小型化寬帶行波管的可靠性試驗研究

　　本文介紹了小型化寬帶行波管可靠性壽命試驗情況。通過(guò)對初始總樣本為8支的行波管進(jìn)行實(shí)驗室長(cháng)時(shí)間同時(shí)工作，進(jìn)行累計工作時(shí)間10000h的定時(shí)結尾試驗，未出現失效情況。完成定時(shí)結尾試驗后抽取其中4支行波管繼續試驗，目標是行波管全部壽命終止，目前累積試驗時(shí)間30530h;通過(guò)數據分析的方式對該行波管的平均無(wú)故障工作時(shí)間進(jìn)行了預測。

　　隨著(zhù)近年來(lái)半導體微波/毫米波器件的發(fā)展，對行波管的市場(chǎng)占有產(chǎn)生了巨大影響，但隨著(zhù)整機系統向高頻率、高功率、高效率、高可靠性方向的發(fā)展，行波管依然能較好地滿(mǎn)足整機的新要求，因而仍然是一種重要的不可替代的微波器件。小型化寬帶行波管是行波管技術(shù)發(fā)展新的代表產(chǎn)品，具有工作頻帶寬、效率高、輸出功率密度高等特點(diǎn)，整機需求量大。

　　行波管是一種由多至數百個(gè)零件組合在一起的集成微波器件，制造工藝復雜，應用環(huán)境惡劣，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為故引起行波管故障的因素較多。整機中對小型化寬帶行波管一般的可靠性要求為“平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)大于5000h”。

　　小型化寬帶行波管研制成功已達5年以上，隨著(zhù)行波管生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步，行波管成品率保持在一個(gè)較高的水平，但專(zhuān)門(mén)針對其可靠性的試驗研究尚屬空白，缺乏可靠性試驗數據支撐，影響了整機單位使用行波管的信心。因此在這種情況下，針對小型化寬帶行波管進(jìn)行可靠性試驗研究更具有現實(shí)意義。

1、可靠性試驗原理

　　1.1、試驗方案介紹

　　試驗數據和現場(chǎng)數據是兩類(lèi)不同的可以獲得的數據形式。試驗數據是指在試驗室的條件下進(jìn)行的試驗，現場(chǎng)數據是在行波管投入使用之后所獲得的數據。試驗數據的優(yōu)點(diǎn)是數據的可靠性能夠得到保障，缺點(diǎn)是樣本小，發(fā)生故障的數據量更小，而且需要的投入比較大�，F場(chǎng)數據的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得大量的故障數據，缺點(diǎn)是這些故障數據本身的可靠性得不到保障。

　　由于小型化行波管在整機中使用的故障數據較難獲得，因此本次可靠性試驗在試驗室條件下進(jìn)行，對獲取的試驗數據進(jìn)行分析和預估MTBF。本次試驗中所采用的行波管為三級降壓收集極的小型化、高效率中功率行波管，陰極負荷2.6A/cm2，陰極工作溫度1050℃。行波管在試驗前均經(jīng)過(guò)力和熱環(huán)境試驗篩選，篩選試驗溫度為-55℃～+85℃。

　　由于寬帶行波管輸出功率最大頻點(diǎn)往往在低端，并伴隨較大的動(dòng)態(tài)螺流，是工作頻帶內最易產(chǎn)生故障的頻點(diǎn)。因此本次試驗通過(guò)將一定數量的行波管在螺流最大的低端某頻點(diǎn)連續波加電工作，利用放大器使每支行波管均工作在飽和狀態(tài)，并檢測行波管的功率輸出和螺流，采用風(fēng)冷底板對行波管散熱冷卻，底板溫度為60±5℃。

4、結論

　　本次試驗針對某小型化寬帶行波管進(jìn)行了可靠性試驗研究，通過(guò)可靠性數據統計對該行波管的MTBF進(jìn)行了預估，在60%置信度下該小型化行波管MTBF預計為33320h，在99.89%置信度下該小型化行波管的MTBF為5000h。

　　本次試驗是國內首次針對小型化寬帶行波管的可靠性試驗驗證，對于小型化寬帶行波管的推廣應用具有相當大的實(shí)際意義，截止目前為止的累積試驗時(shí)間達30530h。雖然受到條件和設備限制，本次試驗的行波管樣本數量不多，但積累了大量有效的試驗數據，整個(gè)試驗方法可行有效，試驗過(guò)程嚴謹可控，隨著(zhù)試驗中行波管無(wú)故障工作時(shí)間的繼續累積，所得到MTBF預估值愈趨向于真實(shí)值。因此本次試驗將繼續進(jìn)行，以期得到更加精確的MTBF預估值。