一種微波掃頻源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微波掃頻源，包括頻率發(fā)生器、功率放大器、MCU，還包括駐波檢測(cè)及反饋單元，所述的頻率發(fā)生器在某一頻率產(chǎn)生一定功率的射頻信號(hào)，射頻信號(hào)進(jìn)入所述的功率放大器，經(jīng)功率放大器放大達(dá)到額定功率輸出至所述的駐波檢測(cè)及反饋單元，所述的駐波檢測(cè)及反饋單元對(duì)功率放大器輸出端進(jìn)行駐波檢測(cè)并將結(jié)果送入MCU，MCU對(duì)頻率發(fā)生器、功率放大器進(jìn)行控制，由于駐波檢測(cè)及反饋單元可以使微波掃頻源在最優(yōu)負(fù)載對(duì)應(yīng)的頻率下進(jìn)行工作，能耗損失小，工作穩(wěn)定性更高。
【專利說明】
-種微波掃頻源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及微波技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種微波掃頻源。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波等離子體燈，是上世紀(jì)九十年代剛剛出現(xiàn)的一種新型的環(huán)保節(jié)能燈，它具有 光效較高、光感舒適，超長(zhǎng)壽命、光衰較小、節(jié)約能源，更加環(huán)保，性能穩(wěn)定等特性。LEP 化ight Emitting Plasma,等離子光源）由于其熱光源的發(fā)光特性，決定了其光譜分布接近 太陽光光譜，是國際公認(rèn)的局效、節(jié)能、局品質(zhì)光源。
[0003] 雖然第一代LEP在光效和光譜方面都有非常大的優(yōu)勢(shì)，但基于磁控管技術(shù)第一代 微波等離子體燈因體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高等弊端沒有得到很好的發(fā)展，近年來隨著 半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，使微波LEP技術(shù)重新進(jìn)入人們的視野，并極有發(fā)展?jié)摿Α?br>[0004] 第二代LEP最重要的問題就是要解決大功率頻率源的問題，并且頻率源能適應(yīng)不 同負(fù)載條件下的應(yīng)用，目前在LEP方面的技術(shù)大都采用射頻發(fā)生VCO/化L、功率放大器及控 制模塊MCU的架構(gòu)，可參考電子科技大學(xué)碩±論文一《微波等離子體燈射頻源研究》，華東師 范大學(xué)碩±論文《小型微波等離子體功率源研究》。公開號(hào)CN103731141A名稱為《一種基于 鎖相環(huán)的微波等離子體燈掃頻源系統(tǒng)》的專利，該基于鎖相環(huán)的微波等離子體燈掃頻源系 統(tǒng)包括:輸出電路單元，連接忍片電路單元，用于差分輸出或單端輸出，得到所需的輸出功 率;環(huán)路濾波器電路單元，連接忍片電路單元，用于濾除鑒相器輸出中的高頻部分;忍片電 路單元，連接輸出電路單元和環(huán)路濾波器電路單元，內(nèi)部集成了鑒相器、壓控振蕩器和分頻 器，用于對(duì)掃頻信號(hào)的分頻、鑒相、壓控振蕩，實(shí)現(xiàn)掃頻信號(hào)的穩(wěn)定輸出。該系統(tǒng)的環(huán)路濾波 器電路單元及忍片電路單元實(shí)現(xiàn)了頻率發(fā)生器的功能，輸出電路單元實(shí)現(xiàn)了功率放大器的 功能。但是在實(shí)際工程應(yīng)用上都存在很多問題，比如無自適應(yīng)工作能力，功率低很難達(dá)到微 波等工作條件，最優(yōu)負(fù)載定位難，造成射頻能量損失等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有的問題，提供一種微波掃頻源，解決頻率源根據(jù)不同工 作條件自適應(yīng)定位最優(yōu)工作頻點(diǎn)。一種微波掃頻源，包括頻率發(fā)生器、功率放大器及MCU，還 包括駐波檢測(cè)及反饋單元，所述的頻率發(fā)生器在某一頻率產(chǎn)生一定功率的射頻信號(hào)，射頻 信號(hào)進(jìn)入所述的功率放大器，經(jīng)功率放大器放大達(dá)到額定功率輸出至所述的駐波檢測(cè)及反 饋單元，所述的駐波檢測(cè)及反饋單元對(duì)功率放大器輸出端進(jìn)行駐波檢測(cè)并將結(jié)果送入MCU， MCU對(duì)頻率發(fā)生器、功率放大器進(jìn)行控制。
[0006] 作為優(yōu)選，駐波檢測(cè)及反饋單元包括:第一禪合器、第二禪合器、第一檢波器、第二 檢波器及差分比較電路，經(jīng)所述功率放大器放大達(dá)到額定功率輸出至所述的第一禪合器， 經(jīng)所述第一禪合器的信號(hào)分成兩個(gè)部分，第一部分信號(hào)作為功率放大器輸出功率的采樣信 號(hào)送入第一檢波器，第二部分傳輸給第二禪合器，并經(jīng)第二禪合器直接到達(dá)射頻輸出端，然 后給負(fù)載提供射頻能量，由負(fù)載反射的射頻能量經(jīng)第二禪合器采樣送入第二檢波器;第一、 第二檢波器輸出電壓m和U2送入差分比較電路，經(jīng)過比較得到電壓U日，并將U日的值反饋給 MCU，MC訴良據(jù)UO的值重新設(shè)定頻率發(fā)生器和功率放大器的工作頻率。
[0007] 作為優(yōu)選，所述的第二禪合器可W為大功率環(huán)形器，所述的差分比較電路可W為 電壓比較器。
[0008] 作為優(yōu)選，所述的第一禪合器為前向微帶禪合器，第二禪合器為反向微帶禪合器。
[0009] 作為優(yōu)選，差分比較電路可W由3個(gè)運(yùn)算放大器化1，U2，U3)及若干電阻組成，其中 Ul和U2的同相輸入端分別連接第一、第二檢波器輸出電壓m和U2，U1和U2的輸出端分別接U3 的反相和同相端，U3的輸出即為差分比例輸出電壓U0。
[0010] 本發(fā)明的再一個(gè)方案為一種微波掃頻源的處理方法，所述的處理方法包括如下步 驟：
[00川 Si :MCU控制頻率發(fā)生器的初始頻率為n，射頻功率為Pi;
[0012] S2:功率放大器在頻率n下將頻率發(fā)生器輸出功率由Pi放大到P2并輸出至負(fù)載， 此時(shí)反射功率為P3;
[0013] S3:由駐波檢測(cè)及反饋單元檢測(cè)功率放大器輸出端駐波Sl，并反饋給MCU;
[0014] S4:MCU設(shè)定駐波口限，并判斷本次駐波值與口限值的大小;若本次檢測(cè)駐波值小 于口限值，MCU將鎖定此時(shí)頻率發(fā)生器的頻率;若本次檢測(cè)駐波值大于口限值，MCU將改變頻 率發(fā)生器的頻率，返回Sl，頻率變化步進(jìn)為A f，且為單調(diào)變化;MCU累計(jì)設(shè)置N次頻率，功率 放大器輸出的駐波值仍然大于口限值，判斷為結(jié)束掃描程序，檢查硬件。
【附圖說明】
[0015] 圖1本發(fā)明技術(shù)方案原理圖
[0016] 圖2微波掃頻源的處理方法圖
[0017] 圖3本發(fā)明具體實(shí)施例原理圖 [001引圖4本發(fā)明差分比較電路圖
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí) 施例及附圖，對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0020] 如圖1所示，一種微波掃頻源，包括頻率發(fā)生器、功率放大器及MCU，還包括駐波檢 測(cè)及反饋單元。所述的駐波檢測(cè)及反饋單元包括:第一禪合器、第二禪合器、第一檢波器、第 二檢波器及差分比較電路，連接關(guān)系可見附圖。作為一種優(yōu)選方案，第二禪合器可W為大功 率的禪合器，大功率環(huán)形器可避免反射功率對(duì)功率放大器輸出端的沖擊，從而起到保護(hù)功 率放大器的作用，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性也大大提高。
[0021] 如圖2所示，一種微波掃頻源的處理方法，所述的處理方法包括如下步驟：
[00剖 Si :MCU控制頻率發(fā)生器的初始頻率為n，射頻功率為Pi;
[0023] S2:功率放大器在頻率n下將頻率發(fā)生器輸出功率由Pl放大到P2并輸出至負(fù)載， 此時(shí)反射功率為P3;
[0024] S3:由駐波檢測(cè)及反饋單元檢測(cè)功率放大器輸出端駐波Sl，并反饋給MCU;
[0025] S4:MCU設(shè)定駐波口限，并判斷本次駐波值與口限值的大小;若本次檢測(cè)駐波值小 于口限值，MCU將鎖定此時(shí)頻率發(fā)生器的頻率;若本次檢測(cè)駐波值大于口限值，MCU將改變頻 率發(fā)生器的頻率，返回Sl，頻率變化步進(jìn)為A f，且為單調(diào)變化;MCU累計(jì)設(shè)置N次頻率，功率 放大器輸出的駐波值仍然大于口限值，判斷為結(jié)束掃描程序，檢查硬件。
[00%]如圖3所示，作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，頻率發(fā)生器優(yōu)選壓控震蕩器VC0-S-A22、 功率放大器優(yōu)選200W LDMOS ?4，1〇]優(yōu)選微處理器5了132。-〇5化4了6，駐波檢測(cè)及反饋單元 包括30地前向微帶禪合器，30地反向微帶禪合器，兩個(gè)HSMS-2850檢波器及差分比較電路， 連接方式如圖3所示。具體實(shí)施過程如下：
[0027] 1)系統(tǒng)上電初始化W后，STM32F05化4T6控制VC0-S-A22輸出工作頻率425MH的射 頻信號(hào)；
[002引2)射頻信號(hào)經(jīng)過200W LDMOS功率放大器，（此功率放大器工作在C類偏置條件，W 便提高功放的效率，STM32F05化4T6對(duì)功放增益進(jìn)行控制，保證其輸出功率恒定。）功率放大 器輸出功率首先經(jīng)過30地前向禪合器，分成兩路，一路由30地反向微帶禪合器進(jìn)行采樣，一 路為直通輸出功率，由HSMS-2850檢波，得到功率放大器輸出功率對(duì)應(yīng)的直流電壓為1.2V， 做為差分比例電路的正向輸入；
[0029] 3)經(jīng)過前向30dB禪合器的直通輸出功率再經(jīng)過30地反向禪合器的直通端直接輸 出給負(fù)載，該輸出功率在傳輸給負(fù)載時(shí)，有一部份反射功率，由30地反向禪合器進(jìn)行采樣， 然后由HSMS-2850檢波，得到相應(yīng)的反射功率的直流電壓0.8V并做為差分比較電路的反向 輸入；
[0030] 4)正反向輸入電壓經(jīng)差分比較電路輸出電壓為0.4V，小于預(yù)設(shè)電壓0.8V，則 STM32F05化4T6控制VC0-S-A22輸出工作頻率427MHz，經(jīng)過上述步驟后得到差分比較電路的 輸出為0.45V，依然小于0.8V的口限要求；
[0031] 5)然后經(jīng)過7次設(shè)置VC0-S-A22,其輸出頻率為441MHz時(shí)對(duì)應(yīng)差分比較電路的輸出 電壓為0.8V，達(dá)到預(yù)設(shè)口限，此時(shí)VC0-S-A22輸出頻率被STM32F05化4T6鎖定，不再發(fā)生變 化，系統(tǒng)將穩(wěn)定工作。由于該微波掃頻源可根據(jù)負(fù)載特性自適應(yīng)調(diào)整微波功率源的功率頻 率，可使其在最佳負(fù)載下工作，射頻功率損耗小，系統(tǒng)效率高，可靠性高。
[0032] 其中差分比例電路如圖4所示，由運(yùn)算放大器U1、U2、U3及電阻R1、R2、R3、R4、R5、 Rfl、Rf 2、R巧連接組成，其中Ul、U2為L(zhǎng)M2904運(yùn)算放大器，U3為單運(yùn)放LM7101，其輸入輸出電 壓關(guān)系可由經(jīng)典模擬電路知識(shí)得到即：
[0033]
[0034] Uo為差分比較輸出電壓，山為反向檢波電壓，U2為前向檢波電壓。
[0035] 當(dāng)滿足條件R3 = R4 = Rf3 = R5時(shí)，則有：
[0036] Ud = U2-山
[0037] 本優(yōu)選實(shí)施例中取Rl、R2、R3、R4、R5、Rfl、Rf 2、Rf 3 值為 1 Ok。
[0038] W上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)，運(yùn)些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)W所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種微波掃頻源，包括頻率發(fā)生器、功率放大器及MCU，其特征在于，還包括駐波檢測(cè) 及反饋單元，所述的頻率發(fā)生器在某一頻率產(chǎn)生一定功率的射頻信號(hào)，射頻信號(hào)進(jìn)入所述 的功率放大器，經(jīng)功率放大器放大達(dá)到額定功率輸出至所述的駐波檢測(cè)及反饋單元，所述 的駐波檢測(cè)及反饋單元對(duì)功率放大器輸出端進(jìn)行駐波檢測(cè)并將結(jié)果送入MCU，MCU對(duì)頻率發(fā) 生器、功率放大器進(jìn)行控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波掃頻源，其特征在于，所述的駐波檢測(cè)及反饋單元包括： 第一耦合器、第二耦合器、第一檢波器、第二檢波器及差分比較電路，經(jīng)所述功率放大器放 大達(dá)到額定功率輸出至所述的第一耦合器，經(jīng)所述第一耦合器的信號(hào)分成兩個(gè)部分，第一 部分信號(hào)作為功率放大器輸出功率的采樣信號(hào)送入第一檢波器，第二部分傳輸給第二耦合 器，并經(jīng)第二耦合器直接到達(dá)射頻輸出端，然后給負(fù)載提供射頻能量，由負(fù)載反射的射頻能 量經(jīng)第二親合器米樣送入第二檢波器;第一、第二檢波器輸出電壓Ul和U2送入差分比較電 路，經(jīng)過比較得到電壓U0,并將UO的值反饋給M⑶，M⑶根據(jù)UO的值重新設(shè)定頻率發(fā)生器和功 率放大器的工作頻率。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波掃頻源，其特征在于，所述的第二耦合器可以為大功率環(huán) 形器。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波掃頻源，其特征在于，所述的第一耦合器為前向微帶耦合 器，第二耦合器為反向微帶耦合器。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波掃頻源，其特征在于，所述的差分比較電路可以為電壓比 較器。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波掃頻源，其特征在于，所述的差分比較電路可以由3個(gè)運(yùn) 算放大器(U1，U2，U3)及若干電阻組成，其中Ul和U2的同相輸入端分別連接第一、第二檢波 器輸出電壓m和u 2，Ul和U2的輸出端分別接U3的反相和同相端，U3的輸出即為差分比例輸出 電壓u〇。7. -種微波掃頻源的處理方法，其特征在于，所述的處理方法包括如下步驟： SI :MCU控制頻率發(fā)生器的初始頻率為Π ，射頻功率為Pl; S2:功率放大器在頻率Π 下將頻率發(fā)生器輸出功率由Pl放大到P2并輸出至負(fù)載，此時(shí) 反射功率為P3; S3:由駐波檢測(cè)及反饋單元檢測(cè)功率放大器輸出端駐波Sl，并反饋給MCU; S4:MCU設(shè)定駐波門限，并判斷本次駐波值與門限值的大小;若本次檢測(cè)駐波值小于門 限值，MCU將鎖定此時(shí)頻率發(fā)生器的頻率;若本次檢測(cè)駐波值大于門限值，MCU將改變頻率發(fā) 生器的頻率，返回Sl，頻率變化步進(jìn)為Δ f，且為單調(diào)變化;M⑶累計(jì)設(shè)置N次頻率，功率放大 器輸出的駐波值仍然大于門限值，判斷為結(jié)束掃描程序，檢查硬件。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的微波掃頻源的處理方法，其特征在于，所述的駐波檢測(cè)及反饋 單元包括:第一耦合器、第二耦合器、第一檢波器、第二檢波器及差分比較電路，經(jīng)所述功率 放大器放大達(dá)到額定功率輸出至所述的第一耦合器，經(jīng)所述第一耦合器的信號(hào)分成兩個(gè)部 分，第一部分信號(hào)作為功率放大器輸出功率的采樣信號(hào)送入第一檢波器，第二部分傳輸給 第二耦合器，并經(jīng)第二耦合器直接到達(dá)射頻輸出端，然后給負(fù)載提供射頻能量，由負(fù)載反射 的射頻能量經(jīng)第二耦合器采樣送入第二檢波器;第一、第二檢波器輸出電壓m和1! 2送入差分 比較電路，經(jīng)過比較得到電壓uo,并將Uo的值反饋給M⑶，M⑶根據(jù)Uo的值重新設(shè)定頻率發(fā)生 器和功率放大器的工作頻率。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK105955095SQ201610072779
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年2月2日
【發(fā)明人】施理
【申請(qǐng)人】廣州萊肯信息科技有限公司