CN101582684B - 一种微波激励源 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于微波技术领域，提供了一种微波激励源，主要包括由调节电压控制电路、压控晶体振荡器和固态振荡器组成的频率综合器、频率计、调制器、调整控制器、微波脉冲功率放大器、可变衰减器、定向耦合器、检波器及功率指示器等，可以实现同时具备：输出功率在40W到200W的范围内连续各调、输出信号的频率稳定度达到(5×10-6)、输出信号的频率调节范围大于或等于4MHz、激励源本身应实时指示输出频率和输出功率、相位噪声低且杂波抑制能力高这几种特性。
Description
技术领域
本发明属于微波技术领域，尤其涉及一种微波激励源。
背景技术
电子直线加速器是利用高功率射频电磁场按直线轨道，将电子加速，以提高电子能量的装置。电子直线加速器按应用能区的不同分为低能机（4—6MeV）、中能机（8—14MeV）、高能机（15—25MeV）。在低能机和部分中能机中高功率微波是由磁控管自激振荡器产生，而在部分中能机和高能机中高功率微波是由速调管放大器将微波激励源输出的小功率信号放大后产生的。
电子直线加速器若按加速方式可分为驻波加速器和行波加速器。对于高能驻波电子直线加速器而言，要求高功率微波源的微波激励源应具有以下特性：1、激励源输出功率在40W到200W的范围内连续可调；2、激励源输出信号的频率稳定度要达到（ 
）；3、激励源输出信号的频率调节范围要大于或等于4MHz；4、激励源本身应带有准确的实时频率指示装置和输出功率指示装置；5、激励源本身应具有较低的相位噪声和较高的杂波抑制能力。目前还没有能够完全具备这5项特性的微波激励源。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种微波激励源，旨在解决现有的微波激励源不能完全具备上述5项特性的问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种微波激励源，包括依次连接的频率综合器、调制器、微波脉冲功率放大器、可变衰减器、定向耦合器、检波器、功率指示器，以及与频率综合器和调制器连接的调制控制器、与频率综合器连接的频率计；所述频率综合器由依次连接的调节电压控制电路、压控晶体振荡器和固态振荡器组成；所述压控晶体振荡器用于在调节电压控制电路输出电压的控制下输出一定频率的信号，所述固态振荡器用于基于压控晶体振荡器的输出信号输出更高频率的信号并对输出信号和输入信号进行鉴相；所述调制器用于将固态振荡器的输出信号调制成脉冲信号；所述调制控制器用于根据固态振荡器的锁相状态控制调制器进行调制；所述微波脉冲功率放大器用于对调制器输出的脉冲信号进行功率放大；所述可变衰减器用于调节激励源的输出功率；所述检波器用于从定向耦合器中提取峰值功率信号，进行线性检波并输出电压信号；所述功率指示器用于根据检波器输出的电压信号显示激励源的输出峰值功率；所述频率计用于根据固态振荡器环路锁定时输出信号的频率指示激励源输出信号的频率；所述定向耦合器用于对可变衰减器调节后输出的信号进行耦合后最终输出高功率微波源信号。
所述微波激励源还包括与所述微波脉冲功率放大器连接的放大控制器，用于监测所述微波脉冲功率放大器中进行放大的脉冲信号的脉宽及峰均比，并在该脉冲信号超宽/超比时控制微波脉冲功率放大器停止放大。
所述放大控制器还用于在所述脉冲信号超宽/超比时输出指示信号，所述微波激励源还包括与所述放大控制器连接的超宽/超比连锁指示器，用于根据所述放大控制器输出的指示信号进行超宽/超比指示。
所述固态振荡器还用于在环路失锁时输出失锁信号，所述微波激励源还包括与所述调制控制器连接的失锁指示器，所述调制控制器还用于根据固态振荡器输出的失锁信号控制所述失锁指示器进行失锁指示。
本发明的突出优点是：本发明通过包括由调节电压控制电路、压控晶体振荡器和固态振荡器组成的频率综合器、频率计、调制器、调整控制器、微波脉冲功率放大器、可变衰减器、定向耦合器、检波器及功率指示器等，可以实现同时具备：输出功率在40W到200W的范围内连续各调、输出信号的频率稳定度达到（）、输出信号的频率调节范围大于或等于4MHz、激励源本身应实时指示输出频率和输出功率、相位噪声低且杂波抑制能力高这几种特性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的微波激励源的实现结构图；
图2是本发明实施例提供的微波激励源中固态振荡器的实现结构图；
图3是本发明优选实施例提供的微波激励源的实现结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的微波激励源的实现结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
所述微波激励源主要包括频率综合器12、频率计11、调制器13、调整控制器15、微波脉冲功率放大器14、可变衰减器16、定向耦合器17、检波器18及功率指示器19。
其中，频率综合器12由调节电压控制电路121、压控晶体振荡器122和固态振荡器123组成。调节电压控制电路121和压控晶体振荡器122组成频率综合器12的频率参考源，压控晶体振荡器122在调节电压控制电路121输出的电压控制下输出一定频率（设为fr）的信号（设为Vr），通过改变调节电压控制电路121输出的电压，即可改变频率参考源的输出信号的频率。
在本发明实施例中，固态振荡器123的实现结构如图2所示。
压控振荡器输出的频率为f的信号V0经功率分配器1耦合后，其中一路依次送至匹配器、放大器1和分频器1组成的前置分频电路，衰减器、放大器2、分频器2和分频器3组成的主分频电路进行分频，再经放大器3、功率分配器2和整形电路2放大、耦合和整形后得到频率为fs的信号Vs，设分频器1、分频器2、分频器3的分频比分别为M1、M2、M3，则fs和f应满足：fs=（M3M2M1）f。
分频后得到的信号Vs和频率参考源输出并经整形电路1整形后的信号Vr送至双D鉴相器。当Vs和Vr两个信号的频率不相同时，即fs≠fr，两信号之间必定存在瞬时相位差ΔΦ。
信号Vs的瞬时相位Φs为：Φs=2πfst－Φs0，信号Vr的瞬时相位Φr为：Φr=2πfrt－Φr0，其中，Φs0、Φr0分别为信号Vs、Vr的初始相位，且均为常数，则：
ΔΦ=Φr－Φs=2π(fr－fs)t－(Φr0－Φs0)，对该式两边求导数可得：Δf= fr－fs =dΔΦ/dt
从上式可看出，当ΔΦ为常数或零时，频差Δf为零，即fs=fr。
数字锁相式固态振荡器中的双D鉴相器将两个输入信号之间存在的瞬时相位差ΔΦ转换为一电压信号。该电压信号经环路滤波器滤除其中的交流成分后得到一直流误差电压信号，用这直流误差电压信号来改变压控振荡器输出信号的频率f, 直到瞬时相位差ΔΦ为一常数或为零，当环路达到这种状态时，称之为环路锁定，此时，频率综合器12输出信号的频率f为：f=fr/（M1M2M3），即与压控振荡器的输出信号的频率相同。从该式可看出，通过改变压控晶体振荡器122的输出信号的频率，即可相应地改变频率综合器12的输出信号的频率，从而实现改变微波激励源输出信号的频率，根据所采用的频率参考源，可以实现激励源输出信号的频率调节范围大于或等于4MHz。
微波激励源输出信号的频率F等于频率综合器12输出信号的频率，因此微波激励源输出信号的频率稳定度为：ΔF/F=Δf/f=Δfr/fr；从该式可看出微波激励源输出信号的频率稳定度等于参考源输出信号的频率稳定度。根据所采用的频率参考源，微波激励源输出信号的频率稳定度ΔF/F可达到（
）。
在固态振荡器123中，由于采用了双D鉴相器、一阶有源环路滤波器，使固态振荡器123具有自动鉴频特性和较高的杂波抑制特性，因此使得频率综合器12的输出信号具有较低的相位噪声及较高的稳定性和杂波抑制能力。
在所述固态振荡器123达到环路锁定时，将触发调制控制器15控制调制器13将压控振荡器输出的频率为f的信号V0经功率分配器1耦合及放大器F1放大后的输出信号调制成脉冲信号。该脉冲信号依次经微波脉冲功率放大器14放大、可变衰减器16输出调节及定向耦合器17耦合后，最终输出高功率微波源。所述微波脉冲功率放大器14采用全固态形式，包括依次连接的微波前置放大器、微波中功率放大器及末级功率放大器，输入的微波脉冲信号经过1W放大器的放大，从而产生可以推动下一级的微波信号，再经过放大、分配、放大、合成，最后输出为大于350W的脉冲微波信号。通过可变衰减器16则可以实现激励源输出功率在40W到200W的范围内连续可调。
另一方面，当固态振荡器123环路锁定时，频率综合器12输出信号的频率与放大器3输出信号的频率成整数倍关系，因此，将放大器3输出信号经功率分配器2耦合及放大器F2放大后，作为频率指示信号输入至频率计11，从而通过频率计11即可实时指示微波激励源输出信号的频率。
检波器18在微波激励源输出端的定向耦合器17中提取峰值功率信号P，经线性检波后输出电压
至功率指示器19。由于检波器18的输出电压与峰值功率信号P满足：
，其中k为比例常数，功率指示器19根据检波器18的输出电压，通过内含的乘法器电路即可实现实时指示微波激励源的输出峰值功率。
在本发明实施例中，上述压控晶体振荡器122与固态振荡器123中的压控振荡器的中心振荡频率分别为2.856MHz和2856MHz，分频器1、分频器2、分频器3的分频比均为1/10。
图3示出了本发明的优选实施例提供的微波激励源的实现结构，在本发明实施例中，所述微波激励源还包括与微波脉冲功率放大器14连接的放大控制器31、超宽/超比连锁指示器32，及与调制控制器15连接的失锁指示器33。
放大控制器31对进入微波脉冲功率放大器14的脉冲信号的脉宽及峰均比进行监测，当该脉冲信号超宽/超比时，则控制微波脉冲功率放大器14停止对脉冲信号进行放大，并输出指示信号至超宽/超比连锁指示器32进行指示，从而可以对微波脉冲功率放大器14进行保护。
在所述固态振荡器123失锁时，固态振荡器123中的双D鉴相器将输出失锁信号至调制控制器15，调制控制器15则控制失锁指示器33发出失锁指示。
本发明实施例提供的微波激励源通过包括由调节电压控制电路、压控晶体振荡器和固态振荡器组成的频率综合器、频率计、调制器、调整控制器、微波脉冲功率放大器、可变衰减器、定向耦合器、检波器及功率指示器等，可以实现同时具备：输出功率在40W到200W的范围内连续各调、输出信号的频率稳定度达到（
）、输出信号的频率调节范围大于或等于4MHz、激励源本身应实时指示输出频率和输出功率、相位噪声低且杂波抑制能力高这几种特性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种微波激励源，其特征在于，包括依次连接的频率综合器、调制器、微波脉冲功率放大器、可变衰减器、定向耦合器、检波器、功率指示器，以及与频率综合器和调制器连接的调制控制器、与频率综合器连接的频率计；所述频率综合器由依次连接的调节电压控制电路、压控晶体振荡器和固态振荡器组成；所述压控晶体振荡器用于在调节电压控制电路输出电压的控制下输出一定频率的信号，所述固态振荡器用于基于压控晶体振荡器的输出信号输出更高频率的信号并对输出信号和输入信号进行鉴相；所述调制器用于将固态振荡器的输出信号调制成脉冲信号；所述调制控制器用于根据固态振荡器的锁相状态控制调制器进行调制；所述微波脉冲功率放大器用于对调制器输出的脉冲信号进行功率放大；所述可变衰减器用于调节激励源的输出功率；所述检波器用于从定向耦合器中提取峰值功率信号，进行线性检波并输出电压信号；所述功率指示器用于根据检波器输出的电压信号显示激励源的输出峰值功率；所述频率计用于根据固态振荡器环路锁定时输出信号的频率指示激励源输出信号的频率；所述定向耦合器用于对可变衰减器调节后输出的信号进行耦合后最终输出高功率微波源信号。
2.如权利要求1所述的微波激励源，其特征在于，所述微波激励源还包括与所述微波脉冲功率放大器连接的放大控制器，用于监测所述微波脉冲功率放大器中进行放大的脉冲信号的脉宽及峰均比，并在该脉冲信号超宽/超比时控制微波脉冲功率放大器停止放大。
3.如权利要求2所述的微波激励源，其特征在于，所述放大控制器还用于在所述脉冲信号超宽/超比时输出指示信号，所述微波激励源还包括与所述放大控制器连接的超宽/超比连锁指示器，用于根据所述放大控制器输出的指示信号进行超宽/超比指示。
4.如权利要求1所述的微波激励源，其特征在于，所述固态振荡器还用于在环路失锁时输出失锁信号，所述微波激励源还包括与所述调制控制器连接的失锁指示器，所述调制控制器还用于根据固态振荡器输出的失锁信号控制所述失锁指示器进行失锁指示。
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