CN114567385A - 一体化大功率信号源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种一体化大功率信号源，可以输出110～0dBm和0～51dBm两种大小信号幅度信号和30‑512MHz频率。本实发明通过下述技术方案实现：激励源模块、大信号处理模块电连接电源处理及主板,主控微机通过串口总线连接接口控制模块，激励源模块、大信号处理模块和5V电源模块。接口控制模块将主控微机下发的命令处理后通过总线下发到电源处理及主板，激励源模块、小信号处理模块、大信号处理模块实现信号源信号频率、大/小信号模式和功率档位的控制；激励源模块、小信号处理模块与大信号处理模块回传数据通过接口控制模块将信号源的输出控制结果上报主控微机，并通过面板上信号选择按键、收发按键实现大功率信号的输出。

Description

一体化大功率信号源
技术领域
本实发明属于无线电产品调试仪器设备领域，涉及一种提供频率在30-512MHz，输出信号分别在-110～0dBm和0～51dBm两种大小信号幅度的一体化大功率信号仪器设备。尤其是涉在UV频段的滤波器、射频开关和限幅器等射频组件、整机和分系统的耐功率考核试验；同时可以作为小信号激励源使用的一体化大功率信号源仪器设备。
背景技术
大功率射频分配单元、电子开关、共址滤波组件等UV频段大功率射频组件在航空、航天的通信设备大量使用。这类射频组件往往要求具备“输入功率大、损耗小、寿命长、安全可靠”等高可靠性能要求。基于这种高可靠性能要求，在生产过程中需要将元器件、装配过程可能对产品带来的一些隐性故障提前进行筛查和暴露，因此，在调试生产过程中，需要对这类UV大功率射频组件进行耐功率实验。
UV大功率射频组件进行耐功率实验,需要提供一种百瓦级以上的大功率信号。而目前市面上的UV频段信号源一般能提供最大输出功率仅为几瓦，没有一种能提供UV频段输出功率达到百瓦级以上的信号源。现有的射频组件的耐功率实验均是利用大功率产品作为驱动源实现耐功率实验。采取的方式是，市面上的一般信号源输出小信号(0～13dBm)作为大功率产品的输入源，再辅助一些电源、专用控制设备、散热设备和工装将信号源的小信号经大功率产品处理、放大输入到实验射频组件。这种方式具有实验仪器设备多、实验成本高、实验操作复杂、容易出错安全性低、耐功率大小受至于大功率产品最大输出功率影响等特点。
目前UV频段产品、射频组件需要进行百瓦级以上耐功率性能考核实验。由于环路控制中耦合器的耦合平坦度和检波器的检波频率响应尤为重要。要求实现输出功率较优的平坦度指标，必须采用耦合平坦度高的耦合器，要承受120W以上的大功率，普通的微带耦合器满足功率容量能要求，但在UV频段体积较大。传统的集总参数耦合器不能满足指标要求。现有技术虽然原理上采用自动电平控制ALC环路控制，通过ALC环路调节输入信号的大小，达到设定的输出功率。但由于ALC环路起作用有一个过程且经过负反馈的反复调整才能达到稳定状态。因此，在稳定状态前有一个波动过程，在此过程中，功率放大链路的增益变化较大，因电压控制衰减器无法承受过大的输入功率，而有可能对功率器件尤其是末级功率管造成损坏。目前该ALC环路控制电路主要包含可变增益器件、功率放大器、检波电路、参考预置电路、功放检波电压进行处理电路和滤波电路，通过以上电路构成负反馈环路，因此该ALC环路的设计电路复杂、成本较高。并且ALC环路起作用后使功率放大器工作在线性状态，即功放的最大功率需大于ALC起作用后的输出功率，通常需>0.5dB，鉴于目前市面上无该频段一体化大功率信号源出售，亟需研制一款一体化大功率信号源，用于产品、组件的耐功率考核试验。
发明内容
本发明目的是解决现有技术存在的不足之处，提供一种集成度高，输出稳定、安全，高效的一体化大功率信号源仪器设备。以提高UV频段射频组件和产品的耐功率实验高效、安全性。
本发明的技术方案如下：一种一体化大功率信号源仪器设备，包括：设置在机箱1前置面板2上的功率旋节按钮3，信号选择按钮4、收发按钮5、小信号输出接口SAM 6和 N型大信号输出接口7，及侧板上的信号源电源接口14、固定在机箱1内侧壁上，设置在机箱安装固定件18上，5V电源模块16及其下方的28V电源模块15，连接接口控制模块9的主控微机8，并联在电源处理及主板17及主板上的激励源模块11和输出选择开关，相连所述输出选择开关的小信号处理模块10和大信号处理模块12，其特征在于：激励源模块11、大信号处理模块12通过标准接口实现与电源处理及主板17的电连接,主控微机8通过485 串口总线与接口控制模块9通信，接口控制模块9将主控微机8下发的命令处理后，通过总线下发到电源处理及主板17，将控制信号电源/离散控制信号和控制信号分别送入激励源模块11输出选择开关，通过输出选择开关功率档位的控制小信号处理模块10和大信号处理模块12的信号源信号频率和小信号输出模式/大功率输出；激励源模块11、小信号处理模块 10与大信号处理模块12的回传数据通过接口控制模块9上报主控微机8，实现信号源的输出控制结果上报，并通过面板2上信号选择按键4、收发按键5输出大功率信号。
本发明相比现有技术信号源具有如下效果：
本发明设置在机箱1前置面板2上的功率旋节按钮3，信号选择按钮4、收发按钮5、小信号输出接口SAM 6和N型大信号输出接口7，及侧板上的信号源电源接口14、固定在机箱1内侧壁上，设置在机箱安装固定件18上，5V电源模块16及其下方的28V电源模块15，连接接口控制模块9的主控微机8，并联在电源处理及主板17及主板上的激励源模块11和输出选择开关，相连所述输出选择开关的小信号处理模块10和大信号处理模块12各模块采用CBB模块化设计。集成度高、组成系统方便、灵活，便于后期维护。
本发明采用主控微机8通过485串口总线与接口控制模块9通信，接口控制模块9将主控微机8下发的命令处理后，通过总线下发到电源处理及主板17，将控制信号电源/离散控制信号和控制信号分别送入激励源模块11输出选择开关，通过输出选择开关功率档位的控制小信号处理模块10和大信号处理模块12的信号源信号频率和小信号输出模式/大功率输出；内部模块采用CBB标准化设计，激励源模块11、小信号处理模块10、大信号处理模块12独立设计；小信号处理模块10实现信号幅度-110～0dBm，大信号处理模块12实现 0～51dBm(0～120W)功率信号输出。满足不同的应用场景，可方便地应用到科研、工程、医药工程、等领域，特别是满足科研生产中的大功率产品实验、验证。使用安全保护设计，硬件设计：大信号输出接口7与小信号输出接口6采用独立型号设计，分别输出；软件设计：采用大、小信号独立控制设计，选择小信号输出模式软件将自动禁止大信信号处理模块工作；通过硬件、软件两方面的保护设计有效避免使用过程各种操作失误导致被测件的安全。相比现有信号源只能实现小信号-110～0dBm输出，还能提供0～51dBm(0～120W)功率信号输出。
本实发明激励源模块11、小信号处理模块10与大信号处理模块12的回传数据通过接口控制模块9上报主控微机8，实现信号源的输出控制结果上报，并通过面板2上信号选择按键4、收发按键5一体化大功率信号源仪器设备大功率信号。大信号处理模块12采用了高性能耦合、检通过波电路与数字化辅助电路相结合的电路设计，实现信号源输出信号的高稳定性与自身安全。能够在30～512MHz频段，小信号-110～0dBm满足信号源常规运用；大信号输出0dBm～+51dBm(0～120W)的连续可调、大动态、百瓦级、连续波信号源输出。该一体化大功率信号源的外部散热风机13还可以通过大信号处理模块12的内部散热风机 22的开启、停止采用温控自动散热装置设计，工作温度范围宽，智能风扇控制，保护功能强，使信号源散具有良好热性能，保证信号源自身输出稳定、安全；信号源待机状态风机停止工作，减少了设备噪音有效降低噪音。
附图说明
图1本发明一体化大功率信号源仪器设备的外形示意图；
图2是图1内部结构示意图；
图3是图1的原理框图；
图4是图2中大信号处理模块12的构造示意图；
图5是图4的电路原理框图；
图6是图2激励源模块的原理框图；
图7是图2小信号处理模块的原理框图；
图1中：1.机箱，2面板，3.功率旋节按钮，4.信号选择按键，5收发按键，6.小信号输出接口(SAM)，7.大信号输出接口(N型),8.主控微机，9.接口控制模块，10.小信号处理模块， 11.激励源模块，12.大信号处理模块，13.机箱散热风机，14.电源接口，15.28V电源模块， 16.5V电源模块，17.电源处理及控制主板，18.安装固定件。
具体实施方式
参阅图1～图3。在以下描述的优选实施例中，一种一体化大功率信号源仪器设备，包括：设置在机箱1前置面板2上的功率旋节按钮3，信号选择按钮4、收发按钮5、小信号输出接口SAM 6和N型大信号输出接口7，及侧板上的信号源电源接口14、固定在机箱 1内侧壁上，设置在机箱安装固定件18上，5V电源模块16及其下方的28V电源模块15，连接接口控制模块9的主控微机8，并联在电源处理及主板17及主板上的激励源模块11和输出选择开关，相连所述输出选择开关的小信号处理模块10和大信号处理模块12，其特征在于：激励源模块11、大信号处理模块12通过标准接口实现与电源处理及主板17的电连接,主控微机8通过485串口总线与接口控制模块9通信，接口控制模块9将主控微机8下发的命令处理后，通过总线下发到电源处理及主板17，将控制信号电源/离散控制信号和控制信号分别送入激励源模块11输出选择开关，通过输出选择开关功率档位的控制小信号处理模块10和大信号处理模块12的信号源信号频率和小信号输出模式/大功率输出；激励源模块11、小信号处理模块10与大信号处理模块12的回传数据通过接口控制模块9上报主控微机8，实现信号源的输出控制结果上报，并通过面板2上信号选择按键4、收发按键5 输出大功率信号。
参阅图4、图5。大信号处理模块包括:设置在模块侧面上，输入射频信号RFIN，连通电调衰减器的激励源信号输入接口19，连通耦合器的信号输出接口20，以及连接主控微机8的信号接口21和对大信号处理模块12进行冷却的散热分机22。电调衰减器通过多级放大器顺次串联耦合器、检波器和数字分压补偿电路连接电调衰减器组成自动电平控制ALC环路控制电路。
输入信号首先进入电调衰减器，根据控制信号对RF信号进行衰减，然后进入多级放大器对信号进行放大，UV频段的分布参数与集总参数相结合耦合器，耦合器耦合出的信号送入检波器对输出功率进行检波，检波器根据耦合出的信号产生一个检波电压FD(V)，检波电压FD(V)通过数字分压补偿电路行相位(频率f0)补偿，以1MHz为步进对全频段扫频测试，自动调节补偿检波信号的斜率，通过改变数字电位器的分压比，修正检波电压，将修正数据与其频率、功率逐一对应，输出反馈控制电压到输入回路输入端的电调衰减器，形成自动电平控制ALC环路，最终使输出功率保持恒定。ALC环路控制电路建立修正值表存入主控微机8，通过调用修正值表数据，调节ALC电压输出值，将带内波动严格控制在 0.25dB以内，功率平坦度指标优于行业标准：“功率平坦度指标小于1dB”。
由于温度或其他原因增益升高、输出功率变大时，耦合电路耦合出的信号增大，使检波电压增大，检波电压与参考预置电压经运放差分放大后产生控制电压控制衰减器的电压，该电压使衰减器衰减量增加，从而使整个功放增益降低，功放输出减小，并形成动态平衡，使放大器输出功率趋于恒定；反之，如功放由于温度或其他原因增益降低、输出功率变小时，耦合电路耦合出的信号减小，使得检波电压减小，检波电压与参考预置电压经过运放差分放大后产生控制电压控制衰减器的电压，该电压使衰减器衰减量减小，也使整个功放增益升高，从而使功放输出增大，最终形成动态平衡，使放大器输出趋于恒定。
参阅图6。激励模块包括：将100MHz温补晶振作为一本振和二本振的公共源，晶振产生固定低本振频率1和可变高本振频率2，两个频率信号经混频器混频后产生30MHz～512MHz的可用信号，该信号经声表滤波器滤波、放大器放大后经低通滤波器滤波、放大器放大，通过选择开关输出给小信号处理或大信号处理模块参阅图7。小信号处理模块包括：电调衰减器相连的程控衰减器，主控微机8通过接口控制板9下发衰减控制码，电调衰减器把大电压信号衰减到一定的比例倍数，达到安全或理想指功率衰减的电平值，控制精密程控衰减将激励信号处理并输出-110～0dBm的小信号。

Claims (9)

1.一种一体化大功率信号源仪器设备，包括：设置在机箱1前置面板2上的功率旋节按钮3，信号选择按钮4、收发按钮5、小信号输出接口SAM 6和N型大信号输出接口7，及侧板上的信号源电源接口14、固定在机箱1内侧壁上，设置在机箱安装固定件18上，5V电源模块16及其下方的28V电源模块15，连接接口控制模块9的主控微机8，并联在电源处理及主板17及主板上的激励源模块11和输出选择开关，相连所述输出选择开关的小信号处理模块10和大信号处理模块12，其特征在于：激励源模块11、大信号处理模块12通过标准接口实现与电源处理及主板17的电连接,主控微机8通过485串口总线与接口控制模块9通信，接口控制模块9将主控微机8下发的命令处理后，通过总线下发到电源处理及主板17，将控制信号电源/离散控制信号和控制信号分别送入激励源模块11输出选择开关，通过输出选择开关功率档位的控制小信号处理模块10和大信号处理模块12的信号源信号频率和小信号输出模式/大功率输出；激励源模块11、小信号处理模块10与大信号处理模块12的回传数据通过接口控制模块9上报主控微机8，实现信号源的输出控制结果上报，并通过面板2上信号选择按键4、收发按键5输出大功率信号。
2.如权利要求1所述的一体化大功率信号源仪器设备，其特征在于：大信号处理模块包括:设置在模块侧面上，输入射频信号RFIN，连通电调衰减器的激励源信号输入接口19，连通耦合器的信号输出接口20，以及连接主控微机8的信号接口21和对大信号处理模块12进行冷却的散热分机22。
3.如权利要求1所述的一体化大功率信号源仪器设备，其特征在于：电调衰减器通过多级放大器顺次串联耦合器、检波器和数字分压补偿电路连接电调衰减器组成自动电平控制ALC环路控制电路。
4.如权利要求1所述的一体化大功率信号源仪器设备，其特征在于：输入信号首先进入电调衰减器，根据控制信号对RF信号进行衰减，然后进入多级放大器对信号进行放大，UV频段的分布参数与集总参数相结合耦合器，耦合器耦合出的信号送入检波器对输出功率进行检波，检波器根据耦合出的信号产生一个检波电压FD(V)，检波电压FD(V)通过数字分压补偿电路行相位的频率f0补偿。
5.如权利要求4所述的一体化大功率信号源仪器设备，其特征在于：数字分压补偿电路以1MHz为步进对全频段扫频测试，自动调节补偿检波信号的斜率，通过改变数字电位器的分压比，修正检波电压，将修正数据与其频率、功率逐一对应，输出反馈控制电压到输入回路输入端的电调衰减器，形成自动电平控制ALC环路，最终使输出功率保持恒定。
6.如权利要求3所述的一体化大功率信号源仪器设备，其特征在于：ALC环路控制电路建立修正值表存入主控微机8，通过调用修正值表数据，调节ALC电压输出值，将带内波动严格控制在0.25dB以内，功率平坦度指标优于行业标准：“功率平坦度指标小于1dB”。
7.如权利要求1所述的一体化大功率信号源仪器设备，其特征在于：输出功率变大时，耦合电路耦合出的信号增大，使检波电压增大，检波电压与参考预置电压经运放差分放大后产生控制电压控制衰减器的电压，该电压使衰减器衰减量增加，使整个功放增益降低，功放输出减小，并形成动态平衡，使放大器输出功率趋于恒定；反之，该电压使衰减器衰减量减小，使整个功放增益升高，使功放输出增大，最终形成动态平衡，使放大器输出趋于恒定。
8.如权利要求1所述的一体化大功率信号源仪器设备，其特征在于：激励模块包括：将100MHz温补晶振作为一本振和二本振的公共源，晶振产生固定低本振频率1和可变高本振频率2，两个频率信号经混频器混频后产生30MHz～512MHz的可用信号，该信号经声表滤波器滤波、放大器放大后经低通滤波器滤波、放大器放大，通过选择开关输出给小信号处理或大信号处理模块。
9.如权利要求1所述的一体化大功率信号源仪器设备，其特征在于：小信号处理模块包括：电调衰减器相连的程控衰减器，主控微机8通过接口控制板9下发衰减控制码，电调衰减器把大电压信号衰减到一定的比例倍数，达到安全或理想指功率衰减的电平值，控制精密程控衰减将激励信号处理并输出-110～0dBm的小信号。
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