基于MCU+CPLD控制系统的高性能栅控行波管发射机设计

摘要

本文所研制的发射机主要应用对象是某远程炮位侦察校射雷达。该雷达为车载系统,对发射机在功率、体积和重量等多方面都有着严格的要求。在发射机的研制过程中对控制检测系统、脉冲调制器和行波管高压电源等组合在电路形式设计和结构工艺上都采取了相应的措施,使得性能、体积和重量都能满足发射机系统的要求。
　　栅控行波管发射机主要由微波放大链、高压电源、脉冲调制器、控制检测单元和冷却系统等组成。本文依据炮位侦校雷达的设计要求,对大功率高性能栅控行波管发射机展开了深入研究。本文重点分析了高性能栅控行波管发射机各个部件的主要功能和指标要求,着重设计了高性能栅控行波管发射机的控制检测系统、行波管高压电源和脉冲调制器。
　　为本发射机设计的发射机控制检测系统电路以MCU为核心,以可程序设计逻辑器件(CPLD)集成外围逻辑电路及进一步扩展 I/O接口、中断功能、定时功能组成的计算机控制型监控电路,有效提高了电路灵活性,减小了电路规模。脉冲调制器采用了脉冲形成电路和开关电路高低压分离的设计方法,调制器所用偏压电源采取高频开关电源的形式,提高了调制器的性能和可靠性;脉冲调制器高压部分采用高压绝缘胶灌封的方式,减小了调制器的体积和重量。设计的脉冲调制器占空比和脉宽连续可调、重复频率最高可达100kHz。行波管高压电源电路设计采用了 PWM全桥移相零电压零电流软开关变化技术,有效的提高了高压电源的效率,不仅功率容量可以做大,而且效率高、开关噪声小、电磁兼容性好,电路的稳定性可靠性好;结构上采用干式固态绝缘高压灌封技术减小了高压电源的体积。
　　为了适应现代战争的需要,雷达系统的小型化是一个重要的发展方向,因此发射机系统在电路和结构上精心设计以满足雷达系统的要求。研制的控制检测系统、脉冲调制器和行波管高压电源不仅在性能上满足发射机指标要求,在体积和重量上也达到了设计指标。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 发展现状及应用前景

1.3 本论文的主要研究工作

第二章 发射机系统组成和各单元功能指标要求

2.1 发射机系统功能简介

2.2 发射机系统组成

2.3 主要技术指标和功能要求

2.4 本章小结

第三章 基于MCU+CPLD的发射机控制检测系统

3.1 控制检测系统简介

3.2 控制检测系统架构

3.3 控制检测系统和中心机的通讯功能

3.4 发射机系统故障分类及故障在线检测说明

3.5 控制检测系统设计中注意的几个问题

3.6 本章小结

第四章 控制检测系统软件设计

4.1 控制软件功能说明

4.2 软件结构

4.3 基本数据结构说明

4.4 控制软件程序设计分析

4.5 软件单元详细设计

4.6 基于CPLD占空比检测电路设计

4.7 本章小结

第五章 高压电源和脉冲调制器的设计研究

5.1 发射机系统中电源和调制器的组成及作用

5.2 栅控行波管高压电源的设计分析

5.3脉冲调制器设计

5.4 本章小结

第六章 控制界面和测试结果

6.1 控制界面

6.2 发射机系统测量结果

第七章 结 论

7.1 本文的主要贡献

7.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

攻硕期间取得的研究成果