CN108415497B - 一种射频高压输出幅度自动控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频高压输出幅度自动控制系统及方法，包括工控机、数字射频信号发生模块、射频高压谐振电路、射频电流检测电路、射频电压检测电路、谐振升压电流检测电路和示波器板卡；工控机、数字射频信号发生模块和射频高压谐振电路依次连接；射频高压谐振电路输出端连接射频电流检测电路和射频电压检测电路，射频电流检测电路和射频电压检测电路连接示波器板卡，通过示波器板卡测量出射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值；示波器板卡连接工控机，工控机读取示波器板卡测量出的射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值。本发明可以获取到任意的输出电压，具有输出电压幅度稳定度高、电压精度高、稳压响应快以及抗干扰能力强的优点。

Description

一种射频高压输出幅度自动控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种射频技术领域，特别涉及一种射频高压输出幅度自动控制系统和方法。

背景技术

当今射频技术应用的领域越来越广泛，射频接插件和连接件的种类也越来越多，但是对这些接插件和连接件的“耐射频高电位电压”的测试近似乎空白。射频高压高电位测试设备的研制成为急迫之需，但是在射频高压产生后，对其电压幅度进行自动控制，是解决“耐射频高电位电压”测试中电压幅度不稳定的重要措施。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种射频高压输出幅度自动控制系统，通过该系统可以获取到任意的输出电压，具有输出电压幅度稳定度高、电压精度高、稳压响应快以及抗干扰能力强的优点，适用于射频高压的电压控制。

本发明的第二目的在于提供一种上述基于上述系统实现的射频高压输出幅度自动控制方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种射频高压输出幅度自动控制系统包括工控机、数字射频信号发生模块、射频高压谐振电路、射频电流检测电路、谐振升压电流检测电路、射频电压检测电路和示波器板卡；

所述工控机连接数字射频信号发生模块，控制数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度；

所述数字射频信号发生模块信号输出端连接射频高压谐振电路；

所述射频高压谐振电路的输出端连接射频电流检测电路，通过射频电流检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电流信号；

射频高压谐振电路的连接谐振升压电流检测电路，通过谐振升压电流检测电路获取射频高压谐振电路的谐振升压电流检测信号；

所述射频高压谐振电路的输出端连接射频电压检测电路，通过射频电压检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电压信号；

所述射频电流检测电路、射频电压检测电路和谐振升压电流检测电路分别连接示波器板卡，将检测到的射频高压谐振电路输出的电流信号和电压信号以及射频高压谐振电路的谐振升压电流检测信号分别传送给波器板卡，通过示波器板卡测量出射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值以及射频高压谐振电路的工作电流值；

所述示波器板卡连接工控机，工控机将读取到示波器测量出的射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值以及射频高压谐振电路的工作电流值。

优选的，所述射频高压谐振电路包括第一功率放大管V1、第一级输入偏置网络、第一级输出偏置网络、第二功率放大管V2、第二级输入偏置网络和输出谐振升压网络；其中：

第一功率放大管V1的栅极连接输入阻抗匹配网络，通过输入阻抗匹配网络连接到数字射频信号发生模块信号输出端，所述第一功率放大管V1的栅极通过第一级输入偏置网络连接电源，第一功率放大管V1的漏极通过第一级输出偏置网络连接电源，第一功率放大管V1的漏极通过第一级反馈网络连接第一功率放大管V1的栅极，第一功率放大管V1的源极接地；所述第一功率放大管V1的漏极通过级间耦合电容连接第二功率放大管V2的栅极；

第二功率放大管V2的栅极通过第二级输入偏置网络连接电源，第二功率放大管V2的漏极连接输出谐振升压网络输入端，第二功率放大管V2的漏极通过第二级反馈网络连接第二功率放大管V2的栅极。

更进一步的，所述输入阻抗匹配网络包括第一变压器T1、电阻R1、电容C10和电容C11，所述第一变压器T1的初级同名端连接数字射频信号发生模块信号输出端，所述第一变压器T1的初级异名端接地，所述第一变压器T1的次级同名端依次连接电阻R1和电容C11后连接第一功率放大管V1的栅极；所述第一变压器T1的次级同名端连接电容C10后接地，所述第一变压器T1的次级异名端接地；

所述第一级输入偏置网络包括电感L4、电容C9、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电位器SR1；其中，电感L4的一端连接电源，作为第一级输入偏置网络的输入端，电感L4的另一端分别连接电容C9、电阻R2和电阻R3的一端；电容C9的另一端接地，电阻R2和电阻R3的另一端和电阻R4的一端连接并且均连接第一功率放大管V1的栅极，作为第一级输入偏置网络的输出端；电阻R4的另一端接地，电位器SR1的电阻体两端分别对应连接电阻R4的两端，电位器SR1的滑动端接地；

所述第一级输出偏置网络包括电感L1、电感L2、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8，其中电感L2的一端连接第一功率放大管V1的漏极，作为第一级输出偏置网络的输出端，电感L2的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接电源，作为第一级输出偏置网络的输入端；其中电感L2和电感L1连接一端通过并联的电容C7和电容C8接地，电感L1和电源连接的一端通过并联的电容C6和电容C5接地，其中电容C6和电容C7为无极性电容，电容C5和电容C8为电解电容。

更进一步的，所述第二级输入偏置网络包括电感L5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；其中，电感L5的一端接电源，作为第二级输入偏置网络的输入端；电感L5的另一端通过并联的电阻R6和电阻R7连接电阻R8的一端，其中电阻R6和电阻R7与电阻R8的一端连接第二功率放大管V2的栅极，作为第二级输入偏置网络的输出端。

更进一步的，所述输出谐振升压网络包括第二变压器T2，其中第二变压器T2的初级异名端连接第二功率放大管V2的漏极，第二变压器T2的初级同名端连接电流检测器的输出端，负载连接在第二变压器T2的次级同名端和次级异名端之间。

更进一步的，述谐振升压电流检测电路包括电流检测芯片D1、电感L3、电阻R10和电阻R11，其中电感L3的一端连接输出谐振升压网络，电感L3的另一端连接电流检测芯片D1的电流输出端，电流检测芯片D1的电流输入端连接第二直流电源，电流检测芯片D1的电流检测信号输出端依次连接电阻R11和电阻R10后接地，电阻R11和电阻R10连接的一端作为谐振升压电流检测电路的电流检测端连接示波器板卡，同时电阻R10和电阻R11连接的一端通过电容C17接地。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于射频高压输出幅度自动控制系统实现的射频高压输出幅度自动控制方法，步骤如下：

工控机设定射频输出电压幅度，得到射频输出电压幅度设定值，同时工控机设定数字射频信号发生模块输出射频信号的频率值和幅度值，以控制数字射频信号发生模块输出相应频率和幅度的射频信号到射频高压谐振电路中；工控机设定电流阈值以及工作电流阈值；

射频信号进入到射频高压谐振电路进行谐振放大处理后输出到负载；射频电流检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电流信号，将该电流信号传送给示波器板卡，由示波器板卡进行电流波形测量，得到射频高压谐振电路输出信号的电流值；同时射频电压检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电压信号，将该电压信号传送给示波器板卡，由示波器板卡进行电压波形测量，得到射频高压谐振电路输出信号的电压值；同时谐振升压电流检测电路获取到射频高压谐振电路的谐振升压电流检测信号，将谐振升压电流检测信号传送给示波器板卡，由示波器板卡进行电流波形测量，得到射频高压谐振电路的工作电流；

工控机读取示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电压值，然后将该电压值和射频输出电压幅度设定值进行比较，若该电压值小于射频输出电压幅度设定值，则工控机控制增大数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度，若该电压值大于射频输出电压幅度设定值值，则工控机控制减小数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度；

工控机读取示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电流值，然后将该电流值和电流阈值进行对比，以进行射频高压输出幅度自动控制系统的过流监控；

工控机读取示波器板卡测量到的射频高压谐振电路的工作电流值，然后将该工作电流值和工作电流阈值进行对比，以进行射频高压谐振电路的过流监控。

优选的，所述射频高压谐振电路的工作过程如下：

首先调节好输出谐振升压网络的变压器T2，按谐振频率的计算方法，确定变压器T2的次级电感值，并根据变压器T2次级的变比确定初级线圈圈数；

然后通过第一级输入偏置网络中电位器SR1调整第一级输入偏置网络输出电流，使得第一功率放大管V1工作在合适的工作状态；

当数字射频信号发生模块输出相应频率和幅度的射频信号到射频高压谐振电路中时，射频信号首先经过输入阻抗匹配网络进行阻抗匹配后传到第一功率放大管V1进行功率放大，经过级间隔直耦合电容传到第二功率放大管V2，在第二功率放大管V2、变压器T2和负载进行电压谐振后，从变压器T2次级输出射频高压信号到负载。

优选的，工控机中设置有射频控制测试软件，工控机通过Visual Studio 2017编程软件编程得到射频控制测试软件；

工控机通过射频控制测试软来设定射频输出电压幅度以及数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度；

工控机通过射频控制测试软件对示波器板卡参数进行设置；

工控机通过射频控制测试软件读取到示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值；

工控机通过射频控制测试软件对示波器测量到的射频高压谐振电路输出信号的电压值和射频输出电压幅度设定值进行对比，并且根据对比结果对数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度进行调节。

更进一步的，工控机设置有射频控制测试软件的用户界面，用户界面包括参数设置窗口，用户可以通过该窗口设定射频输出电压幅度、数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度；

所述用户界面显示示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值以及射频高压谐振电路的工作电流值。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明射频高压输出幅度自动控制系统包括依次连接的工控机、数字射频信号发生模块和射频高压谐振电路，其中射频高压谐振电路分别通过射频电流检测电路、射频电压检测电路和谐振升压电流检测电路连接示波器板卡，示波器板卡连接控工控机；其中，工控机设定射频输出电压幅度设定值；射频信号进入到射频高压谐振电路进行谐振放大处理后输出到负载；射频电流检测电路、射频电压检测电路和谐振升压电流检测电路分别将射频高压谐振电路输出的电流检测信号、电压检测信号以及谐振升压电流检测信号发送给示波器板卡，由示波器板卡测量到射频高压谐振电路输出信号电压值和电流值以及射频高压谐振电路的工作电流值；工控机将示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号电压值和射频输出电压幅度设定值进行比较，根据比较结果调整数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度，达到了射频高压谐振电路输出幅度自动控制的目的。另外工控机将示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号电流值和设定的电流阈值进行对比，以进行整个系统的过流监控，同时工控机将示波器板卡测量到的射频高压谐振电路的工作电流值和设定的工作电流阈值进行对比，以进行射频高压谐振电路的过流监控。本发明通过工控机对数字射频信号发生模块输出射频信号幅度的设定，可以使得射频高压谐振电路输出任意的电压，具有输出电压幅度稳定度高、电压精度高、稳压响应快以及抗干扰能力强的优点，适用于射频高压的电压控制。

(2)本发明射频高压输出幅度自动控制系统中，射频高压谐振电路包括第一功率放大管V1、第一级输入偏置网络、第一级输出偏置网络、第二功率放大管V2、第二级输入偏置网络和输出谐振升压网络；在本发明中，第一功率放大管V1的栅极所连接的第一级输入偏置网络为其提供偏置电压，第一功率放大管V1及其漏极和栅极之间所连接的第一级反馈网络构成了第一级功率放大电路；第一级功率放大电路通过级间隔直耦合电容连接第二功率放大管V2，由第二功率放大管V2连接输出谐振升压网路，其中，设置在第二级谐振电路前端的第一级功率放大电路为输出谐振升压网路及负载所构成第二级谐振电路提供足够的驱动谐振射频信号。本发明中，数字射频信号发生模块输出的射频信号经过输入阻抗匹配网络进行阻抗匹配后传到第一功率放大管V1进行功率放大，经过级间隔直耦合电容传到第二功率放大管V2，在第二功率放大管V2与变压器T2进行电压谐振后从变压器T2次级输出射频高压信号，调节数字射频信号发生模块的输出信号频率可寻找到最佳的谐振频率点，在谐振频率点上，当连续调节数字射频信号发生模块输出信号的输出幅度时，输出谐振升压网络谐振输出的射频高压信号的幅度也会跟随其连续变化；可见，本发明射频高压输出幅度自动控制系统能够实现电压连续可调；相比现有技术中其他传统电路，本发明系统还具有输出波形失真小以及电路稳定性高的优点，适用于射频接插件和连接件射频信号下耐压试验测试。

(3)本发明射频高压输出幅度自动控制系统的射频高压谐振电路中，设置在第一功率放大管V1栅极和漏极之间的第一级反馈网络以及设置在第二功率放大管V2栅极和漏极直接的第二级反馈网络能够提高本发明射频高压谐振电路全频段工作频率的稳定性。另外，射频高压谐振电路中，设置输出谐振升压网络连接谐振升压电流检测电路的输出端，通过谐振升压电流检测电路进行电流大小检测。谐振升压电流检测电路可以实时检测到输出谐振升压网络的工作电流，防止输出谐振升压网络所构成的谐振电路因电流过大导致输出谐振升压网络所连接的第二功率放大管损坏。

(4)本发明射频高压输出幅度自动控制系统及方法中，工控机设置有用户界面，其中用户界面包括参数设置窗口，用户通过该窗口可以对射频输出电压幅度以及数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度进行任意设定，因此本发明能够非常方便的控制输出信号的幅度。另外，工控机用户界面可以显示示波器板卡测量到的电流值和电压值，方便用户进行实时查看。

附图说明

图1是本发明系统结构框图。

图2是本发明系统中射频高压谐振电路的结构框图。

图3是本发明系统中射频高压谐振电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种射频高压输出幅度自动控制系统，如图1所示，包括工控机、数字射频信号发生模块、射频高压谐振电路、射频电流检测电路、谐振升压电流检测电路、射频电压检测电路和示波器板卡；

工控机连接数字射频信号发生模块，控制数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度；

数字射频信号发生模块信号输出端连接射频高压谐振电路；

射频高压谐振电路的输出端连接射频电流检测电路，通过射频电流检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电流信号；

射频高压谐振电路的连接谐振升压电流检测电路，通过谐振升压电流检测电路获取射频高压谐振电路的谐振升压电流检测信号；

射频高压谐振电路的输出端连接射频电压检测电路，通过射频电压检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电压信号；

所述射频电流检测电路、射频电压检测电路和谐振升压电流检测电路分别连接示波器板卡，将检测到的射频高压谐振电路输出的电流信号和电压信号以及射频高压谐振电路的谐振升压电流检测信号分别传送给示波器板卡，通过示波器板卡测量出射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值以及射频高压谐振电路的工作电流值；

所述示波器板卡连接工控机，工控机读取示波器板卡测量出的射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值以及射频高压谐振电路的工作电流值。工控机将示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号电压值和射频输出电压幅度设定值进行比较，根据比较结果调整数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度，达到了射频高压谐振电路输出信号幅度自动控制的目的。另外工控机将示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号电流值和设定的电流阈值进行对比，以进行整个系统的过流监控，同时工控机将示波器板卡测量到的射频高压谐振电路的工作电流值和设定的工作电流阈值进行对比，以进行射频高压谐振电路的过流监控。

在本实施例中，工控机用Visual Studio 2017编程软件进行射频控制测试软件编程，射频控制测试软件的功能包含：实时完成对数字射频信号发生模块输出信号的频率和幅度进行设定，实时完成示波器板卡参数的设置和测量参数的读取，实时完成测量参数的分析，并与设定的参数进行对比后控制数字射频信号发生模块电压输出幅度大小，形成电压控制环路，达到输出幅度自动控制的效果，工控机上还设置有用户界面，用户界面上包括参数设置窗口、启动/停止按键，并且该用户界面可以显示示波器板卡测量到的电流值和电压值，方便用户进行实时查看。其中用户界面上的启动/停止按键用于启动和停止工控机对数字射频信号发生模块的控制。

在本实施例中，如图2所示，射频高压谐振电路包括第一功率放大管V1、第一级输入偏置网络、第一级输出偏置网络、第二功率放大管V2、第二级输入偏置网络、输出谐振升压网络、谐振升压电流检测电路、第一直流电源VD1、第二直流电源VD2和稳压电路；其中：第一功率放大管V1的栅极连接输入阻抗匹配网络，通过输入阻抗匹配网络连接到数字射频信号发生模块信号输出端P1，所述第一功率放大管V1的栅极通过第一级输入偏置网络连接电源，由第一级输入偏置网络为第一功率放大管V1提供直流偏置电压，使得功率放大管能够良好且正常的工作；第一功率放大管V1的漏极通过第一级输出偏置网络连接电源，由第一级输出偏置网络提供漏极电源；第一功率放大管V1的漏极通过第一级反馈网络连接第一功率放大管V1的栅极，第一功率放大管V1的源极接地；第一功率放大管V1的漏极通过级间隔直耦合电容C13连接第二功率放大管V2的栅极。第二功率放大管V2的栅极通过第二级输入偏置网络连接电源，由第二级输入偏置网络提供偏置电压，第二功率放大管V2的漏极连接输出谐振升压网络输入端，通过输出谐振升压网络的输出端连接负载P2，第二功率放大管V2的漏极通过第二级反馈网络连接第二功率放大管V2的栅极。

在本实施例中，第一功率放大管V1及其连接的第一级反馈网络构成了本实施例射频高压谐振电路的第一级功率放大电路，该第一级功率放大电路为后级输出谐振升压网络所构成的第二级谐振电路提供了足够的驱动谐振射频信号。

本实施例中，输出谐振升压网络连接谐振升压电流检测电路的输出端，通过谐振升压电流检测电路进行电流大小检测。谐振升压电流检测电路可以实时检测到输出谐振升压网络的工作电流，防止输出谐振升压网络所构成的谐振电路因电流过大导致输出谐振升压网络所连接的第二功率放大管损坏。

本实施例中，第一功率放大管V1为射频功率放大管，第二功率放大管V2可以使用功率场效应管，第一功率放大管V1和第二功率放大管V2均采用的是单管结构，能够简化电路并提高系统效率，有效降低成本和体积。

在本实施例中，稳压电路的电源输入端连接第一直流电源；第一功率放大管V1的栅极通过第一级输入偏置网络连接稳压电路输出端；第二功率放大管V2的栅极通过第二级输入偏置网络连接稳压电路输出端；第一功率放大管V1的漏极通过第一级输出偏置网络连接第一直流电源。

在本实施例中，如图3所示，稳压电路包括稳压管Q1、电容C1、电容C2、电容C3和电容C4，其中稳压管的电源输入端连接第一直流电源，并且通过电容C1接地，稳压管的输出端分别与电容C2、电容C3和电容C4的一端连接，作为稳压电路的电压输出端，电容C2、电容C3和电容C4的另一端均接地。在本实施例中第一直流电源提供的是+27V的电压，第一直流电源提供的+27V电压经过稳压电路后，输出+5V的稳定电压给第一级输入偏置网络和第二级输入偏置网络的输入端。

如图3所示，本实施例中输入阻抗匹配网络包括第一变压器T1、电阻R1、电容C10和电容C11，所述第一变压器T1的初级同名端连接数字射频信号发生模块信号输出端，所述第一变压器T1的初级异名端接地，所述第一变压器T1的次级同名端依次连接电阻R1和电容C11后连接第一功率放大管V1的栅极；所述第一变压器T1的次级同名端连接电容C10后接地，第一变压器T1的次级异名端接地。在本实施例中，第一变压器T1为射频变压器。

在本实施例中，第一级输入偏置网络包括电感L4、电容C9、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电位器SR1；其中，电感L4的一端连接电源，作为第一级输入偏置网络的输入端，电感L4的另一端分别连接电容C9、电阻R2和电阻R3的一端；电容C9的另一端接地，电阻R2和电阻R3的另一端和电阻R4的一端连接并且均连接第一功率放大管V1的栅极，作为第一级输入偏置网络的输出端；电阻R4的另一端接地，电位器SR1的电阻体两端分别对应连接电阻R4的两端，电位器SR1的滑动端接地。在本实施例中，通过调节电位器SR1能够调节第一级输入偏置网络输出电压，在本实施例中调节调节电位器SR1使得第一级输入偏置网络的输出电压为3.1V。

在本实施例中，如图3所示，第一级输出偏置网络包括电感L1、电感L2、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8，其中电感L2的一端连接第一功率放大管V1的漏极，作为第一级输出偏置网络的输出端，电感L2的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接电源，作为第一级输出偏置网络的输入端；其中电感L2和电感L1连接一端通过并联的电容C7和电容C8接地，电感L1和电源连接的一端通过并联的电容C6和电容C5接地，其中电容C6和电容C7为无极性电容，电容C5和电容C8为电解电容。上述电感L2为空心电感，由漆包线绕制而成。

在本实施例中，如图3所示，第二级输入偏置网络包括电感L5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；其中，电感L5的一端接电源，作为第二级输入偏置网络的输入端；电感L5的另一端通过并联的电阻R6和电阻R7连接电阻R8的一端，其中电阻R6和电阻R7与电阻R8的一端连接第二功率放大管V2的栅极，作为第二级输入偏置网络的输出端。

在本实施例中，如图3所示，第一级反馈网络包括串联的电阻R5和电容C12第二级反馈网络包括串联的电阻R9和电容C14。

在本实施例中，如图3所示，输出谐振升压网络包括第二变压器T2，其中变压器T2初级同名端为输出谐振升压网络初级输入端，变压器T2初级异名端为输出谐振升压网络初级输出端，变压器T2次级同名端为输出谐振升压网络次级第一输出端，变压器T2次级异名端为输出谐振升压网络次级第二输出端。在本实施例中，第二变压器T2的初级异名端连接第二功率放大管V2的漏极，第二变压器T2的初级同名端连接电流检测器的输出端，第二变压器T2的次级同名端和次级异名端之间连接负载。

本实施例中第二变压器T2谐振升压变压器，其采用空心骨架绕制而成，初级、次级导线由射频线和漆包线绕制而成，第二变压器T2的变比为2:3。

本实施例中，输出谐振升压网络所连接谐振升压电流检测电路包括电流检测芯片D1、电感L3、电阻R10和电阻R11，在本实施例中上述电流检测芯片D1为ACS712芯片，当然也可以是其他能够实现电流检测的芯片或电流检测模块；

在本实施例谐振升压电流检测电路中，电感L3的一端连接输出谐振升压网络中第二变压器T2的初级同名端，电感L3的另一端连接电流检测芯片D1的电流输出端，即ACS712芯片的第3和4引脚，电流检测芯片D1的电流输入端即ACS712芯片的第1和2引脚连接第二直流电源，其中电感L3与电流检测芯片D1的电流输出端连接的一端通过并联的电容C23和电解电容C22接地；电流检测芯片D1的电流输入端通过并联的电容C21和电解电容C20接地。电流检测芯片D1的电流检测信号输出端即ACS712芯片的7引脚依次连接电阻R11和电阻R10后接地，电阻R11和电阻R10连接的一端作为谐振升压电流检测电路的电流检测端连接示波器板卡，另外电流检测端分别通过并联的电容C15和电容C16接地；电阻R10和电阻R11连接的一端通过电容C17接地。ACS712芯片的第5引脚接地，第6引脚通过电容C18接地，第8引脚接5V直流电源，同时通过电容C19接地。在本实施例中，电感L3为空心电感。第二直流电源输出的电压为+48V。

本实施例还公开了一种基于上述射频高压输出幅度自动控制系统实现的射频高压输出幅度自动控制方法，步骤如下：

工控机设定射频输出电压幅度设定值，同时工控机设定数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度，以控制数字射频信号发生模块输出相应频率和幅度的射频信号到射频高压谐振电路中；工控机设定电流阈值以及工作电流阈值；

射频信号进入到射频高压谐振电路进行谐振放大处理后输出到负载；射频电流检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电流信号，将该电流信号传送给示波器板卡，由示波器板卡进行电流波形测量，得到射频高压谐振电路输出信号的电流值；同时射频电压检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电压信号，将该电压信号传送给示波器板卡，由示波器板卡进行电压波形测量，得到射频高压谐振电路输出信号的电压值；同时谐振升压电流检测电路获取到射频高压谐振电路的谐振升压电流检测信号，将谐振升压电流检测信号传送给示波器板卡，由示波器板卡进行电流波形测量，得到射频高压谐振电路的工作电流；

工控机读取示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电压值，然后将该电压值和射频输出电压幅度设定值进行比较，若该电压值小于射频输出电压幅度设定值，则工控机控制增大数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度，若该电压值大于射频输出电压幅度设定值值，则工控机控制减小数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度；

工控机读取示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电流值，然后将该电流值和电流阈值进行对比，以进行射频高压输出幅度自动控制系统的过流监控；

工控机读取示波器板卡测量到的射频高压谐振电路的工作电流值，然后将该工作电流值和工作电流阈值进行对比，以进行射频高压谐振电路的过流监控。

在本实施例中，射频高压谐振电路的工作过程如下：

首先调节好输出谐振升压网络的变压器T2，按谐振频率的计算方法，确定变压器T2的次级电感值，并根据变压器T2次级的变比确定初级线圈圈数；在本实施例中，输出谐振升压网络中变压器T2的次级与负载的连接后，形成了谐振回路，该谐振回路的谐振频率f计算公式如下：

其中L为变压器T2次级电感值，C为输出谐振升压网络输出回路连接线等效容值、线路分布电容、负载电容。将数字射频信号发生模块输出射频信号的频率调整为谐振回路的谐振频率f时，输出谐振升压网络在输入射频信号后能够工作在谐振状态。或者调整谐振回路中上述参数L和C，使得谐振回路中谐振频率f和数字射频信号发生模块输出射频信号的频率，则输出谐振升压网络在输入射频信号后也能够工作在谐振状态。

然后通过第一级输入偏置网络中电位器SR1调整第一级输入偏置网络输出电流，使得第一功率放大管V1工作在合适的工作状态；

当数字射频信号发生模块输出相应频率和幅度的射频信号到射频高压谐振电路中时，射频信号首先经过输入阻抗匹配网络进行阻抗匹配后传到第一功率放大管V1进行功率放大，经过级间隔直耦合电容传到第二功率放大管V2，在第二功率放大管V2、变压器T2和负载进行电压谐振后，从变压器T2次级输出射频高压信号到负载。在本实施例中，调节数字射频信号发生模块输出信号的频率可寻找到最佳的谐振频率点，当数字射频信号发生模块块输出信号的频率和输出谐振升压网络谐振回路的谐振频率f相同时，即寻找到最佳的谐振频率点，在谐振频率点上，当连续调节射频信号源的输出幅度时，输出谐振升压网络谐振输出的射频高压信号的幅度也会跟随其连续变化，并且输出谐振升压网络输出电压均方值在2KV以上。

在本实施例中，工控机中设置有射频控制测试软件，工控机通过VisualStudio2017编程软件编程得到射频控制测试软件，工控机通过射频控制测试软来设定射频输出电压幅度以及数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度；工控机设置有射频控制测试软件的用户界面，用户界面包括参数设置窗口，用户可以通过该窗口设定射频输出电压幅度、数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度。

工控机通过射频控制测试软件对示波器板卡参数进行设置。

工控机通过射频控制测试软件读取到示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值；并且将读取到的电流值和电压值通过用户界面进行显示。

工控机通过射频控制测试软件对示波器测量到的射频高压谐振电路输出信号的电压值和射频输出电压幅度设定值进行对比，并且根据对比结果对数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度进行重新设定。具体为：若示波器测量到的射频高压谐振电路输出信号的电压值小于射频输出电压幅度设定值，则工控机控制增大数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度，若示波器测量到的射频高压谐振电路输出信号的电压值大于射频输出电压幅度设定值，则工控机控制减小数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度；

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种射频高压输出幅度自动控制系统，其特征在于，包括工控机、数字射频信号发生模块、射频高压谐振电路、射频电流检测电路、谐振升压电流检测电路、射频电压检测电路和示波器板卡；

所述工控机连接数字射频信号发生模块，控制数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度；

所述数字射频信号发生模块信号输出端连接射频高压谐振电路；

所述射频高压谐振电路的输出端连接射频电流检测电路，通过射频电流检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电流信号；

射频高压谐振电路的输出端连接谐振升压电流检测电路，通过谐振升压电流检测电路获取射频高压谐振电路的谐振升压电流检测信号；

所述射频高压谐振电路的输出端连接射频电压检测电路，通过射频电压检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电压信号；

所述射频高压谐振电路包括第一功率放大管V1、第一级输入偏置网络、第一级输出偏置网络、第二功率放大管V2、第二级输入偏置网络和输出谐振升压网络；其中：

第一功率放大管V1的栅极连接输入阻抗匹配网络，通过输入阻抗匹配网络连接到数字射频信号发生模块信号输出端，所述第一功率放大管V1的栅极通过第一级输入偏置网络连接电源，第一功率放大管V1的漏极通过第一级输出偏置网络连接电源，第一功率放大管V1的漏极通过第一级反馈网络连接第一功率放大管V1的栅极，第一功率放大管V1的源极接地；所述第一功率放大管V1的漏极通过级间耦合电容连接第二功率放大管V2的栅极；

第二功率放大管V2的栅极通过第二级输入偏置网络连接电源，第二功率放大管V2的漏极连接输出谐振升压网络输入端，第二功率放大管V2的漏极通过第二级反馈网络连接第二功率放大管V2的栅极；

所述输入阻抗匹配网络包括第一变压器T1、电阻R1、电容C10和电容C11，所述第一变压器T1的初级同名端连接数字射频信号发生模块信号输出端，所述第一变压器T1的初级异名端接地，所述第一变压器T1的次级同名端依次连接电阻R1和电容C11后连接第一功率放大管V1的栅极；所述第一变压器T1的次级同名端连接电容C10后接地，所述第一变压器T1的次级异名端接地；

所述第一级输入偏置网络包括电感L4、电容C9、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电位器SR1；其中，电感L4的一端连接电源，作为第一级输入偏置网络的输入端，电感L4的另一端分别连接电容C9、电阻R2和电阻R3的一端；电容C9的另一端接地，电阻R2和电阻R3的另一端和电阻R4的一端连接并且均连接第一功率放大管V1的栅极，作为第一级输入偏置网络的输出端；电阻R4的另一端接地，电位器SR1的电阻体两端分别对应连接电阻R4的两端，电位器SR1的滑动端接地；

所述第一级输出偏置网络包括电感L1、电感L2、电容C5、电容C6、电容C7和电容C8，其中电感L2的一端连接第一功率放大管V1的漏极，作为第一级输出偏置网络的输出端，电感L2的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接电源，作为第一级输出偏置网络的输入端；其中电感L2和电感L1连接一端通过并联的电容C7和电容C8接地，电感L1和电源连接的一端通过并联的电容C6和电容C5接地，其中电容C6和电容C7为无极性电容，电容C5和电容C8为电解电容；

所述第二级输入偏置网络包括电感L5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；其中，电感L5的一端接电源，作为第二级输入偏置网络的输入端；电感L5的另一端通过并联的电阻R6和电阻R7连接电阻R8的一端，其中电阻R6和电阻R7与电阻R8的一端连接第二功率放大管V2的栅极，作为第二级输入偏置网络的输出端；

所述输出谐振升压网络包括第二变压器T2，其中第二变压器T2的初级异名端连接第二功率放大管V2的漏极，第二变压器T2的初级同名端连接电流检测器的输出端，负载连接在第二变压器T2的次级同名端和次级异名端之间；

所述谐振升压电流检测电路包括电流检测芯片D1、电感L3、电阻R10和电阻R11，其中电感L3的一端连接输出谐振升压网络，电感L3的另一端连接电流检测芯片D1的电流输出端，电流检测芯片D1的电流输入端连接第二直流电源，电流检测芯片D1的电流检测信号输出端依次连接电阻R11和电阻R10后接地，电阻R11和电阻R10连接的一端作为谐振升压电流检测电路的电流检测端连接示波器板卡，同时电阻R10和电阻R11连接的一端通过电容C17接地；

所述射频电流检测电路、射频电压检测电路和谐振升压电流检测电路分别连接示波器板卡，将检测到的射频高压谐振电路输出的电流信号和电压信号以及射频高压谐振电路的谐振升压电流检测信号分别传送给波器板卡，通过示波器板卡测量出射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值以及射频高压谐振电路的工作电流值；

所述示波器板卡连接工控机，工控机将读取到示波器测量出的射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值以及射频高压谐振电路的工作电流值。

2.一种基于权利要求1所述的射频高压输出幅度自动控制系统实现的射频高压输出幅度自动控制方法，其特征在于，步骤如下：

工控机设定射频输出电压幅度，得到射频输出电压幅度设定值，同时工控机设定数字射频信号发生模块输出射频信号的频率值和幅度值，以控制数字射频信号发生模块输出相应频率和幅度的射频信号到射频高压谐振电路中；工控机设定电流阈值以及工作电流阈值；

射频信号进入到射频高压谐振电路进行谐振放大处理后输出到负载；射频电流检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电流信号，将该电流信号传送给示波器板卡，由示波器板卡进行电流波形测量，得到射频高压谐振电路输出信号的电流值；同时射频电压检测电路获取到射频高压谐振电路输出的电压信号，将该电压信号传送给示波器板卡，由示波器板卡进行电压波形测量，得到射频高压谐振电路输出信号的电压值；同时谐振升压电流检测电路获取到射频高压谐振电路的谐振升压电流检测信号，将谐振升压电流检测信号传送给示波器板卡，由示波器板卡进行电流波形测量，得到射频高压谐振电路的工作电流；

工控机读取示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电压值，然后将该电压值和射频输出电压幅度设定值进行比较，若该电压值小于射频输出电压幅度设定值，则工控机控制增大数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度，若该电压值大于射频输出电压幅度设定值值，则工控机控制减小数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度；

工控机读取示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电流值，然后将该电流值和电流阈值进行对比，以进行射频高压输出幅度自动控制系统的过流监控；

工控机读取示波器板卡测量到的射频高压谐振电路的工作电流值，然后将该工作电流值和工作电流阈值进行对比，以进行射频高压谐振电路的过流监控。

3.根据权利要求2所述的射频高压输出幅度自动控制方法，其特征在于，所述射频高压谐振电路的工作过程如下：

首先调节好输出谐振升压网络的变压器T2，按谐振频率的计算方法，确定变压器T2的次级电感值，并根据变压器T2次级的变比确定初级线圈圈数；

然后通过第一级输入偏置网络中电位器SR1调整第一级输入偏置网络输出电流，使得第一功率放大管V1工作在合适的工作状态；

当数字射频信号发生模块输出相应频率和幅度的射频信号到射频高压谐振电路中时，射频信号首先经过输入阻抗匹配网络进行阻抗匹配后传到第一功率放大管V1进行功率放大，经过级间隔直耦合电容传到第二功率放大管V2，在第二功率放大管V2、变压器T2和负载进行电压谐振后，从变压器T2次级输出射频高压信号到负载。

4.根据权利要求2所述的射频高压输出幅度自动控制方法，其特征在于，工控机中设置有射频控制测试软件，工控机通过Visual Studio 2017编程软件编程得到射频控制测试软件；

工控机通过射频控制测试软来设定射频输出电压幅度以及数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度；

工控机通过射频控制测试软件对示波器板卡参数进行设置；

工控机通过射频控制测试软件读取到示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值；

工控机通过射频控制测试软件对示波器测量到的射频高压谐振电路输出信号的电压值和射频输出电压幅度设定值进行对比，并且根据对比结果对数字射频信号发生模块输出射频信号的幅度进行调节。

5.根据权利要求4所述的射频高压输出幅度自动控制方法，其特征在于，工控机设置有射频控制测试软件的用户界面，用户界面包括参数设置窗口，用户可以通过该窗口设定射频输出电压幅度、数字射频信号发生模块输出射频信号的频率和幅度；

所述用户界面显示示波器板卡测量到的射频高压谐振电路输出信号的电流值和电压值以及射频高压谐振电路的工作电流值。