空间行波管加速寿命试验评估技术规范-编制说明

中国电子学会

中国电子学会团体标准

《空间行波管加速寿命试验评估技术规范》编制说明

一、工作简况

1、任务来源

《空间行波管加速寿命试验评估技术规范》标准制定是2021年中国电子学会团体标准计

划项目之一，计划号：JH/CIE206-2021，由中国电子学会可靠性分会提出，由中国电子学

会可靠性分会归口，主要承办单位为工业和信息化部电子第五研究所。项目起止时间：

2021.12-2022.12。

2、主要工作过程

2021年12月，成立了编制组，编制组成员包括长期从事空间行波管寿命试验研究的技术

人员和试验成员，以及具有多年国标编制经验的标准化专家。

2022年1月-2022年3月，编制工作组讨论稿，内部召开讨论会，修改、完善标准内容并

开展必要的标准验证试验，形成了标准的征求意见稿，并编写编制说明。

3、标准编制的主要成员单位及其所做的工作

本标准由工业和信息化部电子第五研究所主编，主要工作包括相关标准和文献调研、标

准技术点研究、标准编制以及意见征集。

二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题

1、编制原则

参照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》进行标

准编制。

2、确定标准的主要内容和框架

标准中对于测试仪器设备、试验方法、试验程序、数据处理等主要内容的规定都来自于

大量的文献调研和编制组长期的测试经验。本标准的结构和内容框架包括：（1）范围；（2）

引用文件；（3）术语和定义；（4）一般要求；（5）空间行波管电子枪短管加速寿命试验

评价方法；（6）评价报告；（7）附录A：《可靠性试验用表》中位秩表（％）。

3、编制过程中解决的主要问题

编制过程中需要解决的主要问题包括：

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（1）明确标准的适用范围。由于空间行波管发射成本高，一经启用则维护修理困难，

因此对于空间行波管来说，寿命是其重要指标，而有着时间短成本低的特点的加速寿命试验

是评估空间行波管寿命的一种有效手段。空间行波管的可靠性和寿命在很大程度上取决于阴

极的可靠性和寿命，而核心电子器件空间行波管的阴极为热阴极结构，其工作原理决定了其

工作寿命与工作温度有关，所以目前国内外的空间行波管的寿命评价均以提高工作温度的阴

极加速试验评价为主，但目前为止还没有形成一个统一、规范的评价方法。因此，为了对这

类术复杂、成本高、长寿命指标的真空器件的加速寿命试验及评估做出规范化的约定，本文

限定了标准的适用范围为核心电子器件空间行波管。

（2）在“一般要求”中确定寿命试验类型、寿命指标的确定方式及试验的一般要求。由

于空间行波管电子枪短管加速寿命试验评价的原理为对其中的电子枪施加比正常工作时更

高的电压，从而提高其工作温度，并对不同工作温度下的电子枪电流进行监测，其余要求均

参照正常空间行波管静态工作的要求执行，最后以监测获得的数据为依据进行寿命评价。根

据该测试原理确定了试验的一般要求按照待测型号空间行波管详细规范中的规定。

（3）在“空间行波管电子枪短管加速寿命试验评价方法”中确定空间行波管电子枪短管

加速寿命试验的温度应力选择方式、寿命终了判定方式、试验程序与评价方法等。由于在加

速寿命试验中需要获得足够的试验数据方可完成准确可信的寿命评价，因此在空间行波管阴

极工作温度～1140℃之间选取3个以上的，相互间隔保持15℃以上的温度点，并为每个温度

点选取不少于3只样品进行试验。并据此确定了空间行波管电子枪短管加速寿命试验评价程

序为寿命试验准备、寿命试验抽样、搭建空间行波管电子枪加速寿命试验技术平台、开展寿

命试验、电子枪短管寿命分析与评价。

三、主要试验[或验证]情况分析和预期达到的效果

编制组以空间行波管电子枪短管为对象，开展了空间行波管加速寿命试验评估，验证了

本标准规定的空间行波管加速寿命试验评估方法和程序的可行性。

依据规范中提及的试验方法，选择三组空间行波管阴极进行试验，获得加速温度应力

下（1020℃、1060℃、1100℃）的寿命试验数据。

（1）利用线性拟合方法预估各组试验样品的中位寿命

a）样品发射电流下降为10%时的寿命预推

目前除1100℃下45号样品已发生失效外，其余样品全部仍在退化中，尚未或接近失

效。因此，若要对该组试验进一步分析，就需要对尚未失效的样品进行寿命预估。采用最

小二乘法对每个试验样品数据进行线性拟合，外推试验样品阴极发射电流下降为10%时的

寿命，每只样品的预估寿命，见表1。

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表1温度应力组加速寿命试验样品预估寿命表

目前运行线性拟合

工作温度/℃样品号目前状况

时间/h预估寿命时间/h

17退化3%31463148540

19后期上升，退化4%31445108679

102020早期上升，退化1%31463221932

33退化理想，退化4%3039964276

39退化趋势不稳定，退化4/p>

35退化理想，退化约8%3085846116

37退化3%30763121498

106038早期上升，退化1%30552139515

40退化6%3032776282

41退化理想，退化2%2668290339

42退化理想，退化7%2868446860

43退化理想，退化7%2886938242

110044退化理想，退化约6%2925868980

45寿命终了2759227121

48退化9%，后期上升2904630795

同时，对三组温度组每个样品的拟合曲线的拟合优度进行了检验。上表中，根据试验

数据采用最小二乘法拟合45号样品的预估寿命，与其试验实际得到的寿命误差仅471h，

考虑到试验系统等导致的试验误差的存在，我们采用最小二乘法进行寿命预估是可行的。

表2在工作温度1020℃下寿命试验的拟合优度检验

样品号17#19#20#33#39#

a-6.9578e-5-8.7547e-5-4.9103e-5-1.6346e-4-9.0672e-5

b1.0033e29.9515e11.0090e21.0051e29.9396e1

SSE5.87882.5508e12.1644e13.8858e15.8142e1

S3.2995e-17.0039e-16.3905e-18.9974e-11.4159

e

27.8790e-15.7285e-13.3447e-17.3251e-11.1041e-1

R

R0.88760.75690.57830.85590.3323

表3在工作温度1060℃下寿命试验的拟合优度检验

35#37#38#40#41#

a-1.9111e-4-8.5041e-5-1.0089e-4-1.5791e-4-1.2962e-4

b9.8814e11.0033e21.0408e21.0205e21.0171e2

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SSE2.6881e12.7150e15.5427e16.8675e12.0647e1

S7.5627e-17.6004e-11.12241.20886.8502e-1

e

28.4038e-15.0567e-13.9052e-15.7922e-16.7867e-1

R

R0.91670.71110.62490.76110.8238

表4在工作温度1100℃下寿命试验的拟合优度检验

42#43#44#45#48#

a-2.0239e-4-2.4038e-4-1.4039e-4-4.5849e-4-2.5493e-4

b9.9484e19.9193e19.9684e11.0243e29.7851e1

SSE3.1010e13.8113e12.79753.7219e14.4900e1

S8.5927e-19.5261e-12.5507e-11.04631.0102

e

28.0531e-18.2510e-19.5783e-19.3151e-18.2234e-1

R

R0.89740.90840.97870.96510.9068

b）中位寿命

将以上寿命分布情况统计（见表5），绘制出各温度应力下的累积失效率分布图，并

根据累积失效率分布图计算该温度点下的中位寿命值。由于每组样品数为5只，当样品容

量n≤30时，中位秩可作为累积失效概率F(t)的估计值。当n＝5时，查中位秩表可得失效

概率分布可为12.96％、31.381%、50%、68.619%、87.066，当50％失效的时间即为中位

寿命。

表5温度应力组寿命分布表

工作温度/℃失效顺序样品号累积失效率/%预估/试验寿命/h

13312.94664276

23931.381103625

102031950.000108679

41768.619148540

52087.066221932

13512.94646116

24031.38176282

106034150.00090339

43768.619121498

53887.066139515

14512.94627121

24831.38130795

1100

34350.00038242

44268.61946860

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工作温度/℃失效顺序样品号累积失效率/%预估/试验寿命/h

54487.06668980

图1为1020℃时样品的累积失效率分布图，将样品的失效信息描点后根据最小二乘法

拟合，可以求出该组样品的中位寿命。由线性拟合得到，失效百分比和时间的关系为：

F(t)=0.0010148t--57.708

所以，1020℃下，阴极寿命的中位值t50（F（t）=50%）=106137h

图11020℃寿命试验累积失效率分布图

图2为1060℃时样品的累计失效率分布图，将样品的失效信息描点后根据最小二乘法

拟合，可以求出该组样品的中位寿命。失效百分比和时间的关系为：

F（t）=0.0012017t-45.338

所以，1060℃下，阴极寿命的中位值t50（F（t）=50%）=79335h

图21060℃寿命试验累积失效率分布图

图3为1100℃时样品的累计失效率分布图，将样品的失效信息描点后根据最小二乘法

拟合，可以求出该组样品的中位寿命。失效百分比和时间的关系为：

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F（t）=0.0014266t-11.493

所以，1100℃下，阴极寿命的中位值t50（F（t）=50%）=43105h

图31100℃寿命试验累积失效率分布图

通过单只样品的寿命预估，我们求出了各温度应力试验下的样品的中位寿命，见表6

所示。

表6温度应力组中位寿命统计表

工作温度/℃102010601100

中位寿命/h1061377933543105

（2）利用三组中位寿命估计Arrhenius方程的活化能，并做检验

下面仅先对1020℃、1060℃与1100℃这三组数据点进行激活能的计算与常温工作条

件下的寿命预估，三组试验结果如表7所示，由此结果根据恒定应力加速寿命试验结果使

用Origin软件可画出图4。图中直线是根据已知的三个数据点用最小二乘法拟合而成，表

示成y=a+bx。经计算y＝-3.7772+19.919x。

表71020℃、1060℃与1100℃三组温度寿命数据

阴极工作温度/℃样品数中位寿命50%/h

10205106137

1060579335

1100543105

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图41020℃、1060℃与1100℃三组数据点Arrhenius图

对于拟合方程：

1000

y＝−+×3.777219.919

T

其中，y==−=ln(ta),3.7772,b19.919

E

对比Arrhenius方程，tA=exp(a),K=8.617×10−5，取对数可得到：

KT

E

ln(tA)=ln()+a

KT

对比上述两式，可知

E

a=ln(Ab),×=1000a

K