本發(fā)明涉及大功率微波技術(shù)，特別是一種基于包絡(luò)波形特征的大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
大功率微波被廣泛應(yīng)用于電子通信、等離子體加熱、受控?zé)岷司圩儭⒐I(yè)材料處理等領(lǐng)域，具有十分重要的應(yīng)用前景。在上述各種微波系統(tǒng)中，均會(huì)涉及到大功率微波信號(hào)在傳輸波導(dǎo)中的傳輸問(wèn)題。由于傳輸波導(dǎo)中能量密度較大，環(huán)境的溫度、濕度，波導(dǎo)耐受場(chǎng)強(qiáng)，負(fù)載狀態(tài)變化等因素都可能會(huì)造成空氣擊穿打火，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成傳輸波導(dǎo)或者微波源設(shè)備損壞，帶來(lái)十分嚴(yán)重的后果。因此進(jìn)行大功率傳輸波導(dǎo)中的打火保護(hù)，及時(shí)切斷功率激勵(lì)和電源系統(tǒng)，對(duì)于提高大功率系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。
目前的傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)手段中，最常用的是基于駐波保護(hù)方式，通過(guò)雙向耦合器提取傳輸波導(dǎo)中的正向、反向信號(hào)，并檢測(cè)正、反向耦合信號(hào)功率的比值v正向/v反射，當(dāng)?shù)陀谝欢ㄩ撝禃r(shí)，即認(rèn)為駐波系數(shù)過(guò)大。但是對(duì)于不同的大功率傳輸系統(tǒng)、工作頻率、耦合器頻響曲線(xiàn)，需要進(jìn)行繁瑣的頻響校正和測(cè)試工作。另外也有基于頻域特征的諧波檢測(cè)保護(hù)手段，由于空氣擊穿打火形成的空間等離子體會(huì)調(diào)制正、反向傳輸波，引起新頻譜成分。但是這種檢測(cè)手段裝置復(fù)雜，需要邊緣陡峭的濾波器和大動(dòng)態(tài)范圍的低頻檢波器，如高動(dòng)態(tài)檢波二極管等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種基于包絡(luò)波形特征的大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置，該裝置簡(jiǎn)單通用化，能夠?qū)崿F(xiàn)在空氣擊穿打火初期數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)完成保護(hù)響應(yīng)，解決了傳統(tǒng)駐波保護(hù)、諧波檢測(cè)方式的不足，能提高大功率微波傳輸系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種基于包絡(luò)波形特征的大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置，其特征在于：所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的信號(hào)輸入端連接傳輸波導(dǎo)中的耦合器，大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的信號(hào)輸出端連接至功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)；當(dāng)發(fā)生傳輸波導(dǎo)空氣擊穿打火時(shí)，所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置送出保護(hù)光信號(hào)給功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)，完成保護(hù)響應(yīng)動(dòng)作；
包括微波檢波器、低通濾波器、波形處理判斷模塊，微波檢波器的信號(hào)輸入端通過(guò)微波傳輸線(xiàn)纜連接前端耦合器的信號(hào)輸出端，低通濾波器的輸入端連接微波檢波器的信號(hào)輸出端，波形處理判斷模塊的信號(hào)輸入端連接低通濾波器的信號(hào)輸出端，波形處理判斷模塊的信號(hào)輸出端連接至功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)。
所述耦合器為大功率雙向耦合器，用于提取傳輸波導(dǎo)中的正向、反向信號(hào)，耦合器的寬帶特性與工作頻段一致。
所述微波檢波器對(duì)通過(guò)微波傳輸線(xiàn)纜傳輸?shù)恼?、反向信?hào)進(jìn)行檢波，通過(guò)包絡(luò)檢波得到檢波波形；所述微波檢波器的工作頻率與工作頻段一致，且具有較大的視頻帶寬，能適用于短脈沖到cw工作模式的傳輸系統(tǒng)。
在保證檢波基本波形前提下，所述低通濾波器用于濾出檢波波形上面毛刺、雜波或者檢波過(guò)程中的諧波信號(hào)，避免對(duì)后續(xù)波形采集和處理判斷造成影響；根據(jù)檢波波形特性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，所述低通濾波器選取合適的截止頻率。
所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想是基于時(shí)域的包絡(luò)波形檢測(cè)手段，相比基于頻譜諧波特征的諧波檢測(cè)，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試，傳輸波導(dǎo)打火對(duì)應(yīng)到檢波波形上，最明顯的特征就是脈沖檢波波形垮塌或者凹陷。傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置即通過(guò)監(jiān)測(cè)波形電平的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)打火保護(hù)。所述波形處理判斷模塊是傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)經(jīng)過(guò)低通低通濾波器后的檢波信號(hào)進(jìn)行分析處理和判斷，具體是：在給定正常的脈沖寬度、重復(fù)頻率和電平范圍后，通過(guò)adc不斷采集波形幅度，并通過(guò)電平分析比較，當(dāng)由于傳輸波導(dǎo)空氣擊穿打火而導(dǎo)致脈沖內(nèi)幅度異常時(shí)，及時(shí)送出保護(hù)信號(hào)。
本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明基于時(shí)域波形特征，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單通用化的傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)方案，相比于傳統(tǒng)駐波檢測(cè)方案，省去了復(fù)雜的頻響校正流程和測(cè)試；經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試和驗(yàn)證，具有較高的準(zhǔn)確性和有效性，能在數(shù)微秒的時(shí)間內(nèi)快速切斷供電系統(tǒng)；能夠適用于各種頻段大功率微波傳輸系統(tǒng)，簡(jiǎn)單且具備普遍適用性。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的原理示意圖。
圖中附圖標(biāo)記為：1—微波傳輸線(xiàn)纜，2—微波檢波器，3—低通濾波器，4—波形處理判斷模塊。
具體實(shí)施方式
一種基于包絡(luò)波形特征的大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置，所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的信號(hào)輸入端連接傳輸波導(dǎo)中的耦合器，大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的信號(hào)輸出端連接至功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)；當(dāng)發(fā)生傳輸波導(dǎo)空氣擊穿打火時(shí)，所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置送出保護(hù)光信號(hào)給功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)，完成保護(hù)響應(yīng)動(dòng)作。
所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置包括微波檢波器2、低通濾波器3、波形處理判斷模塊4，微波檢波器2的信號(hào)輸入端通過(guò)微波傳輸線(xiàn)纜1連接前端耦合器的信號(hào)輸出端，低通濾波器3的輸入端連接微波檢波器2的信號(hào)輸出端，波形處理判斷模塊4的信號(hào)輸入端連接低通濾波器3的信號(hào)輸出端，波形處理判斷模塊4的信號(hào)輸出端連接至功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)。
如圖1所示，首先根據(jù)大功率微波傳輸系統(tǒng)的工作頻段，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的帶寬的大功率耦合器，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸波導(dǎo)中正向、反向信號(hào)的提取，然后通過(guò)微波檢波器2實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波，得到傳輸?shù)臅r(shí)域波形。微波檢波器2的工作頻率也應(yīng)與工作頻段一致，且具有較大的視頻帶寬。
檢波波形后續(xù)通過(guò)低通濾波器3，濾出其中的毛刺和其他雜波或檢波過(guò)程中的諧波信號(hào)，避免對(duì)波形處理造成影響。經(jīng)過(guò)低通濾波器3后的檢波信號(hào)，送入波形處理判斷模塊4進(jìn)行分析。傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的處理判斷思路是基于時(shí)域的包絡(luò)波形檢測(cè)手段，針對(duì)檢波波形垮塌或者凹陷特征。即通過(guò)監(jiān)測(cè)波形電平的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和保護(hù)。在給定正常的脈沖寬度、重復(fù)頻率和電平范圍后，通過(guò)不斷采集波形幅度，并通過(guò)電平分析比較，當(dāng)由于空氣擊穿傳輸波導(dǎo)打火導(dǎo)致脈沖內(nèi)幅度異常時(shí)，及時(shí)送出保護(hù)信號(hào)至供電系統(tǒng)，快速的切斷高壓系統(tǒng)，保護(hù)大功率微波系統(tǒng)的安全。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。