的可靠性能够得到保障,缺点是样本小,发生故障的数据量更小,而且需要的投入比较大。现场数据的优点是可以获得大量的故障数据,缺点是这些故障数据本身的可靠性得不到保障。

  由于小型化行波管在整机中使用的故障数据较难获得,因此本次可靠性试验在试验室条件下进行,对获取的试验数据进行分析和预估MTBF。本次试验中所采用的行波管为三级降压收集极的小型化、高效率中功率行波管,阴极负荷2.6A/cm2,阴极工作温度1050℃。行波管在试验前均经过力和热环境试验筛选,筛选试验温度为-55℃~+85℃。

  由于宽带行波管输出功率最大频点往往在低端,并伴随较大的动态螺流,是工作频带内最易产生故障的频点。因此本次试验通过将一定数量的行波管在螺流最大的低端某频点连续波加电工作,利用放大器使每支行波管均工作在饱和状态,并检测行波管的功率输出和螺流,采用风冷底板对行波管散热冷却,底板温度为60±5℃。

4、结论

  本次试验针对某小型化宽带行波管进行了可靠性试验研究,通过可靠性数据统计对该行波管的MTBF进行了预估,在60%置信度下该小型化行波管MTBF预计为33320h,在99.89%置信度下该小型化行波管的MTBF为5000h。

  本次试验是国内首次针对小型化宽带行波管的可靠性试验验证,对于小型化宽带行波管的推广应用具有相当大的实际意义,截止目前为止的累积试验时间达30530h。虽然受到条件和设备限制,本次试验的行波管样本数量不多,但积累了大量有效的试验数据,整个试验方法可行有效,试验过程严谨可控,随着试验中行波管无故障工作时间的继续累积,所得到MTBF预估值愈趋向于真实值。因此本次试验将继续进行,以期得到更加精确的MTBF预估值。

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