CN113328218B - 一种铁氧体移相器驱动控制方法 - Google Patents

一种铁氧体移相器驱动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁氧体移相器驱动控制方法，应用于铁氧体移相器，铁氧体移相器包括铁氧体和铁氧体驱动电路，所述铁氧体驱动电路用于改变铁氧体中激励电流的方向，包括（1）铁氧体驱动电路输出的电流包括正向电流I1，反向电流I2，I1、I2均能作为置位电流和复位电流，且在每一次激励时，置位电流产生置位电流激励脉冲，复位电流产生复位电流激励脉冲；（2）找到P点将整段相移量分为两段，一段采用I1作为复位电流、I2作为置位电流，另一段相反。用一种最简单的驱动电路，有效解决铁氧体移相器其中一段相移量陡变的问题，使移相器在整个移相段具有更好的可调性，提高铁氧体移相器的相位利用率。且相移精度更好，重复激励的一致性。

Description

一种铁氧体移相器驱动控制方法
技术领域
本发明涉及微波器件领域，尤其涉及一种铁氧体移相器驱动控制方法。
背景技术
铁氧体移相器作为相控阵雷达中的关键部件之一，越来越受到各国重视与深入研究。相控阵雷达的各种功能实现离不开铁氧体移相器，而铁氧体移相器的性能在很多方面由其驱动电路和控制方法的性能好坏决定。例如，驱动电路对铁氧体线圈的激励电流的控制精度，直接影响着铁氧体移相器的调相精度和铁氧体材料的相位利用率。因此，需要根据铁氧体材料的特性设计合适的驱动电路，以及制定合适的控制方案，进而可以充分利用铁氧体材料的可调相位区间，实现更好的调相精度。
传统铁氧体移相器驱动电路的驱动控制方法是，先确定一个正向电流I1为复位电流激励方向，反向电流I2则为置位电流激励方向，如说明书附图的图1；在每一次激励的时候，都将产生两个激励脉冲，即复位电流激励脉冲和置位电流激励脉冲；复位电流激励脉冲始终将铁氧体磁化到饱和状态-Br，作为置位电流激励脉冲的基准，然后通过调节置位电流激励脉冲的宽度，来调节需要的铁氧体磁场，进而实现相移量的调节。通过计算机辅助软件，得到一个相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线，如图3所示。通过曲线可以发现这种传统的驱动控制方法有个缺点是：由于半导体元器件响应速度的限制，以及铁氧体的工作特性，在置位电流激励脉冲宽度较小的时候，相移量的变化比较陡峭，这个陡峭的情况严重影响了铁氧体移相器相移量的可调性，置位电流激励脉冲宽度微小的变化，都可能导致相移量的巨大变化；因为调节难度大，可能导致不用这段相移量，因此降低了铁氧体材料的相位利用率。
参考文献：
《锁式非互易铁氧体移相器建模、仿真与研制》——王檠
《Ka波段闭锁式铁氧体移相器驱动电路优化设计》——李奇峰
《毫米波移相器控制电路及自动测试系统》——汤宁生。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，能实现较好的相移量调节，解决相移量陡变问题的一种铁氧体移相器驱动控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种铁氧体移相器驱动控制方法，应用于铁氧体移相器，铁氧体移相器包括铁氧体和铁氧体驱动电路，所述铁氧体驱动电路用于改变铁氧体中激励电流的方向，包括以下步骤；
（1）铁氧体驱动电路输出的电流包括正向电流I1，反向电流I2，I1、I2均能作为置位电流和复位电流，且在每一次激励时，置位电流产生置位电流激励脉冲，复位电流产生复位电流激励脉冲；
（2）确定整段相移量区间为0-Z°，所述400°≤Z°≤500°，在整段相移量区间上确定一分段点P将其分为两段，包括步骤（21）-（25）；
（21）将I1作为复位电流、I2作为置位电流；
（22）先进行复位电流激励，将铁氧体激励至正向最大剩磁通量﹢Br或反向最大剩磁通量-Br，再以﹢Br或-Br为基准进行置位激励，改变置位电流激励脉冲的宽度来改变铁氧体磁场强度，从而改变相移量；
（23）绘制相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线1；
（24）将I2作为复位电流、I1作为置位电流，重复步骤（22），并绘制相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线2；
（25）曲线1和曲线2的交点对应在整段相移量区间上的点为分段点P，所述P将整段相移量分为两段；
（3）在整段相移量区间上选取两个区间，分别为区间1：0°-P，区间2：P-Z°；
（4）在两个相移量区间中任选一区间，采用I1作为复位电流、I2作为置位电流，在另一区间，采用I2作为复位电流、I1作为置位电流。
作为优选：所述铁氧体驱动电路包括一驱动电源和H桥电路；
所述H桥电路包括四个N-MOSFET管Q1、Q2、Q3和Q4，Q1和Q2的D极接驱动电源，Q1的S极接Q3的D极， Q2的S极接Q4的D极，Q3和Q4的S极经采样电阻R1接地；
所述铁氧体一端接在Q1的S极和Q3的D极之间，另一端接在Q2的S极和Q4的D极之间。
作为优选：所述驱动电源经一储能滤波电容接地。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明基于现有的铁氧体驱动电路，提出了一种新的方法，首先找到一个点P，将整段相移量分为两段，在其中一段，将I1作为复位电流、I2作为置位电流，在另一段，将I2作为复位电流、I1作为置位电流。有效解决铁氧体移相器其中一段相移量陡变的问题，使移相器在整个移相段具有更好的可调性，提高铁氧体移相器的相位利用率。且相移精度更好，重复激励的一致性更好。
附图说明
图1为本发明铁氧体驱动电路图；
图2为铁氧体移相器的磁滞回线；
图3为步骤（2）中曲线1和曲线2及P点的分布图；
图4为本发明方法得到的相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线图；
图5为实施例2中铁氧体材料X8HA11的相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线图；
图6为实施例2中铁氧体材料X6HA11的相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1到图4，一种铁氧体移相器驱动控制方法，应用于铁氧体移相器，铁氧体移相器包括铁氧体和铁氧体驱动电路，所述铁氧体驱动电路用于改变铁氧体中激励电流的方向，包括以下步骤；
（1）铁氧体驱动电路输出的电流包括正向电流I1，反向电流I2，I1、I2均能作为置位电流和复位电流，且在每一次激励时，置位电流产生置位电流激励脉冲，复位电流产生复位电流激励脉冲；
（2）确定整段相移量区间为0-Z°，所述400°≤Z°≤500°，在整段相移量区间上确定一分段点P将其分为两段，包括步骤（21）-（25）；
（21）将I1作为复位电流、I2作为置位电流；
（22）先进行复位电流激励，将铁氧体激励至正向最大剩磁通量﹢Br或反向最大剩磁通量-Br，再以﹢Br或-Br为基准进行置位激励，改变置位电流激励脉冲的宽度来改变铁氧体磁场强度，从而改变相移量；
（23）绘制相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线1；
（24）将I2作为复位电流、I1作为置位电流，重复步骤（22），并绘制相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线2；
（25）曲线1和曲线2的交点对应在整段相移量区间上的点为分段点P，所述P将整段相移量分为两段；
（3）在整段相移量区间上选取两个区间，分别为区间1：0°-P，区间2：P-Z°；
（4）在两个相移量区间中任选一区间，采用I1作为复位电流、I2作为置位电流，在另一区间，采用I2作为复位电流、I1作为置位电流。
其铁氧体移相器的具体结构，参见图1，所述铁氧体驱动电路包括一驱动电源和H桥电路；
所述H桥电路包括四个N-MOSFET管Q1、Q2、Q3和Q4，Q1和Q2的D极接驱动电源，Q1的S极接Q3的D极， Q2的S极接Q4的D极，Q3和Q4的S极经采样电阻R1接地；
所述铁氧体一端接在Q1的S极和Q3的D极之间，另一端接在Q2的S极和Q4的D极之间。
所述驱动电源经一储能滤波电容接地，所述储能滤波电容为C1，用于提供激励瞬间大电流；
Q1，Q2，Q3，Q4是高速N-MOSFET，Q1，Q4导通，电流I1流过铁氧体激励线圈；Q2，Q3导通，电流I2流过铁氧体激励线圈；
R1是激励电流的采样电阻，激励电流流过R1形成采样电压信号。
从图2可以看出，当I1作为复位电流时，铁氧体磁芯被磁化到饱和状态，也就是将铁氧体激励至反向最大剩磁通量-Br；当I2作为复位电流时，铁氧体磁芯被磁化到饱和状态，也就是将铁氧体激励至正向最大剩磁通量﹢Br。
参见图3，经本发明步骤（23）-（24），绘制出曲线1、曲线2，分布在图3中，可以看出，两种激励方式的相移范围都在50°至 500°左右，差异是相移量随置位脉冲变化的方向是相反的；曲线1和曲线2在置位脉冲宽度较小的时候均有相移量陡变的问题。因此，选择相移量P作为置位电流和复位电流的切换点，可以有效避开相移量陡变的问题。
参见图4，找到P点后，按照本发明步骤（4）进行激励，在相移量0°至P区间时，采用I1作为复位电流、I2作为置位电流，在相移量P至500°区间时，采用I2作为复位电流、I1作为置位电流；从图4看出该驱动控制方法对移相器整段相移量具有非常好的可调性。
实施例2：参见图5和图6，为了更好的说明本发明的普适性，我们给出具体的铁氧体牌号，及其对应的经本发明方法得到的相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线图。
参见图5，铁氧体材料X8HA11,通过本发明方法可以得到图5曲线，P≈250°、T1≈1500ns，整段相移量区间约0°-500°。
参见图6，铁氧体材料X6HA11,通过本发明方法可以得到图6曲线，P≈220°、T1≈1500ns，整段相移量区间约0°-440°。
从图5、图6中可以看出，本发明方法能有效解决铁氧体移相器其中一段相移量陡变的问题。
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 (3)

1.一种铁氧体移相器驱动控制方法，应用于铁氧体移相器，铁氧体移相器包括铁氧体和铁氧体驱动电路，所述铁氧体驱动电路用于改变铁氧体中激励电流的方向，其特征在于：包括以下步骤；
（1）铁氧体驱动电路输出的电流包括正向电流I1，反向电流I2，I1、I2均能作为置位电流和复位电流，且在每一次激励时，置位电流产生置位电流激励脉冲，复位电流产生复位电流激励脉冲；
（2）确定整段相移量区间为0-Z°，400°≤Z°≤500°，在整段相移量区间上确定一分段点P将其分为两段，包括步骤（21）-（25）；
（21）将I1作为复位电流、I2作为置位电流；
（22）先进行复位电流激励，将铁氧体激励至正向最大剩磁通量﹢Br或反向最大剩磁通量-Br，再以﹢Br或-Br为基准进行置位激励，改变置位电流激励脉冲的宽度来改变铁氧体磁场强度，从而改变相移量；
（23）绘制相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线1；
（24）将I2作为复位电流、I1作为置位电流，重复步骤（22），并绘制相移量随置位电流激励脉冲宽度变化的曲线2；
（25）曲线1和曲线2的交点对应在整段相移量区间上的点为分段点P，所述P将整段相移量分为两段；
（3）在整段相移量区间上选取两个区间，分别为区间1：0°-P，区间2：P-Z°；
（4）在两个相移量区间中任选一区间，采用I1作为复位电流、I2作为置位电流，在另一区间，采用I2作为复位电流、I1作为置位电流。
2.根据权利要求1所述的一种铁氧体移相器驱动控制方法，其特征在于：所述铁氧体驱动电路包括一驱动电源和H桥电路；
所述H桥电路包括四个N-MOSFET管Q1、Q2、Q3和Q4，Q1和Q2的D极接驱动电源，Q1的S极接Q3的D极，Q2的S极接Q4的D极，Q3和Q4的S极经采样电阻R1接地；
所述铁氧体一端接在Q1的S极和Q3的D极之间，另一端接在Q2的S极和Q4的D极之间。
3.根据权利要求2所述的一种铁氧体移相器驱动控制方法，其特征在于：所述驱动电源经一储能滤波电容接地。
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