CN103825589A - 一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，由电调衰减器模块、功分模块、两路功率放大模块、两路低通滤波器模块、检波模块、积分求和模块构成。本发明采取对单路发生信号采用功分模块产生双路微波信号并将电调衰减器模块设置在功分模块之前，只通过对其中一个通道采用定向耦合器耦合取样进行稳幅检波设计一套稳幅控制电路，为保证整机输出功率稳定不变，稳幅取样电路设置得靠近整机输出端，简化了设计，降低了成本，同时采取温度补偿设计可减少环境温度变化对稳幅控制的影响。
Description
技术领域
本发明涉及信号控制装置领域，具体为一种双通道微波湿度密度检测仪中的双通道输出微波信号源稳幅控制装置。
背景技术
影响微波信号源输出幅度的因素很多，环境、电源、负载等的变化都会造成输出幅度的变动。微波信号输出幅度的不稳定，会直接造成各项测量结果的不准确和不能重复，所以一般微波信号源都需要设计自动稳幅控制装置。稳幅的方法一般都采用负反馈自动控制环路。
目前的稳幅电路控制环路中，微波信号输入到压控衰减器，经射频放大电路放大，由功分电路或耦合器将部分功率分配到检波器，然后检波器输出的检波电压再与参考预置电压进行求和积分运算，形成的控制电压去调节压控衰减器的衰减量，组成一个负反馈环路，使微波信号功率恒定输出。
对于双通道微波信号源的实现，可以有两种方法：一种是采用两组完全独立的信号源，其优点是两路信号是独立的，若一路出了故障；缺点是主控模块需要对两路信号分别控制，增加了CPU的负担，同时使用器件数量也增加，降低了可靠性。第二种方法是单路发生信号，再经功分器产生双路微波信号后，对其分别进行放大稳幅处理，其优点是减轻了CPU的负担，增加了可靠性；缺点是要处理两路信号之间的干扰，共用电路出了故障，两路信号都无法使用。
针对上述两种双通道信号源的实现方式，传统稳幅设计一般采取每个输出通道单独设计一套稳幅控制电路，这就造成设计复杂、电路庞大、成本高、可靠性差，同时一般没有温度补偿，受环境温度变化影响大。
发明内容
本发明的目的是提供一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：包括电调衰减器模块，所述电调衰减器模块的输入端接收输入信号，并将输入信号的幅度调节至预置范围内；电调衰减器模块的输出端与一个功分模块的输入端连接，所述功分模块具有两路输出端，功分模块将电调衰减器模块送入的输入信号一分为二后，变为双通道信号并分别从两路输出端输出；功分模块每个输出端分别各自与一个功率放大模块输入端连接，两功率放大模块输出端分别各自与一个低通滤波模块的输入端连接，两功率放大模块分别补偿电调衰减器模块和功分模块的插入损耗，以及将输出功率放大到输出信号所需的功率范围，两低通滤波器模块分别滤除不希望出现的高噪声后，通过输出端发送输出信号；
其中一个低通滤波器模块的输出端还与一个检波模块的输入端连接，所述检波模块对输出信号进行定向耦合检波及对地检波；所述检波模块的输出端与一个积分求和运算模块的输入端连接，所述积分求和运算模块的输出端与电调衰减器模块的控制端连接，积分求和运算模块接收检波模块的定向耦合检波信号及对地检波信号，并进行积分求和运算变换为电调衰减器模块所需的电压控制信号后，将电压控制信号送入电调衰减器模块的控制端。
所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述的电调衰减器模块由电调衰减器和外部阻抗变换电路构成，其中外部阻抗变换电路是为了减少电调衰减器为一路控制并实现良好的宽带衰减特性, 利用外部运算放大器来实现宽带衰减器的有效阻抗匹配保持输入、输出均为50 Ω的特性阻抗；电调衰减器利用外部阻抗变换电路输出和积分求和运算模块输出两路电压信号的控制，接收输入信号，用于将所述输入信号的幅度调节到预置范围内。
所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述功分模块采用小封装尺寸贴装的功分集成电路实现将输入信号一分为二，变为双通道信号输出；在功分集成电路印制板绘制中，功分集成电路的两个通道输出走线严格等长且对两个通道的输出信号需加屏蔽保护，防止其相互串扰。
所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述功率放大模块由前级放大器和中功率放大器构成，其中的前级放大器用于补偿电调衰减器模块和功分模块的插入损耗；中功率放大器用于将输出功率放大到输出信号所需的功率范围。
所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述低通滤波器模块为印制板微带线绘制的7阶阶跃阻抗低通滤波器，用于滤除不希望出现的高频噪声，保持整机输出频谱的纯净。
所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述检波模块包括定向耦合器和一对高频检波二极管，所述的定向耦合器采用印制板微带线制作，用于将其中之一的低通滤波器输出信号取样检波进行稳幅；采用定向耦合器取样稳幅，即使信号源输出口反射系数较大，当有负载返回信号源的波欲再次反射出去时，即能为稳幅环路的检波器所吸收，并由环路的功能对之产生抵消作用，使有效的源反射减小，从而改进信号源的匹配；一对高频检波二极管分别用于对定向耦合器输出信号检波和对地检波，通过后端的积分运算模块两者相减，即可消除温度变化对稳幅控制的影响。
所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：积分求和模块包括温补求和电路和预置参考积分求和电路，检波模块中高频检波二极管对经定向耦合器取样后，信号检波后的电压和高频二极管对地检波后的电压一起送入求和积分模块中温补求和电路的输入端，两个检波电压输出值相减可以获得去除温度变化影响的稳幅检波电压，就可以大大减少温度变化对稳幅检波的影响，从而减少了对稳幅控制的影响；预置参考积分求和电路接收温补求和电路输出的电压与预置参考电压进行求和积分运算变换输出电压反馈控制电调衰减器模块，组成负反馈环路，微波信号功率恒定输出。
本发明提供了一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，满足双通道微波湿度密度检测仪的结构和性能要求，采取对单路发生信号采用功分模块产生双路微波信号并将电调衰减器模块设置在功分模块之前，只通过对其中一个通道采用定向耦合器耦合取样进行稳幅检波设计一套稳幅控制电路，为保证整机输出功率稳定不变，稳幅取样电路设置得靠近整机输出端，简化了设计，降低了成本，同时采取温度补偿设计可减少环境温度变化对稳幅控制的影响。
本发明的有益效果为：
本发明满足双通道微波湿度密度检测仪的结构和性能要求，采取对单路发生信号采用功分模块产生双路微波信号并将电调衰减器模块设置在功分器之前，只通过对其中一个通道采用定向耦合器耦合取样进行稳幅检波设计一套稳幅控制电路，为保证整机输出功率稳定不变，稳幅取样电路设置得靠近整机输出端，简化了设计，降低了成本，同时采取温度补偿设计可减少环境温度变化对稳幅控制的影响。
附图说明
图1为本发明的双通道输出微波信号源稳幅控制装置示意图。
图2为本发明的电调衰减器模块结构框图。
图3为本发明的功分模块印制板布局示意图。
图4为本发明的功率放大模块结构框图。
图5为本发明的低通滤波器模块示意图及仿真效果图。
图6为本发明的检波模块结构框图。
图7为本发明的求和积分模块结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，该稳幅控制装置包括：电调衰减器模块101、功分模块102、功率放大模块103和104、低通滤波器模块105和106、检波模块107及积分求和运放模块108。前端VCO输出的微波信号源接入电调衰减器模块101，电调衰减器模块101的作用是接收输入信号，用于将所述输入信号的幅度调节到预置范围内；电调衰减器模块101的输出接入功分模块102，用于将输入的微波信号源一分为二，变为双通道信号输出；功分模块102的两路输出分别接入功率放大模块103和104，功率放大模块103和104用于补偿电调衰减器模块和功分模块的插入损耗及将输出功率放大到输出信号所需的功率范围；功率放大模块103和104的输出分别接入低通滤波器模块105和106，低通滤波器模块105和106用于滤除不希望出现的高频噪声，使微波信号源信号的输出频谱更为纯净；任意选取低通滤波器模块105和106中之一接入检波模块107都可完成稳幅检波，本实施例中选取低通滤波器模块106的输出接入检波模块107，检波模块107用于对通道2输出微波信号源信号进行定向耦合检波及对地检波；通过检波模块107的输出信号接入积分求和运算模块108，与预置参考电压进行求和积分运算变换输出电压反馈控制电调衰减器模块101，组成负反馈环路，微波信号功率恒定输出。当检波电压大于预置电压时，即微波信号功率大于预置功率，经求和电路后，负反馈电压变小，电调衰减器衰减量变大，输出信号功率变小，直至求和电路平衡，输出功率稳定；当检波电压小于预置电压时，即微波信号功率小于预置功率，经求和电路后，负反馈电压变大，电调衰减器衰减量变小，输出信号功率变大，直至求和电路平衡，输出功率稳定。利用求和积分电路平衡性，组成负反馈稳幅环路，可使输出信号保持恒定。
如图2所示，电调衰减器模块101包括：电调衰减器201和外部阻抗变换电路202。输入的微波源信号接入电调衰减器201，用于将所述输入信号的幅度调节到预置范围内；外部阻抗变换电路202的输出端分别接入电调衰减器201的I和V1控制端，是为了简化电调衰减器201为一路控制并实现良好的宽带衰减特性, 利用外部运算放大器来实现宽带衰减器的有效阻抗匹配保持输入、输出均为50 Ω的特性阻抗。
如图3所示，功分模块102包括功分集成电路301和屏蔽腔体302、303。电调衰减器模块101输出端接入功分集成电路301，采用小封装尺寸贴装的功分集成电路实现将输入微波源信号一分为二，变为双通道信号输出；功分集成电路301输出的双通道信号通路在印制板绘制时除需严格等长，减少因走线对两个通道的输出信号的功率带来影响，并且需分别加上屏蔽腔体302和303，防止其相互串扰。
如图4所示，以功率放大器模块104为例说明，包括；前级放大器401和中功率放大器402。功分模块的输出端接入前级放大器401的输入端，用于补偿电调衰减器模块和功分模块的插入损耗；前级放大器401的输出端接入中功率放大器402上网输入端，用于将输出功率放大到输出信号所需的功率范围。
如图5所示，以低通滤波器模块106为例说明。功率放大模块104的输出端接入低通滤波器模块106的输入端，采用印制板微带线绘制的阶跃阻抗低通滤波器，用于滤除不希望出现的高频噪声。
如图6所示，检波模块107包括定向耦合器601及一对高频检波二极管602和603。低通滤波器模块106输出端接入检波模块的输入端，高频检波二极管602对经定向耦合器601取样后信号检波后的电压和高频二极管603对地检波后的电压一起送入求和积分模块108。 定向耦合器601作用在于为后端稳幅检波的高频检波二极管602对低通滤波器模块106输出的微波信号取样；采用一对高频检波二极管602和603，两个高频检波二极管602和603之间需隔离减少相互串扰，这里专门设计一个高频检波二极管603用于对地检波。
如图7所示，积分求和模块108包括：温补求和电路701和预置参考积分求和电路702。检波模块107中，高频检波二极管602对经定向耦合器601取样后信号检波后的电压和高频二极管603对地检波后的电压一起送入求和积分模块108中温补求和电路的输入端，两个检波电压输出值相减可以获得去除温度变化影响的稳幅检波电压，就可以大大减少温度变化对稳幅检波的影响，从而减少了对稳幅控制的影响；预置参考积分求和电路702接收温补求和电路701输出的电压与预置参考电压进行求和积分运算变换输出电压反馈控制电调衰减器模块101，组成负反馈环路，微波信号功率恒定输出。
Claims (7)
1.一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：包括电调衰减器模块，所述电调衰减器模块的输入端接收输入信号，并将输入信号的幅度调节至预置范围内；电调衰减器模块的输出端与一个功分模块的输入端连接，所述功分模块具有两路输出端，功分模块将电调衰减器模块送入的输入信号一分为二后，变为双通道信号并分别从两路输出端输出；功分模块每个输出端分别各自与一个功率放大模块输入端连接，两功率放大模块输出端分别各自与一个低通滤波模块的输入端连接，两功率放大模块分别补偿电调衰减器模块和功分模块的插入损耗，以及将输出功率放大到输出信号所需的功率范围，两低通滤波器模块分别滤除不希望出现的高噪声后，通过输出端发送输出信号；
其中一个低通滤波器模块的输出端还与一个检波模块的输入端连接，所述检波模块对输出信号进行定向耦合检波及对地检波；所述检波模块的输出端与一个积分求和运算模块的输入端连接，所述积分求和运算模块的输出端与电调衰减器模块的控制端连接，积分求和运算模块接收检波模块的定向耦合检波信号及对地检波信号，并进行积分求和运算变换为电调衰减器模块所需的电压控制信号后，将电压控制信号送入电调衰减器模块的控制端。
2.根据权利要求1所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述的电调衰减器模块由电调衰减器和外部阻抗变换电路构成，其中外部阻抗变换电路是为了减少电调衰减器为一路控制并实现良好的宽带衰减特性, 利用外部运算放大器来实现宽带衰减器的有效阻抗匹配保持输入、输出均为50 Ω的特性阻抗；电调衰减器利用外部阻抗变换电路输出和积分求和运算模块输出两路电压信号的控制，接收输入信号，用于将所述输入信号的幅度调节到预置范围内。
3.根据权利要求1所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述功分模块采用小封装尺寸贴装的功分集成电路实现将输入信号一分为二，变为双通道信号输出；在功分集成电路印制板绘制中，功分集成电路的两个通道输出走线严格等长且对两个通道的输出信号需加屏蔽保护，防止其相互串扰。
4.根据权利要求1所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述功率放大模块由前级放大器和中功率放大器构成，其中的前级放大器用于补偿电调衰减器模块和功分模块的插入损耗；中功率放大器用于将输出功率放大到输出信号所需的功率范围。
5.根据权利要求1所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述低通滤波器模块为印制板微带线绘制的7阶阶跃阻抗低通滤波器，用于滤除不希望出现的高频噪声，保持整机输出频谱的纯净。
6.根据权利要求1所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：所述检波模块包括定向耦合器和一对高频检波二极管，所述的定向耦合器采用印制板微带线制作，用于将其中之一的低通滤波器输出信号取样检波进行稳幅；采用定向耦合器取样稳幅，即使信号源输出口反射系数较大，当有负载返回信号源的波欲再次反射出去时，即能为稳幅环路的检波器所吸收，并由环路的功能对之产生抵消作用，使有效的源反射减小，从而改进信号源的匹配；一对高频检波二极管分别用于对定向耦合器输出信号检波和对地检波，通过后端的积分运算模块两者相减，即可消除温度变化对稳幅控制的影响。
7.根据权利要求1所述的一种双通道输出微波信号源稳幅控制装置，其特征在于：积分求和模块包括温补求和电路和预置参考积分求和电路，检波模块中高频检波二极管对经定向耦合器取样后，信号检波后的电压和高频二极管对地检波后的电压一起送入求和积分模块中温补求和电路的输入端，两个检波电压输出值相减可以获得去除温度变化影响的稳幅检波电压，就可以大大减少温度变化对稳幅检波的影响，从而减少了对稳幅控制的影响；预置参考积分求和电路接收温补求和电路输出的电压与预置参考电压进行求和积分运算变换输出电压反馈控制电调衰减器模块，组成负反馈环路，微波信号功率恒定输出。
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