一種微波掃頻源的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種微波掃頻源，包括頻率發生器、功率放大器、MCU，還包括駐波檢測及反饋單元，所述的頻率發生器在某一頻率產生一定功率的射頻信號，射頻信號進入所述的功率放大器，經功率放大器放大達到額定功率輸出至所述的駐波檢測及反饋單元，所述的駐波檢測及反饋單元對功率放大器輸出端進行駐波檢測并將結果送入MCU，MCU對頻率發生器、功率放大器進行控制，由于駐波檢測及反饋單元可以使微波掃頻源在最優負載對應的頻率下進行工作，能耗損失小，工作穩定性更高。
【專利說明】
-種微波掃頻源
技術領域
[0001 ]本發明設及微波技術領域，特別設及一種微波掃頻源。
【背景技術】
[0002] 微波等離子體燈，是上世紀九十年代剛剛出現的一種新型的環保節能燈，它具有 光效較高、光感舒適，超長壽命、光衰較小、節約能源，更加環保，性能穩定等特性。LEP 化ight Emitting Plasma,等離子光源）由于其熱光源的發光特性，決定了其光譜分布接近 太陽光光譜，是國際公認的局效、節能、局品質光源。
[0003] 雖然第一代LEP在光效和光譜方面都有非常大的優勢，但基于磁控管技術第一代 微波等離子體燈因體積龐大，結構復雜、故障率高等弊端沒有得到很好的發展，近年來隨著 半導體技術的發展，使微波LEP技術重新進入人們的視野，并極有發展潛力。
[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，并且頻率源能適應不 同負載條件下的應用，目前在LEP方面的技術大都采用射頻發生VCO/化L、功率放大器及控 制模塊MCU的架構，可參考電子科技大學碩±論文一《微波等離子體燈射頻源研究》，華東師 范大學碩±論文《小型微波等離子體功率源研究》。公開號CN103731141A名稱為《一種基于 鎖相環的微波等離子體燈掃頻源系統》的專利，該基于鎖相環的微波等離子體燈掃頻源系 統包括: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路濾波器電路單元，內部集成了鑒相器、壓控振蕩器和分頻 器，用于對掃頻信號的分頻、鑒相、壓控振蕩，實現掃頻信號的穩定輸出。該系統的環路濾波 器電路單元及忍片電路單元實現了頻率發生器的功能，輸出電路單元實現了功率放大器的 功能。但是在實際工程應用上都存在很多問題，比如無自適應工作能力，功率低很難達到微 波等工作條件，最優負載定位難，造成射頻能量損失等。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，有必要針對現有的問題，提供一種微波掃頻源，解決頻率源根據不同工 作條件自適應定位最優工作頻點。一種微波掃頻源，包括頻率發生器、功率放大器及MCU，還 包括駐波檢測及反饋單元，所述的頻率發生器在某一頻率產生一定功率的射頻信號，射頻 信號進入所述的功率放大器，經功率放大器放大達到額定功率輸出至所述的駐波檢測及反 饋單元，所述的駐波檢測及反饋單元對功率放大器輸出端進行駐波檢測并將結果送入MCU， MCU對頻率發生器、功率放大器進行控制。
[0006] 作為優選，駐波檢測及反饋單元包括: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，經所述功率放大器放大達到額定功率輸出至所述的第一禪合器， 經所述第一禪合器的信號分成兩個部分，第一部分信號作為功率放大器輸出功率的采樣信 號送入第一檢波器，第二部分傳輸給第二禪合器，并經第二禪合器直接到達射頻輸出端，然 后給負載提供射頻能量，由負載反射的射頻能量經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，經過比較得到電壓U日，并將U日的值反饋給 MCU，MC訴良據UO的值重新設定頻率發生器和功率放大器的工作頻率。
[0007] 作為優選，所述的第二禪合器可W為大功率環形器，所述的差分比較電路可W為 電壓比較器。
[0008] 作為優選，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] 作為優選，差分比較電路可W由3個運算放大器化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] 本發明的再一個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下將頻率發生器輸出功率由Pi放大到P2并輸出至負載， 此時反射功率為P3;
[0013] S3:由駐波檢測及反饋單元檢測功率放大器輸出端駐波Sl，并反饋給MCU;
[0014] S4:MCU設定駐波口限，并判斷本次駐波值與口限值的大小;若本次檢測駐波值小 于口限值，MCU將鎖定此時頻率發生器的頻率;若本次檢測駐波值大于口限值，MCU將改變頻 率發生器的頻率，返回Sl，頻率變化步進為A f，且為單調變化;MCU累計設置N次頻率，功率 放大器輸出的駐波值仍然大于口限值，判斷為結束掃描程序，檢查硬件。
【附圖說明】
[0015] 圖1本發明技術方案原理圖
[0016] 圖2微波掃頻源的處理方法圖
[0017] 圖3本發明具體實施例原理圖 [001引圖4本發明差分比較電路圖
【具體實施方式】
[0019] 為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實 施例及附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0020] 如圖1所示，一種微波掃頻源，包括頻率發生器、功率放大器及MCU，還包括駐波檢 測及反饋單元。所述的駐波檢測及反饋單元包括: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，連接關系可見附圖。作為一種優選方案，第二禪合器可W為大功 率的禪合器，大功率環形器可避免反射功率對功率放大器輸出端的沖擊，從而起到保護功 率放大器的作用，使整個系統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下將頻率發生器輸出功率由Pl放大到P2并輸出至負載， 此時反射功率為P3;
[0024] S3:由駐波檢測及反饋單元檢測功率放大器輸出端駐波Sl，并反饋給MCU;
[0025] S4:MCU設定駐波口限，并判斷本次駐波值與口限值的大小;若本次檢測駐波值小 于口限值，MCU將鎖定此時頻率發生器的頻率;若本次檢測駐波值大于口限值，MCU將改變頻 率發生器的頻率，返回Sl，頻率變化步進為A f，且為單調變化;MCU累計設置N次頻率，功率 放大器輸出的駐波值仍然大于口限值，判斷為結束掃描程序，檢查硬件。
[00%]如圖3所示，作為本發明的優選實施方式，頻率發生器優選壓控震蕩器VC0-S-A22、 功率放大器優選200W LDMOS ?4，1〇]優選微處理器5了132。-〇5化4了6，駐波檢測及反饋單元 包括30地前向微帶禪合器，30地反向微帶禪合器，兩個HSMS-2850檢波器及差分比較電路， 連接方式如圖3所示。具體實施過程如下：
[0027] 1)系統上電初始化W后，STM32F05化4T6控制VC0-S-A22輸出工作頻率425MH的射 頻信號；
[002引2)射頻信號經過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對功放增益進行控制，保證其輸出功率恒定。）功率放大 器輸出功率首先經過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應的直流電壓為1.2V， 做為差分比例電路的正向輸入；
[0029] 3)經過前向30dB禪合器的直通輸出功率再經過30地反向禪合器的直通端直接輸 出給負載，該輸出功率在傳輸給負載時，有一部份反射功率，由30地反向禪合器進行采樣， 然后由HSMS-2850檢波，得到相應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)正反向輸入電壓經差分比較電路輸出電壓為0.4V，小于預設電壓0.8V，則 STM32F05化4T6控制VC0-S-A22輸出工作頻率427MHz，經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)然后經過7次設置VC0-S-A22,其輸出頻率為441MHz時對應差分比較電路的輸出 電壓為0.8V，達到預設口限，此時VC0-S-A22輸出頻率被STM32F05化4T6鎖定，不再發生變 化，系統將穩定工作。由于該微波掃頻源可根據負載特性自適應調整微波功率源的功率頻 率，可使其在最佳負載下工作，射頻功率損耗小，系統效率高，可靠性高。
[0032] 其中差分比例電路如圖4所示，由運算放大器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LM2904運算放大器，U3為單運放LM7101，其輸入輸出電 壓關系可由經典模擬電路知識得到即：
[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] 當滿足條件R3 = R4 = Rf3 = R5時，則有：
[0036] Ud = U2-山
[0037] 本優選實施例中取Rl、R2、R3、R4、R5、Rfl、Rf 2、Rf 3 值為 1 Ok。
[0038] W上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可W做出若干變形和改進，運些都屬于本發明的保 護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應W所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種微波掃頻源，包括頻率發生器、功率放大器及MCU，其特征在于，還包括駐波檢測 及反饋單元，所述的頻率發生器在某一頻率產生一定功率的射頻信號，射頻信號進入所述 的功率放大器，經功率放大器放大達到額定功率輸出至所述的駐波檢測及反饋單元，所述 的駐波檢測及反饋單元對功率放大器輸出端進行駐波檢測并將結果送入MCU，MCU對頻率發 生器、功率放大器進行控制。2. 根據權利要求1所述的微波掃頻源，其特征在于，所述的駐波檢測及反饋單元包括： 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，經所述功率放大器放 大達到額定功率輸出至所述的第一耦合器，經所述第一耦合器的信號分成兩個部分，第一 部分信號作為功率放大器輸出功率的采樣信號送入第一檢波器，第二部分傳輸給第二耦合 器，并經第二耦合器直接到達射頻輸出端，然后給負載提供射頻能量，由負載反射的射頻能 量經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，經過比較得到電壓U0,并將UO的值反饋給M⑶，M⑶根據UO的值重新設定頻率發生器和功 率放大器的工作頻率。3. 根據權利要求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 形器。4. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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個運 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 下將頻率發生器輸出功率由Pl放大到P2并輸出至負載，此時 反射功率為P3; S3:由駐波檢測及反饋單元檢測功率放大器輸出端駐波Sl，并反饋給MCU; S4:MCU設定駐波門限，并判斷本次駐波值與門限值的大小;若本次檢測駐波值小于門 限值，MCU將鎖定此時頻率發生器的頻率;若本次檢測駐波值大于門限值，MCU將改變頻率發 生器的頻率，返回Sl，頻率變化步進為Δ f，且為單調變化;M⑶累計設置N次頻率，功率放大 器輸出的駐波值仍然大于門限值，判斷為結束掃描程序，檢查硬件。8. 根據權利要求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，經所述功率 放大器放大達到額定功率輸出至所述的第一耦合器，經所述第一耦合器的信號分成兩個部 分，第一部分信號作為功率放大器輸出功率的采樣信號送入第一檢波器，第二部分傳輸給 第二耦合器，并經第二耦合器直接到達射頻輸出端，然后給負載提供射頻能量，由負載反射 的射頻能量經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，經過比較得到電壓uo,并將Uo的值反饋給M⑶，M⑶根據Uo的值重新設定頻率發生 器和功率放大器的工作頻率。
【文檔編號】G05B19/042GK105955095SQ201610072779
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年2月2日
【發明人】施理
【申請人】廣州萊肯信息科技有限公司