机械式可变滤波器的改型设计与研究

摘要

机械式可变滤波器是微波扩频通讯设备中一个非常重要的部件，其性能优劣直接影响整个通信系统的抗干扰能力。 本文在深入研究了国内外现有机械式可变滤波器的基础上，针对现有机械式可变滤波器装置存在的体积和重量大、空心杯伺服电机易堵转烧毁、温度变化易产生频漂、点位控制精度不高等缺点，改进设计了一种以小功率步进电机取代空心杯伺服电机、简化机械执行机构、采用粗细零两级位置检测确定机械零点、并在单片机运动控制系统中增加频漂补偿的机械式可变滤波器选频执行装置。 根据上述思路，本文对执行装置系统进行了总体设计，并在此基础上对该系统的主要方面进行了详细设计。在执行机构方面，以小型化为指导思想设计出了一种新结构的用于微波滤波器的机械执行机构，该机构用一个含与转子一体化转动螺杆长轴的步进电机代替伺服电机和多级减速齿轮及光电转速测量位置机构等相当一部分零部件，通过安装在步进电机螺纹轴上的同心双螺母间隙消除机构将步进电机旋转运动转化成为内导体哈夫夹紧盘上的四根内导体作直线往复运动，使整个执行机构结构非常紧凑，体积比传统执行机构减小了近1/3。在控制器方面，根据机械式可变滤波器的具体要求，本文对步进电机点位控制系统进行了软硬件设计。硬件设计方面，以LPC932A1单片机和专用集成驱动芯片为控制系统核心，外围电路简单、性能稳定可靠；设计了温度补偿电路，对温度引起的频漂进行了补偿；设计了RS232和UART通信接口，可实现不同的通信接口方式。软件设计方面，以软件实现环行分配器和控制器的部分功能，减小了硬件体积；实现了步进电机的匀速运动、加减速运动、复位、定位、温度补偿、反向间隙补偿等基本功能；提供可二次开发的运动控制函数库。可以实现机械式可变滤波器执行机构的最佳点位控制。 最后，本文对系统的实验室及现场调试情况及用户使用情况进行了说明，调试运行情况良好，交付用户使用良好，完成了预期目标。本系统采用全数字化设计，它结构紧凑、体积小、重量轻、安装维护方便、控制精度高、可靠性好、温度适用范围大。与老产品相比，改型后的机械式可变滤波器的大多数性能指标都有所提高。