CN112235003B - 一种用于改变场分布的双路宽带信号装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于改变场分布的双路宽带信号装置，属于电磁场和电路技术领域。该双路宽带信号装置包括双路宽带可调功率信号源和电磁辐射装置；双路宽带可调功率信号源包括：单片机、信号源、功分器、第一可调增益放大器、第二可调增益放大器、第一移相器、第二移相器、锁相环以及为各个器件供电的电源模块，功分器与信号源相连接，用于将信号源输出的信号分成A、B两路，分别从两端进入电磁辐射装置的辐照实验腔。本发明是利用宽带电磁辐射腔体作为电磁波的载体，其产生的电磁场分布均匀，能够控制改变内部的电磁场分布，提供DC‑6GHz的宽带电磁辐射场，具有很好的宽带特性；信号装置具有可控制性，方便实验操作，可以更好地进行细胞辐射实验。

Description

一种用于改变场分布的双路宽带信号装置

技术领域

本发明涉及电磁场技术领域，尤其涉及一种用于改变场分布的双路宽带信号装置。

背景技术

信号源在对通信领域的检测和实验中起到很大作用，在其他领域也起到很大作用，比如应用于研究电磁辐射对细胞影响的生物领域。

为了对DC-6GHz宽带电磁辐射实验装置的辐射腔体内的场分布进行研究，现有技术中设计了很多种型号的信号源，但是存在频率范围调整小，噪声大，不可进行功率和相位调节，对于分析内部场分布、控制场结构的适用性较差等问题。

发明内容

本发明提供了一种用于改变场分布的双路宽带信号装置，以提供稳定信号源输出，更好地控制DC-6GHz宽带电磁辐射实验装置的辐射腔体内的场分布，提高对活体细胞实验结果的准确性。

本发明提供了一种用于改变场分布的双路宽带信号装置，包括：双路宽带可调功率信号源(1)和电磁辐射装置(2)；

所述双路宽带可调功率信号源搭载ADF4356芯片，包括：单片机(3)、信号源(4)、功分器(5)、第一可调增益放大器(6)、第二可调增益放大器(7)、第一移相器(8)、第二移相器(9)、锁相环(10)以及为各个器件供电的电源模块(11)；

其中，所述功分器(5)与所述信号源(4)相连接，用于将所述信号源输出的信号分成A、B两路，A路信号经所述第一可调增益放大器(6)和所述第一移相器(8)输出A路信号，从一端进入所述电磁辐射装置(2)的辐照实验腔，B路信号经所述第二可调增益放大器(7)和所述第二移相器(9)输出B路信号，从另一端进入所述电磁辐射装置(2)的辐照实验腔；

所述信号源(4)、所述第一可调增益放大器(6)、所述第二可调增益放大器(7)、所述第一移相器(8)和所述第二移相器(9)均由所述单片机(3)控制；

所述锁相环(10)与所述功分器(5)相连，由所述单片机(3)控制，所述锁相环(10)还与环路滤波器(12)闭环连接。

进一步地，还包括：用于反馈实验腔内场强的检波装置(13)，所述检波装置(13)与所述电磁辐射装置(2)的辐照实验腔和所述单片机(3)相连。

进一步地，所述第一可调增益放大器(6)包括放大器模块以及可控衰减器，输入信号经放大器模块放大，再经可控衰减器衰减之后输出，所述可控衰减器由所述单片机(3)控制；

所述第二可调增益放大器(8)与所述第一可调增益放大器(6)的结构相同。

进一步地，所述单片机(3)为stm32单片机。

进一步地，所述第一可调增益放大器(6)、所述第二可调增益放大器(8)由HMC637BPM5E芯片配合可变衰减器HMC-C053来实现。

进一步地，所述锁相环(10)由ADF4356芯片构建，提供53.125MHz-6000MHz的频率信号。

进一步地，所述第一可调增益放大器(6)、所述第二可调增益放大器(8)所实现的增益控制为-11.5-+12.5dB，步长为3dB，高输出IP3：+30dBmA。

进一步地，所述单片机(3)基于外接键盘和屏幕输入的频率和目标功率，采用FDTD算法进行电磁场分布进行分析计算。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的用于改变辐射实验场分布的双路宽带信号装置中，将信号源、功分器、放大器、移相器等模块和宽带电磁辐射装置相结合，便于控制内部电磁场分布、方便实验，进一步扩大了电磁辐射实验的适用范围和实验的方便性。

本发明提供的用于改变辐射实验场分布的双路宽带信号装置中，采用功分器模块可以使输出信号变成两路，两路信号分别连接到辐射装置的两端口，可以各自改变相位和幅度，更好地进行辐射实验，更好地控制内部电磁场的分布。

本发明提供的用于改变辐射实验场分布的双路宽带信号装置用于控制辐射装置内部的电磁场，通过算法进行计算分析，可以得出电磁场分布与相位和幅度之间的关系，与现有技术所提供的场分布研究相比，本发明的双路宽频信号装置能够更准确的分析电磁场和频率、相位、幅度之间的数值关系，具有很强的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中用于改变场分布的双路宽带信号装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中可调功率信号源的示意图；

图3为本发明实施例中锁相环的示意图；

图4为本发明实施例中放大器的示意图；

图中，1、双路宽带可调功率信号源；2、电磁辐射装置；3、单片机；4、信号源；5、功分器；6、第一可调增益放大器；7、第二可调增益放大器；8、第一移相器；9、第二移相器；10、锁相环；11、电源模块；12、环路滤波器；13、检波装置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1，其示出了本发明实施例中一种用于改变场分布的双路宽带信号装置的结构示意图。该双路宽带信号装置的结构包括：双路宽带可调功率信号源1和电磁辐射装置2；

双路宽带可调功率信号源1产生DC-6GHz宽带信号，分成A、B两路信号，两路信号分别连接至电磁辐射装置2两端的端口，进入辐照实验腔。通过改变相位、功率等条件，可以控制A、B两路信号大小，进而控制辐照实验腔内部的电磁场分布。两路信号可以各自改变相位和幅度，完成电磁辐射实验。

其中，参见图2，其示出了本发明实施例中双路宽带信号装置中双路宽带可调功率信号源的结构示意图。该双路宽带可调功率信号源1搭载ADF4356芯片，包括：单片机、信号源、功分器、第一可调增益放大器、第二可调增益放大器、第一移相器、第二移相器、锁相环以及电源模块。

其中，功分器5与信号源4相连接，用于将信号源输出的信号分成A、B两路，A路信号经第一可调增益放大器6和第一移相器8输出A路信号，从一端进入电磁辐射装置2的辐照实验腔，B路信号经第二可调增益放大器7和第二移相器9输出B路信号，从另一端进入电磁辐射装置2的辐照实验腔。

信号源4、第一可调增益放大器6、第二可调增益放大器7、第一移相器8和第二移相器9均由单片机3控制，如图2所示通过键盘输入数据，单片机就可以根据所输入的数据控制信号源的输出频率，分别控制A、B两路可调增益放大器的增益，相移器的相移最后双路输出。

电源模块11用于为各个器件供电。

用于改变场分布的双路宽带信号装置中还可以包括用于反馈实验腔内场强的检波装置13，分别与实验腔和单片机相连，根据反馈可以调整数值。

如图3所示，锁相环10与功分器5相连，由单片机3控制，锁相环10还与环路滤波器12闭环连接。本发明实施例中锁相环10利用ADF4356芯片搭建，该芯片可以提供53.125MHz至6000MHz的频率信号，具有小数分合成器，集成了低相位噪声的压控振荡器。拥有精准的频率模式，内置数字自测功能。集成的锁相环更具有低噪声的特性也更好的节省开发时间。ADF4356芯片提供的步进值低，精度很高的射频信号。解决了频率覆盖小，步进值大，噪声大的问题。该锁相环还集成了压控振荡器vco，通过adisimpll等仿真软件便可以得到环路滤波器，简化了开发流程也提高了抗干扰性。为了达到可以稳定信号源输出的目的。

如图4所示，第一可调增益放大器6包括放大器模块以及可控衰减器，输入信号经放大器模块放大，再经可控衰减器衰减之后输出，可控衰减器与单片机控制。第二可调增益放大器8的结构与第一可调增益放大器6的结构相同。本发明实施例中采用芯片HMC637BPM5E配合可变衰减器HMC-C053来实现其增益控制：-11.5至+12.5dB，步长为3dB，高输出IP3：+30dBmA。

单片机3采用stm32系列单片机，同时单片机3将外接键盘和屏幕可以输入需要的频率，和需要功率。单片机3需要计入这些数据，通过控制锁相环模块输出想要的频率，控制可控增益放大器得到想要的功率。并采用数值算法对内部的电磁场分布进行分析计算。

为了保证信号可以更好的输出本系统还要做到很好的阻抗匹配。

本发明实施例中的双路宽带信号装置，利用宽带电磁辐射腔体作为电磁波的载体，其产生的电磁场分布均匀。采用双端口宽带信号源的激励，放大器、衰减器和移相器的控制，改变信号源的功率和相位，将其加在辐射腔体的两端口，可以产生不同功率和相位的宽带信号，改变内部的电磁场分布。运用FDTD算法和电磁场理论进行计算分析，研究不同功率和相位下辐射腔体内的场分布，得出电场和双端口功率相位之间的关系，进而可以更好地控制内部的电磁场。提高了对活体细胞实验结果的准确性。

最后应说明的是：本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种用于改变场分布的双路宽带信号装置，其特征在于，包括：双路宽带可调功率信号源（1）和电磁辐射装置（2）；

所述双路宽带可调功率信号源搭载ADF4356芯片，包括：单片机（3）、信号源（4）、功分器（5）、第一可调增益放大器（6）、第二可调增益放大器（7）、第一移相器（8）、第二移相器（9）、锁相环（10）以及为各个器件供电的电源模块（11）；

其中，所述功分器（5）与所述信号源（4）相连接，用于将所述信号源输出的信号分成A、B两路，A路信号经所述第一可调增益放大器（6）和所述第一移相器（8）输出A路信号，从一端进入所述电磁辐射装置（2）的辐照实验腔，B路信号经所述第二可调增益放大器（7）和所述第二移相器（9）输出B路信号，从另一端进入所述电磁辐射装置（2）的辐照实验腔；

所述信号源（4）、所述第一可调增益放大器（6）、所述第二可调增益放大器（7）、所述第一移相器（8）和所述第二移相器（9）均由所述单片机（3）控制；

所述锁相环（10）与所述功分器（5）相连，由所述单片机（3）控制，所述锁相环（10）还与环路滤波器（12）闭环连接。

2.根据权利要求1所述的双路带宽信号装置，其特征在于，还包括：用于反馈实验腔内场强的检波装置（13），所述检波装置（13）与所述电磁辐射装置（2）的辐照实验腔和所述单片机（3）相连。

3.根据权利要求1所述的双路带宽信号装置，其特征在于，所述第一可调增益放大器（6）包括放大器模块以及可控衰减器，输入信号经放大器模块放大，再经可控衰减器衰减之后输出，所述可控衰减器由所述单片机（3）控制；

所述第二可调增益放大器（7）与所述第一可调增益放大器（6）的结构相同。

4.根据权利要求1所述的双路宽带信号装置，其特征在于，所述单片机（3）为stm32单片机。

5.根据权利要求3所述的双路宽带信号装置，其特征在于，所述第一可调增益放大器（6）、所述第二可调增益放大器（7）由HMC637BPM5E芯片配合可变衰减器HMC-C053来实现。

6.根据权利要求1所述的双路宽带信号装置，其特征在于，所述锁相环（10）由ADF4356芯片构建，提供53.125MHz-6000MHz的频率信号。

7.根据权利要求3所述的双路宽带信号装置，其特征在于，所述第一可调增益放大器（6）、所述第二可调增益放大器（7）所实现的增益控制为-11.5-+12.5dB，步长为3dB，高输出IP3：+30dBmA。

8.根据权利要求1所述的双路宽带信号装置，其特征在于，所述单片机（3）基于外接键盘和屏幕输入的频率和目标功率，采用FDTD算法进行电磁场分布进行分析计算。

Images