一種上位機(jī)控制多工作模式的連續(xù)可調(diào)超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種上位機(jī)控制多工作模式的連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)，屬于微波通訊技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括可調(diào)超導(dǎo)濾波器、及頻率控制電路，還包括低溫真空杜瓦、制冷機(jī)及其溫度控制電路，以及上位機(jī)，所述頻率控制電路由可編程單片機(jī)和DA模塊組成；該可調(diào)超導(dǎo)濾波器置于低溫真空杜瓦中，制冷機(jī)與低溫真空杜瓦相連，所述可調(diào)超導(dǎo)濾波器與頻率控制電路相連，上位機(jī)通過(guò)串口與頻率控制電路進(jìn)行通信，所述的可調(diào)超導(dǎo)濾波器采用連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器。本發(fā)明在系統(tǒng)具有模塊化，易于與其他設(shè)備級(jí)聯(lián)，工作狀態(tài)穩(wěn)定等特點(diǎn)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了中心頻率的連續(xù)實(shí)時(shí)可調(diào)，而且工作模式可根據(jù)用戶需求，進(jìn)行擴(kuò)展和更改，增強(qiáng)了系統(tǒng)工作模式的多樣性和靈活性。
【專利說(shuō)明】一種上位機(jī)控制多工作模式的連續(xù)可調(diào)超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波通訊設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種上位機(jī)控制多工作模式的連續(xù)可調(diào)超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻接收前端子系統(tǒng)在各種軍用和民用通信系統(tǒng)中都起著至關(guān)重要的作用。其技術(shù)指標(biāo)和特性是整個(gè)通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。其中若濾波器中心頻率可調(diào)，對(duì)于整個(gè)通信系統(tǒng)的帶內(nèi)抗干擾能力和工作模式的靈活性都有極大提升，在通信系統(tǒng)工作頻率變化的情況下，依然能實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波和放大對(duì)于現(xiàn)代通信系統(tǒng)至關(guān)重要，現(xiàn)今日趨緊張的頻譜資源，跳頻、動(dòng)態(tài)頻率分配等技術(shù)的需求也越來(lái)越迫切，在射頻接收前端子系統(tǒng)中的連續(xù)可調(diào)接收系統(tǒng)的研制，特別是其中的可調(diào)濾波器系統(tǒng)越來(lái)越受重視。
[0003]高溫超導(dǎo)材料因其表面電阻幾乎為0，極高的品質(zhì)因數(shù)(Q值)。自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已經(jīng)被廣泛用于微波濾波器的制作。這種高溫超導(dǎo)濾波器能極大提高接收機(jī)靈敏度和抗干擾能力。然而大多集成高溫超導(dǎo)濾波器的通信系統(tǒng)，不具備中心頻率連續(xù)可調(diào)的性能。而開(kāi)發(fā)連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)，可進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力，并增加系統(tǒng)工作模式的靈活性。
[0004]傳統(tǒng)可調(diào)濾波器系統(tǒng)組成如圖1所示，主要由可調(diào)濾波器和頻率控制電路所組成，其中，頻率控制電路的輸出和可調(diào)濾波器的頻率控制元件相連(例如壓控可變電容)，可調(diào)濾波器的輸出端與放大器的輸入端相連。信號(hào)輸入到可調(diào)濾波器中，經(jīng)頻率控制電路調(diào)節(jié)頻率后輸出雖然傳統(tǒng)可調(diào)濾波器系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)工作頻率的調(diào)節(jié)，但是有如下缺點(diǎn)需要克服:
[0005]1、常規(guī)材料的損耗較大，由其制成的可調(diào)濾波器系統(tǒng)的靈敏度和抗干擾能力明顯降低。
[0006]2、控制模式單一，一般只含有一個(gè)工作模式，模式切換的靈活度也不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，設(shè)計(jì)一種上位機(jī)控制多工作模式的連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)常規(guī)可調(diào)射頻前端的全部功能，滿足實(shí)現(xiàn)工作頻率可調(diào)、信號(hào)選擇放大的要求。還實(shí)現(xiàn)了高的靈敏度和抗干擾能力。并且可同時(shí)設(shè)計(jì)多種工作模式供用戶切換，根據(jù)需求實(shí)時(shí)修改。具有技術(shù)指標(biāo)優(yōu)異、工作模式切換靈活和可擴(kuò)展、用戶操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用以下技術(shù)方案:
[0009]該系統(tǒng)包括可調(diào)超導(dǎo)濾波器、及頻率控制電路，其特征在于，還包括低溫真空杜瓦、制冷機(jī)及其溫度控制電路，以及上位機(jī)，所述頻率控制電路由可編程單片機(jī)和DA模塊組成；該可調(diào)超導(dǎo)濾波器置于低溫真空杜瓦中，制冷機(jī)與低溫真空杜瓦相連，通過(guò)溫度控制電路對(duì)制冷機(jī)的控制，以維持低溫真空杜瓦內(nèi)的低溫工作環(huán)境；所述可調(diào)超導(dǎo)濾波器與頻率控制電路相連，上位機(jī)通過(guò)串口與頻率控制電路進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同工作模式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多種頻率工作方式。所述的可調(diào)超導(dǎo)濾波器采用連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器，用于實(shí)現(xiàn)中心頻率在一定頻率圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)和低插入損耗。
[0010]所述的制冷機(jī)及其控制電路和低溫真空杜瓦，用于維持系統(tǒng)工作所需的低溫環(huán)境。
[0011]所述工作模式分為:定點(diǎn)選頻模式、連續(xù)掃頻模式、多路選頻模式。所述的工作模式可根據(jù)用戶需求通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程進(jìn)行擴(kuò)充和修改。
[0012]所述的頻率控制電路用于通過(guò)對(duì)其中的可編程單片機(jī)存儲(chǔ)的控制程序?qū)崿F(xiàn)各種改變?yōu)V波器中心頻率的工作方式，且通過(guò)單片機(jī)與上位機(jī)的串口通信實(shí)現(xiàn)各種模式的實(shí)時(shí)切換和頻率的實(shí)時(shí)選取功能。
[0013]本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果:
[0014]本發(fā)明系統(tǒng)保持了連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器原有的中心頻率可調(diào)特性和帶外抗干擾特性；頻率控制電路中的單片機(jī)可與上位機(jī)(計(jì)算機(jī))通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)可調(diào)濾波器工作頻點(diǎn)的實(shí)時(shí)選擇；本發(fā)明在系統(tǒng)具有模塊化，易于與其他設(shè)備級(jí)聯(lián)，工作狀態(tài)穩(wěn)定等特點(diǎn)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了中心頻率的連續(xù)實(shí)時(shí)可調(diào)，可應(yīng)用在射頻如端系統(tǒng)中，作為聞性能選頻系統(tǒng)。可通過(guò)控制電路內(nèi)部程序編寫(xiě)以及計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)不同工作模式以及它們的快速切換，而且工作模式可根據(jù)用戶需求，進(jìn)行擴(kuò)展和更改，增強(qiáng)了系統(tǒng)工作模式的多樣性和靈活性。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1傳統(tǒng)可調(diào)濾波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2本發(fā)明的連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3本發(fā)明中實(shí)施例1的高溫超導(dǎo)濾波器電路圖；
[0018]圖4本發(fā)明中實(shí)施例1的控制過(guò)程示意圖；
[0019]圖5本發(fā)明中實(shí)施例1存儲(chǔ)在可編程單片機(jī)中的控制流程框圖；
[0020]圖6本發(fā)明中實(shí)施例1的性能測(cè)試曲線；
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明提出的一種上位機(jī)控制多工作模式的連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0022]本發(fā)明提出的一種上位機(jī)控制多工作模式的連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)，包括可調(diào)超導(dǎo)濾波器、及頻率控制電路，其特征在于，還包括低溫真空杜瓦、制冷機(jī)及其溫度控制電路，以及上位機(jī)，所述頻率控制電路由可編程單片機(jī)和DA模塊組成；該可調(diào)超導(dǎo)濾波器置于低溫真空杜瓦中，制冷機(jī)與低溫真空杜瓦相連，通過(guò)溫度控制電路對(duì)制冷機(jī)的控制，以維持低溫真空杜瓦內(nèi)的低溫工作環(huán)境；所述可調(diào)超導(dǎo)濾波器與頻率控制電路相連，上位機(jī)通過(guò)串口與頻率控制電路進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同工作模式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多種頻率工作方式。所述的可調(diào)超導(dǎo)濾波器采用連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器，用于實(shí)現(xiàn)中心頻率在一定頻率范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)和低插入損耗。
[0023]所述的制冷機(jī)及其控制電路和低溫真空杜瓦，用于維持系統(tǒng)工作所需的低溫環(huán)境。
[0024]所述工作模式分為:定點(diǎn)選頻模式、連續(xù)掃頻模式、多路選頻模式。所述的工作模式可根據(jù)用戶需求通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程進(jìn)行擴(kuò)充和修改。
[0025]所述的頻率控制電路通過(guò)對(duì)其中的可編程單片機(jī)存儲(chǔ)的控制程序，用于實(shí)現(xiàn)各種改變?yōu)V波器中心頻率的工作方式，且通過(guò)單片機(jī)與上位機(jī)的串口通信實(shí)現(xiàn)各種模式的實(shí)時(shí)切換和頻率的實(shí)時(shí)選取功能。
[0026]本發(fā)明提出的一種上位機(jī)控制多工作模式的連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)實(shí)施例系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)包括連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器、低溫杜瓦、制冷機(jī)及其溫度控制電路、由可編程單片機(jī)和DA模塊組成的頻率控制電路及上位機(jī)；該連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器置于低溫真空杜瓦中，制冷機(jī)與低溫真空杜瓦相連，通過(guò)溫度控制電路對(duì)制冷機(jī)的控制，以維持低溫真空杜瓦內(nèi)的低溫工作環(huán)境；連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器通過(guò)頻率控制電路與上位機(jī)(計(jì)算機(jī))相連，上位機(jī)與頻率控制電路進(jìn)行通信，通過(guò)頻率控制電路輸出的控制信號(hào)控制濾波器的中心頻率。通過(guò)上位機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)不同工作模式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多種頻率控制方式。
[0027]本實(shí)施例的各部件的功能及具體實(shí)現(xiàn)方式分別說(shuō)明如下:
[0028]1.低溫杜瓦:低溫杜瓦采用一密閉性良好的真空腔，維持真空度在10-5帕以下。為高溫超導(dǎo)濾波器提供了所需的低溫環(huán)境。
[0029]2.制冷機(jī):本實(shí)施例中采用SUNP0WER公司的CryoTel MT型制冷機(jī)。通過(guò)制冷機(jī)自帶的溫度控制電路對(duì)杜瓦內(nèi)部降溫，能夠穩(wěn)定控制高溫超導(dǎo)濾波器處于超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(70K)以下。
[0030]3.連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器:本實(shí)施例中選用中心頻率在194MHz到232MHz之間連續(xù)可調(diào)，高端插入損耗小于0.2dB的高溫超導(dǎo)濾波器。實(shí)現(xiàn)了中心頻率的連續(xù)可調(diào)，進(jìn)一步提聞了系統(tǒng)的抗干擾能力和靈敏度。
[0031]本實(shí)施例中的高溫超導(dǎo)濾波器電路如所示。為切比雪夫型濾波器，階數(shù)為4節(jié)，為微帶結(jié)構(gòu)，置于封裝盒中。
[0032]該濾波器的諧振器I電路采用四個(gè)相同的四分之一波長(zhǎng)單螺旋結(jié)構(gòu)，每個(gè)單螺旋結(jié)構(gòu)螺旋中心通過(guò)點(diǎn)焊線2與一壓控可變接地電容3相連。還包括與壓控可變接地電容3相連的加電端4，可在加電端4焊接線加電控制可變電容的電容值，進(jìn)而改變諧振器的頻率，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器的中心頻率的調(diào)節(jié)。
[0033]4.頻率控制電路:該電路由可編程單片機(jī)和DA模塊組成。本控制電路采用stc公司的89C52可編程單片機(jī)作為控制芯片，DA模塊采用德州儀器公司生產(chǎn)的AMC7812芯片。通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各種改變?yōu)V波器中心頻率的工作方式，通過(guò)單片機(jī)與上位機(jī)的串口通信實(shí)現(xiàn)上述模式的實(shí)時(shí)切換和頻率的實(shí)時(shí)選取等功能，通過(guò)控制芯片控制DA模塊的電壓輸出，改變變?nèi)莨艿碾妷海赃_(dá)到調(diào)節(jié)頻率的功能。美信公司生產(chǎn)的max232芯片也集成在了頻率控制電路上，用于上位機(jī)通過(guò)串口向頻率控制電路發(fā)送信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。
[0034]5.上位機(jī)采用常規(guī)的帶有串口通信的PC機(jī)即可，在上位機(jī)用戶界面上設(shè)置一系列等間隔的離散頻點(diǎn)，用戶可在界面進(jìn)行工作模式的選擇，當(dāng)選取某一頻點(diǎn)時(shí)，通過(guò)串口發(fā)送控制信號(hào)傳到單片機(jī)，則單片機(jī)控制電路使濾波器中心頻率偏移到對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多種工作模式，并可在多種模式間自由切換(實(shí)現(xiàn)類似多路選擇的功能)。[0035]本實(shí)施例中的頻率控制電路實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)選頻、連續(xù)掃頻、多路選頻三種工作模式，實(shí)施過(guò)程如下:
[0036]三種工作模式的用戶控制過(guò)程如圖4所示。
[0037]模式1:連續(xù)掃頻模式。用戶通過(guò)上位機(jī)選取該模式后，發(fā)送給頻率控制電路?？刂齐娐份敵鯥V至IOV的連續(xù)循環(huán)掃描電壓。實(shí)現(xiàn)掃頻功能。
[0038]模式2:16路選頻模式。通過(guò)測(cè)定等間距的16個(gè)頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓值，在頻率控制電路的單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)16個(gè)頻點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶選取該模式并選取響應(yīng)頻點(diǎn)后，單片機(jī)通過(guò)查表，選取表格中的對(duì)應(yīng)值輸出電壓，選取用戶需要的頻點(diǎn)。
[0039]模式3:定點(diǎn)選頻模式。首先對(duì)電壓和中心頻點(diǎn)的關(guān)系進(jìn)行離散測(cè)試，選取十個(gè)頻點(diǎn)測(cè)定電壓。然后，對(duì)電壓與頻率關(guān)系曲線進(jìn)行擬合，通過(guò)擬合曲線可以推算出特定中心頻率對(duì)應(yīng)的電壓值，得到頻率與輸入電壓的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)用戶選取該模式并選取響應(yīng)頻點(diǎn)后，上位機(jī)反算出所需的電壓，數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳送給單片機(jī)，單片機(jī)控制DA模塊輸出相應(yīng)的電壓輸出，選取用戶需要的頻點(diǎn)(控制中心頻率為用戶輸入點(diǎn))。
[0040]所述工作模式，需先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲取電壓與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行擬合。根據(jù)擬合曲線可根據(jù)用戶輸入的頻率值，反推出電壓值發(fā)送給單片機(jī)，進(jìn)而調(diào)節(jié)中心頻率達(dá)到用戶需求。
[0041]為實(shí)現(xiàn)這三種工作模式，存儲(chǔ)在可編程單片機(jī)中的程序流程如圖5所示:
[0042]首先根據(jù)上位機(jī)向控制電路發(fā)送的信號(hào)判斷:如果信號(hào)是模式選擇信號(hào)，則切換到相應(yīng)模式，并等待相應(yīng)模式的信號(hào)；如果信號(hào)不是模式選擇信號(hào)，則要根據(jù)當(dāng)前的工作模式發(fā)送數(shù)據(jù)，如果當(dāng)前模式是模式2，則該信號(hào)為通路選擇信號(hào)；如果當(dāng)前模式是模式3，那么該信號(hào)為頻率選擇信號(hào)，根據(jù)相應(yīng)的信號(hào)，控制電路得到需要的DA模塊輸出電壓，進(jìn)而達(dá)到控制頻率的效果。
[0043]上述所說(shuō)工作模式還可根據(jù)用戶需求，通過(guò)程序設(shè)計(jì)修改。
[0044]圖6為實(shí)施例1工作在不同中心頻率的性能測(cè)試曲線。由測(cè)試曲線可看出，可調(diào)系統(tǒng)的中心頻率的覆蓋范圍從194MHz到232MHz，高端插入損耗小于0.2dB,實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明技術(shù)特點(diǎn)上的優(yōu)越性。
【權(quán)利要求】
1.一種上位機(jī)控制多工作模式的連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器系統(tǒng)，包括可調(diào)超導(dǎo)濾波器、及頻率控制電路，其特征在于，還包括低溫真空杜瓦、制冷機(jī)及其溫度控制電路，以及上位機(jī)，所述頻率控制電路由可編程單片機(jī)和DA模塊組成；該可調(diào)超導(dǎo)濾波器置于低溫真空杜瓦中，制冷機(jī)與低溫真空杜瓦相連，通過(guò)溫度控制電路對(duì)制冷機(jī)的控制，以維持低溫真空杜瓦內(nèi)的低溫工作環(huán)境；所述可調(diào)超導(dǎo)濾波器與頻率控制電路相連，上位機(jī)通過(guò)串口與頻率控制電路進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不同工作模式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多種頻率工作方式；所述的可調(diào)超導(dǎo)濾波器采用連續(xù)可調(diào)高溫超導(dǎo)濾波器，用于實(shí)現(xiàn)中心頻率在一定頻率范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)和低插入損耗； 所述的制冷機(jī)及其控制電路和低溫真空杜瓦，用于維持系統(tǒng)工作所需的低溫環(huán)境；所述工作模式分為:定點(diǎn)選頻模式、連續(xù)掃頻模式、多路選頻模式；所述的工作模式可根據(jù)用戶需求通過(guò)對(duì)單片機(jī)編程對(duì)工作模式進(jìn)行擴(kuò)充和修改； 所述的頻率控制電路用于通過(guò)對(duì)其中的可編程單片機(jī)存儲(chǔ)的控制程序?qū)崿F(xiàn)各種改變?yōu)V波器中心頻率的工作方式，且通過(guò)單片機(jī)與上位機(jī)的串口通信實(shí)現(xiàn)各種模式的實(shí)時(shí)切換和頻率的實(shí)時(shí)選取功能。
2.如權(quán)利要求1所述的濾波器，其特征在于，該濾波器的諧振器電路采用四個(gè)相同的四分之一波長(zhǎng)單螺旋結(jié)構(gòu)，每個(gè)單螺旋結(jié)構(gòu)螺旋中心通過(guò)點(diǎn)焊線與一壓控可變接地電容相連；還包括與壓控可變接地電容相連的加電端，在加電端焊接線并加電，控制可變電容的電容值，進(jìn)而改變諧振器的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器的中心頻率的調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】H01P1/20GK103887582SQ201410096206
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】陳毅東, 鄭天寧, 索冠男, 張曉平 申請(qǐng)人:綜藝超導(dǎo)科技有限公司