【摘　要】　論述了固態發射機的控制和保護系統的設計方法，介紹了VFD模塊的基本使用方法，以及它在發射機顯示中的應用。
??? 關鍵詞：固態發射機，VFD模塊，控制和保護
　　
1　引　言
　　雷達發射機技術不斷發展，固態發射機以其獨特的優越性廣泛地為各種雷達所采用。固態發射機采用了全固態晶體管作為放大器，這種器件由于電壓低，比較真空管發射機來說有很高的可靠性，其主要特點是實現了發射機系統的模塊化設計，提高了發射機的可靠性和可維護性。由于采用了多個固態放大器功率組件合成大功率輸出，個別固態放大器功率組件發生故障對整個發射輸出功率無影響，使整個發射系統仍能工作。
　　固態發射機由大量的固態放大器功率組件和開關電源構成，其數量根據發射機功率的需要，少則幾個，多則可達幾千個，一旦某一功率組件或開關電源損壞，要求發射機的控制和保護系統能迅速準確判斷故障位置，以往由數碼管單一顯示故障位號和故障總數，并且當數碼管少時功率組件和開關電源要分開顯示或輪流顯示，軟硬件設計都比較煩瑣，現在采用VFD模塊作為顯示屏，VFD模塊是真空熒光屏，顯示容量大，亮度高，接口簡單，軟硬件設計都比較簡單方便，可靠性高，且價格低，降低成本。
2　控制和保護系統硬件
　　控制和保護系統不但要實現對發射機的開關機控制，故障信號的采集和快速保護，關鍵參數的采
集，工作狀態顯示，故障顯示等功能，還必須能與雷達主控臺進行通訊，具有遙控功能和與主控臺的信息交換功能。因此，雷達發射機的控制和保護系統是非常重要的，要求能對故障響應迅速且有效地保護發射機。系統組成方框圖如圖1所示。該控制和保護系統選用了51系列單片機作核心器件，系統由51系列微處理電路、接口電路、VFD顯示模塊及通訊控制接口等組成。當固態發射機的功放組件、電源組件等發生故障時，該控保系統一是能迅速、直觀地指示出固態雷達發射機的具體故障的發生位置，二是完成與雷達主控臺的通訊聯絡。

3　控制和保護系統在固態發射機中的具體設計
　　下面以某有源相控陣雷達固態發射機的控制和保護系統為例，說明整個控制和保護系統的設計。
3．1　控制和保護系統的硬件設計
　　該發射機控制和保護系統檢測固態功率組件N個，開關電源組件N個，還需檢測輸出總功率低，輸出駐波大，前級脈沖過寬和過工作比故障，冷卻故障，前級放大器A路和B路是否工作正常。該系統由一塊CPU控制板，兩塊接口板，一塊雙工控制板組成。接口板數量還可以根據具體情況增加。工作原理框圖見圖2。
　　其檢測量大，要求速度快，實時性強為了解決高速通用與設備量之間的矛盾，選用大規模數字信號處理芯片EPLD作為故障處理的核心。
　　CPU控制板由51系列單片機、EPLD和通訊芯片組成。EPLD具體完成譯碼、片選、分頻和數據鎖存等功能。具體工作過程為：故障信息采集后，用光耦隔離后再送入EPLD的I／O接口，后經I／O接口送給51系列單片機，經單片機處理后把所需顯示的數據經EPLD的I／O接口送入VFD模塊顯示。雙工控制板主要完成發射機的兩路前級放大器的自動轉換功能，當檢測到一路前級放大器發生故障時自動轉到另一路工作。通訊部分接收主控臺的開關機命令，上報發射機的工作狀態和全部故障信息。
　　實際使用VFD模塊時，可以檢測VFD模塊的BUSY信號，也可以不檢測BUSY信號，加100ns延時，同樣可以使VFD模塊正確顯示所需內容。VFD模塊的顯示亮度可以根據實際需要用軟件來進行選擇。
3．2　控制和保護系統的軟件設計
　　下面以某型號固態發射機的控制和保護系統軟件設計為例來加以說明。圖3為程序流程框圖。當控制和保護系統上電工作時，先對VFD模塊進行初始化，定義其工作初態：復位、光標不顯示、選擇所顯示字符類型。然后把定義發射機的故障位號和總數量等固定字符放在指定位置，接著進行發射機故障和工作狀態巡檢，檢測到的冷卻故障、天線駐波故障和過脈寬、過工作比故障、雙工控制器A路、B路工作狀態可以用特殊字符來顯示。發射機工作時，讀取發射功放組件和電源組件的狀態，若有故障，則在控制分機的VFD模塊上用數字顯示功放組件和電源組件的故障總數和故障位號。控制和保護系統對發射機起的控制作用如下：檢測到冷卻故障、天線駐波故障和過脈寬、過工作比故障時，迅速切斷激勵信號，保護發射機；控制發射機的前級放大器，當檢測到無激勵信號時，使雙工控制器保持在A路工作，當有激勵信號且A路故障時，自動切換到B路工作。以上控制保護發生時，控保護系統除顯示故障信息外，還將故障信息上報主控臺，保留相關故障數據，便于事后故障分析研究與處理。
　　遙控開發射機時，控保系統接收到開機命令時，自動控制開冷卻，加激勵使發射機工作。
4　該控制和保護系統的優越性
　　傳統的發射機的控制和保護系統使用數碼管顯示功率組件和開關電源的故障位號和故障總數，其他故障如駐波保護、過脈寬和過工作比保護、冷卻故障等只能用發光二極管來指示，顯示單一，功耗大，硬件設計復雜且修改性差，分機面板元件繁多，人機界面差。
　　本控保系統采用VFD模塊作顯示屏，可以使固態發射機所有的故障狀態都能直觀顯示，硬件設計簡單化，分機面板只需一塊尺寸為7cm×13．5cm的顯示屏。
??? VFD模塊系統原理見圖4。該模塊具有自檢和上電復位功能，具體見表1。
　　VFD模塊具有以下特點：與51系列單片機并行連接，用20芯扁平電纜連接比較方便；電源僅需直流＋5V，最大電流1A；能顯示121種字符，選擇
性強；顯示屏亮度可以通過軟件設置進行選擇；字符采用5×7點陣顯示，共4行，每行顯示20個字符。VFD模塊中信號工作時序關系見圖5。
　　圖5中，TPW為WR的脈沖寬度最小為50ns；
TEXE為VFD模塊顯示完成時間最大為750μs，該時間段內不能接收數據信息；／SEL為VFD模塊設置顯示時間最小為100ns。
5　結束語
　　固態發射機的控制和保護系統，采用EPLD和VFD模塊進行設計。簡化了設計、提高了系統可靠性，可以使發射機控制和保護系統實現模塊化設計，向通用化、標準化、系列化進軍，這樣可以大大縮短研制設計周期，適應科研生產的發展需要。
　　以上固態發射機控保系統因其設計簡單可靠，工作穩定，已在多個產品中廣泛應用，并得到用戶的一致好評。

1　孫育才．MCS－51系列單片微型計算機及其應用．南京：東南大學出版社，2000，3