CN107681984B - 一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路及其保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路及其保护方法。该保护电路包括双定向耦合器、同轴衰减器、检波器、运算放大电路、电压比较电路和故障锁存电路。所述双定向耦合器，其正向输入端接射频输入信号，其正向输出端接射频输出，其正向耦合端接功率检测电路，其反向耦合端接同轴衰减器的输入端。所述同轴衰减器的输出端接检波器的输入端。所述检波器的输出端接运算放大电路的输入端。所述运算放大电路的输出端接电压比较电路的输入端。所述电压比较电路的输出端接故障锁存电路的输入端。本发明能够解决现有技术中存在的不足，在功放输出端反射信号过大时，对功放系统进行实时保护。
Description
技术领域
本发明涉及功放系统技术领域，具体涉及一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路及其保护方法。
背景技术
在微波系统中，在输出功率超过2W的功率放大器的实际电路应用中，由于负载开路、短路、或失配，功放输出端口呈现比较高的反射信号分布，使射频能量不能有效的传输出去，大部分能量转换成热能，造成热积累，这一方面降低了功放效率，另一方面，将造成功放热烧毁。因此，需要对功放系统进行反射信号过大保护。现有的反射波过大保护电路主要是通过“正反向检波+电压放大与延时+正反电压比较”来进行反射信号过大保护，当反向电压与正向电压的比值超过一定值后，启动保护，这种保护方式存在以下不足：一、传统检波模块的上升下降沿较慢，不适合窄脉冲；二、传统检波模块的延时电路会导致不适应脉冲信号或变占空比的脉冲信号；三、传统的模拟检测保护电路所需元器件较多，成本较高，响应时间较长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路及其保护方法，以解决现有技术中存在的不足，在功放输出端反射信号过大时，对功放系统进行实时保护。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路，包括双定向耦合器、同轴衰减器、检波器、运算放大电路、电压比较电路和故障锁存电路。
所述双定向耦合器，其正向输入端接射频输入信号，其正向输出端接射频输出，其正向耦合端接功率检测电路，其反向耦合端接同轴衰减器的输入端。所述同轴衰减器的输出端接检波器的输入端；所述检波器的输出端接运算放大电路的输入端；所述运算放大电路的输出端接电压比较电路的输入端；所述电压比较电路的输出端接故障锁存电路的输入端。
进一步的，还包括设置在检波器与运算放大电路之间的滤波电路，所述滤波电路包括电阻R1、电阻R4、电容C3和钳位二极管V1；所述钳位二极管V1的阳极经电阻R1接检波器的输出端，阴极接地；所述电阻R4与电容C3并联后，一端与钳位二极管V1的阳极相连，另一端接地。
进一步的，所述运算放大电路包括运算放大器N1、电阻R2、电阻R3和电阻R5；所述运算放大器N1，其反相输入端经电阻R2接钳位二极管V1的阳极，其反相输入端接电阻R5的一端，其同相输入端经电阻R3接地；所述电阻R5的另一端与运算放大器N1的输出端相连后作为运算放大电路的输出端；所述运算放大器采用型号为LM7171的超高速运算放大器。
进一步的，所述电压比较电路包括电压比较器N2、电阻R6、可调电阻RP1、电容C4、电容C7和电容C8；所述电压比较器N2，其同相输入端接运算放大电路的输出端，其反相输入端分别接可调电阻RP1的调节端、电容C7的一端，其输出端经电阻R6接电源，其输出端还经电容C8接地，其输出端还作为电压比较电路的输出端；所述电容C4并联在可调电阻RP1的两端，可调电阻RP1的一端接电源，另一端接地；所述电容C7的另一端接地；所述电压比较器N2的型号为LM311P。
进一步的，所述故障锁存电路包括锁存器N3、电阻R7和发光二极管V2；所述锁存器N3的型号为CD40BB，其S端接电压比较电路的输出端，其R端接复位信号，其输出端经电阻R7接发光二极管V2的阳极；所述发光二极管V2的阴极接地。
本发明还涉及一种上述保护电路的保护方法，该方法包括以下步骤：
（1）射频信号通过双定向耦合器的正向输出端到射频负载输出，双定向耦合器的正向耦合端连接功率检测电路，功率检测电路对输出信号的功率大小进行检测；当双定向耦合器的正向输出端有反射信号时，反射信号经双定向耦合器的反向耦合端衰减后输入至同轴衰减器。
（2）同轴衰减器将双定向耦合器反向耦合端输出的反射信号衰减到可调范围内。
（3）经同轴衰减器衰减后的反射信号，经检波器检波解调后，形成可检测的负脉冲信号。
（4）滤波电路用于去除经检波器处理后的信号中的甚高频信号和杂波信号。
（5）经过滤波电路处理后的信号进入到运算放大电路中，运算放大电路对该信号进行放大，放大后的信号进入到电压比较电路。
（6）电压比较电路将运算放大电路输出的信号与电压比较器的基准电压进行比较，当该信号的电压电平大于基准电压时，电压比较器的输出端输出高电平至故障锁存器的S端。
（7）当故障锁存电路中的锁存器的S端为高电平，R端为低电平时，锁存器的输出端为高电平，发光二极管点亮，进行报警。
和现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明采用毫米波的双定向耦合器，入射信号和反射信号被隔离，耦合输出端也完全隔离，减少了信号干扰，也减少了微波器件的数量，降低了成本。
（2）本发明采用的LM7171超高速运算放大器，是具有超高速、高输出电流特点的电压反馈放大器，可最小检测出0.2μs的脉冲信号。
（3）本发明采用的LM311P高灵活电压比较器，其响应时间可达200ns，可实时检测电压信号，相应时间更短。
（4）本发明所述的保护电路采用先衰减后放大的设计思想，在保持信号特征的基础上有效抑制了反射信号中的杂波信号，并减少了开关二极管的使用数量，降低了因多个开关二极管串联产生的寄生电容对信号调理系统带宽的影响。
附图说明
图1是本发明的电路原理图；
图2是滤波电路、运算放大器、电压比较器及故障锁存电路的电路原理图；
图3是双定向耦合器的工作原理示意图。
其中：
1、双定向耦合器，2、同轴衰减器，3、检波器，4、运算放大电路，5、电压比较电路，6、故障锁存电路，7、滤波电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-图2所示的一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路，包括双定向耦合器1、同轴衰减器2、检波器3、运算放大电路4、电压比较电路5和故障锁存电路6。
所述双定向耦合器1，其正向输入端接射频输入信号，其正向输出端接射频输出，其正向耦合端接功率检测电路，其反向耦合端接同轴衰减器的输入端。所述检波器3的输出端接运算放大电路4的输入端。所述运算放大电路4的输出端接电压比较电路5的输入端。所述电压比较电路5的输出端接故障锁存电路6的输入端。
进一步的，所述运算放大电路4包括运算放大器N1、电阻R2、电阻R3和电阻R5。所述运算放大器N1，其反相输入端经电阻R2接钳位二极管V1的阳极，其反相输入端接电阻R5的一端，其正相输入端经电阻R3接地；所述电阻R5的另一端与运算放大器N1的输出端相连后作为运算放大电路的输出端。所述运算放大器N1采用型号为LM7171的超高速运算放大器。本发明采用的运算放大器LM7171的带宽可达200MHz，输出电流高达100mA，85dB的高开环增益，转换速率高达4100V/μs，可快速对信号进行放大处理。所述电阻R2、R3和R5组成电压放大比例电路，调整适当的比例值，使放大的电压信号在需求范围内。经运算放大电路放大后的电压信号接入电压比较器的同相输入端。
进一步的，还包括设置在检波器3与运算放大电路4之间的滤波电路7。所述滤波电路7包括电阻R1、电阻R4、电容C3和钳位二极管V1。所述钳位二极管V1的阳极经电阻R1接检波器的输出端，阴极接地。所述电阻R4与电容C3并联后，一端与钳位二极管V1的阳极相连，另一端接地。所述滤波电路7，用于去除信号中的甚高频信号和一些杂波信号。当电压信号过大时，钳位二极管V1可直接导通接地，防止烧毁电路芯片。
进一步的，所述电压比较电路5包括电压比较器N2、电阻R6、可调电阻RP1、电容C4、电容C7和电容C8。所述电压比较器N2，其同相输入端接运算放大电路的输出端，其反相输入端分别接可调电阻RP1的调节端、电容C7的一端，其输出端经电阻R6接电源，其输出端还经电容C8接地，其输出端还作为电压比较电路的输出端；所述电容C4并联在可调电阻RP1的两端，可调电阻RP1的一端接电源，另一端接地；所述电容C7的另一端接地。所述电压比较器N2的型号为LM311P。本发明采用的电压比较器LM311P的响应时间可达200ns，可实时检测过压信号，快速进行故障锁存，及时反馈给控制器。根据微波系统中的整体应用，预先确定出反射波的保护区间，调整好电压比较电路中的电压基准参考值。若反射信号过大，则采样电压电平大于基准电压，电压比较器输出高电平至锁存器的S端。
进一步的，所述故障锁存电路包括锁存器N3、电阻R7和发光二极管V2。所述锁存器N3的型号为CD40BB，其S端接电压比较电路的输出端，其R端接复位信号，其输出端经电阻R7接发光二极管V2的阳极；所述发光二极管V2的阴极接地。锁存器N3的复位信号为高电平有效，当锁存器N3的S端为高电平，R端为低电平时，其输出端为高电平，此时，发光二极管V2点亮，进行反射信号过大报警。
本发明还涉及一种上述保护电路的保护方法，该方法包括以下步骤：
（1）射频信号通过双定向耦合器的正向输出端到射频负载输出，双定向耦合器的正向耦合端连接功率检测电路，功率检测电路对输出信号的功率大小进行检测；当双定向耦合器的正向输出端有反射信号时，反射信号经双定向耦合器的反向耦合端衰减后输入至同轴衰减器。
（2）同轴衰减器将双定向耦合器反向耦合端输出的反射信号衰减到可调范围内。
（3）经同轴衰减器衰减后的反射信号，经检波器检波解调后，形成可检测的负脉冲信号。
（4）滤波电路用于去除经检波器处理后的信号中的甚高频信号和杂波信号。
（5）经过滤波电路处理后的信号进入到运算放大电路中，运算放大电路对该信号进行放大，放大后的信号进入到电压比较电路。
（6）电压比较电路将运算放大电路输出的信号与电压比较器的基准电压进行比较，当该信号的电压电平大于基准电压时，电压比较器的输出端输出高电平至故障锁存器的S端。
（7）当故障锁存电路中的锁存器的S端为高电平，R端为低电平时，锁存器的输出端为高电平，发光二极管点亮，进行报警。
本发明检测的是毫米波的反射信号，频率在30GHz以上，故采用双定向耦合器，其隔离度高，可达30dB，稳定性好，且耦合或分流具有方向性，适合高频反射信号的隔离检测。双定向耦合器的工作原理示意图如图3所示，其中，A和B端为主线端，当信号从A端输入时，耦合信号从C端输出，D端没有输出；当信号从B端输入时，耦合信号从D端输出，C端没有输出。
本发明的工作原理：
根据微波系统的整体应用，预先确定出反射波的保护区间，调整好电压比较电路中的基准电压参考值。当采样的反射信号经过检波、滤波处理后，运用LM7171超高速运算放大器，快速实现最小0.2μs的脉冲信号放大，并通过实时监测的电压比较器，与设定的基准电压门限值进行比较，采用故障锁存器快速故障锁存。当系统监测到故障信号后，及时关断功放系统，起到保护功放系统的作用。
综上所述，本发明能够在功放输出端反射信号过大时，快速实现脉宽200ns的反射信号的过大保护功能，及时停止功放系统工作，并通过故障锁存电路中的发光二极管作为指示灯报警，提醒值守人员及时进行排查，保证功放系统及时恢复正常工作。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路的保护方法，其特征在于：该保护电路包括双定向耦合器、同轴衰减器、检波器、运算放大电路、电压比较电路和故障锁存电路；
所述双定向耦合器，其正向输入端接射频输入信号，其正向输出端接射频输出，其正向耦合端接功率检测电路，其反向耦合端接同轴衰减器的输入端；所述同轴衰减器的输出端接检波器的输入端；所述检波器的输出端接运算放大电路的输入端；所述运算放大电路的输出端接电压比较电路的输入端；所述电压比较电路的输出端接故障锁存电路的输入端；
该保护电路的保护方法包括以下步骤：
（1）射频信号通过双定向耦合器的正向输出端到射频负载输出，双定向耦合器的正向耦合端连接功率检测电路，功率检测电路对输出信号的功率大小进行检测；当双定向耦合器的正向输出端有反射信号时，反射信号经双定向耦合器的反向耦合端衰减后输入至同轴衰减器；
（2）同轴衰减器将双定向耦合器反向耦合端输出的反射信号衰减到可调范围内；
（3）经同轴衰减器衰减后的反射信号，经检波器检波解调后，形成可检测的负脉冲信号；
（4）滤波电路用于去除经检波器处理后的信号中的甚高频信号和杂波信号；
（5）经过滤波电路处理后的信号进入到运算放大电路中，运算放大电路对该信号进行放大，放大后的信号进入到电压比较电路；
（6）电压比较电路将运算放大电路输出的信号与电压比较器的基准电压进行比较，当该信号的电压电平大于基准电压时，电压比较器的输出端输出高电平至故障锁存器的S端；
（7）当故障锁存电路中的锁存器的S端为高电平，R端为低电平时，锁存器的输出端为高电平，进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路的保护方法，其特征在于：还包括设置在检波器与运算放大电路之间的滤波电路，所述滤波电路包括电阻R1、电阻R4、电容C3和钳位二极管V1；所述钳位二极管V1的阳极经电阻R1接检波器的输出端，阴极接地；所述电阻R4与电容C3并联后，一端与钳位二极管V1的阳极相连，另一端接地。
3.根据权利要求2所述的一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路的保护方法，其特征在于：所述运算放大电路包括运算放大器N1、电阻R2、电阻R3和电阻R5；所述运算放大器N1，其反相输入端经电阻R2接钳位二极管V1的阳极，其反相输入端接电阻R5的一端，其正相输入端经电阻R3接地；所述电阻R5的另一端与运算放大器N1的输出端相连后作为运算放大电路的输出端；所述运算放大器采用型号为LM7171的超高速运算放大器。
4.根据权利要求3所述的一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路的保护方法，其特征在于：所述电压比较电路包括电压比较器N2、电阻R6、可调电阻RP1、电容C4、电容C7和电容C8；所述电压比较器N2，其同相输入端接运算放大电路的输出端，其反相输入端分别接可调电阻RP1的调节端、电容C7的一端，其输出端经电阻R6接电源，其输出端还经电容C8接地，其输出端还作为电压比较电路的输出端；所述电容C4并联在可调电阻RP1的两端，可调电阻RP1的一端接电源，另一端接地；所述电容C7的另一端接地；所述电压比较器N2的型号为LM311P。
5.根据权利要求4所述的一种毫米波快脉冲反射过大实时保护电路的保护方法，其特征在于：所述故障锁存电路包括锁存器N3、电阻R7和发光二极管V2；所述锁存器N3的型号为CD40BB，其S端接电压比较电路的输出端，其R端接复位信号，其输出端经电阻R7接发光二极管V2的阳极；所述发光二极管V2的阴极接地；步骤（7）中，所述“进行报警”采用发光二极管V2点亮的方式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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