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X波段无人机载SAR行波管发射机的研制

作　者: 徐晓荣
导　师: 皮亦鸣；孙振鹏
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 雷达发射机 行波管 高压电源 栅极调制器 CPLD/FPGA
分类号: TN124
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


随着行波管在上世纪四十年代早期被发明后,这种微波功率器件已广泛应用到雷达、电子战、遥测、通讯等诸多行业,行波管是通过将电子束动能转化为射频电磁波来实现的微波器件,它具有频带宽、增益高、效率高、体积小、重量轻、可栅控工作等一系列优点。目前尽管真空器件在很多领域已被固态器件所代替,但在SAR成像,电子对抗和卫星通信这些要求高功率,高频率,高效率和很宽带宽工作特性的应用中只有真空器件才能提供。以行波管作为末级放大器的发射机具有输出峰值功率大、相对带宽较宽、效率高等特点,因此在未来的发展中,这种发射机仍然具有很强的生命力。本文围绕一台峰值功率输出4KW、工作脉宽1μs-30μs、工作频率1KHz-2KHz变化的X波段行波管发射机的研制工作展开,从工程实践的角度介绍了发射机的主要技术,主要内容有:发射系统方案的选择和理论计算;行波管的工作原理;高压电源的设计分析;行波管辅助电源的设计,包括正负偏电源和灯丝电源,调制器的设计分析;发射系统的监控设计分析;发射机的环境适应性设计等内容。该行波管发射机用于某无人机载SAR系统,在实际的使用中,工作可靠稳定,取得了很好的效果。本课题的主要关键技术:1、基于串联谐振的高压电源的设计分析;2、基于MOSFET开关的栅极调制技术;3、基于CPLD/FPGA的发射监控系统应用技术研究;4、发射机的环境适应性设计分析本课题的主要创新之处:1、成功地研制出了一款能在高空工作的X波段大功率(4KW)无人机载SAR发射机;2、有效地解决了无人机载SAR发射机面临的体积小,重量轻,高可靠性以及高空低气压下的绝缘和散热等设计难题;3、提高了研制机载发射系统的能力,为后续的相关产品的开发打下了基础

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 论文研究背景简介  10-12
    1.1.1 研究的意义  10-11
    1.1.2 研究的目标  11-12
  1.2 无人机载SAR 雷达发射机的国内外发展动态  12-13
    1.2.1 国外发展动态  12
    1.2.2 国内发展动态  12-13
  1.3 本论文的主要工作与创新  13-14
    1.3.1 主要完成的工作  13-14
    1.3.2 工作的创新之处  14
  1.4 各章内容简介  14-16
第二章 系统总体架构  16-20
  2.1 系统方案的选择  16-18
    2.1.1 固态发射机方案  16-17
    2.1.2 真空管发射机方案  17
    2.1.3 MPM 方案  17
    2.1.4 方案的确定  17-18
  2.2 主要技术指标和理论计算  18-19
    2.2.1 理论计算  18
    2.2.2 发射机各级电源纹波和稳定度的分配  18-19
  2.3 系统构成  19-20
第三章 行波管  20-28
  3.1 引言  20
  3.2 行波管的主要组成部分  20-25
    3.2.1 电子枪  21-22
    3.2.2 慢波电路  22-23
    3.2.3 收集极  23-25
    3.2.4 封装  25
  3.3 基本理论  25-28
第四章 基于串联谐振的高压电源的设计分析  28-39
  4.1 高压电源方案的考虑  28-29
    4.1.1 几种变换器型式的比较  28
    4.1.2 拓扑选择  28-29
  4.2 工作原理  29-35
    4.2.1 串联谐振变换器的工作原理  29-30
    4.2.2 数学分析（分析建立在0.5  30-35
  4.3 参数设计  35-38
    4.3.1 串联谐振变换器L、C 参数的选取  35-37
    4.3.2 控制频率f_S，谐振频率f_0 的选取  37-38
  4.4 高压电源的电路结构  38-39
第五章 行波管辅助电源和调制器的设计分析  39-51
  5.1 辅助电源的设计  39-41
    5.1.1 灯丝电源的设计  39-40
    5.1.2 调制电源的设计  40-41
  5.2 调制器的设计  41-50
    5.2.1 栅极脉冲调制器的基本拓扑  41-43
    5.2.2 控制信号的传输  43-46
    5.2.3 控制极脉冲调制器的开关选择及主电路基本连接  46-48
    5.2.4 调制脉冲的前后沿、功耗与控制电极分布电容的关系  48-49
    5.2.5 对控制电极脉冲调制器的保护要求  49-50
  5.3 电路形式  50-51
第六章 基于CPLD/FPGA 的发射监控系统应用技术研究  51-64
  6.1 CPLD/FPGA 的基本知识  51-59
    6.1.1 可编程逻辑器件的历史和概述  51-52
    6.1.2 FPGA／CPLD 概述  52-54
    6.1.3 PLD/FPGA 结构与原理  54-59
  6.2 系统构成  59-60
  6.3 电路设计  60-61
    6.3.1 过/欠压保护  60
    6.3.2 发射机开/关机程序  60
    6.3.3 故障保护设置  60-61
  6.4 高功率大电流电磁干扰环境下的电磁兼容设计  61-64
    6.4.1 屏蔽设计  61
    6.4.2 接口电路设计  61-62
    6.4.3 SMT 技术  62-63
    6.4.4 印制线路设计  63-64
第七章 环境适应性设计  64-69
  7.1 发射系统的热设计  64-65
  7.2 发射系统在高空低气压和高低温、潮湿下的高压绝缘设计  65-69
    7.2.1 打火和击穿的理论分析  65-66
    7.2.2 放电、打火的主要形式和过程  66-67
    7.2.3 引起打火的外界因素  67-68
    7.2.4 高压绝缘设计  68-69
第八章 结束语  69-70
  8.1 研制工作取得的成果  69
  8.2 遗留的问题  69
  8.3 研制工作拓展  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-72
在学期间研究成果  72-73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 真空电子技术 > 微波电子管 > 行波管
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