CN208768076U - 基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，包括功放故障检测及功率控制部分、功放、控制电路与上位机，功放故障检测及功率控制部分内部包括有发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测、电平转换、FPGA控制处理模块、输出隔离、电平转换与电源管理。本实用新型所述的基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，通过4路采样电路和强大的数据处理功能，加上上位机的监控功能，对功放的工作状态进行实时监控，完成发射功率值、反射功率值、电压、驻波比、电流、电源功率、TR‑T脉宽、TR‑T周期、TR‑R脉宽、TR‑R周期、发射/反射功率包络图测试，带来更好的使用前景。

Description

基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统

技术领域

本实用新型涉及功率控制领域，特别涉及基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统。

背景技术

射频信号功率控制技术已经应用在许多领域，在射频发射领域，主要是采用基带调制、鉴相、VCO振荡、功率放大、发射的工作顺序实现的，为保证工作频率和发射功率的稳定性，还采取了一些相应的闭环控制电路,在功放控制闭环回路中，功率控制器只是对功放的输出功率进行采样，并根据功放输出功率大小对功放进行调整控制，功放的其它工作状态则没能进行实时监测，这种情况下功放输出的信号品质则处于监测盲区；现有的控制系统在使用时存在一定的弊端，没有输出信号品质检测功能，没有统一波比测试功能，没有功放电压、电流检测功能，没有信号包络信息解析功能，在实际使用时带来了一定的影响，为此，我们提出基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，包括功放故障检测及功率控制部分、功放、控制电路与上位机，所述功放故障检测及功率控制部分内部包括有发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测、电平转换、FPGA控制处理模块、输出隔离、电平转换与电源管理，所述发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测、电平转换均与FPGA控制处理模块电性连接，所述发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测均与功放电性连接，所述FPGA控制处理模块与输出隔离、电平转换电性连接，所述输出隔离与控制电路电性连接，所述电平转换与上位机电性连接。

优选的，所述发射功率采样、反射功率采样主要由衰减器、检波器和高速ADC模块组成，检波器为包络检波器，输出信号与输入信号包络成对应关系，主要用于标准调幅信号的解调，高速ADC模块是一款双通道、12 位、高速、低功耗的逐次逼近型ADC，采用 2.7 V至5.25 V单电源供电，采样速率最高可达 2MSPS。

优选的，所述FPGA控制处理模块采用的器件有4608个逻辑单元，还具有新的增强特性，多达150个嵌入18x18乘法器，锁相环、支持外部存储器接口及差分和单端I/O标准。

优选的，所述电流采样检测提供从4.5V到80V的出色共模抑制性能，并内置一个LDO，它直接从高压轨为器件供电。

优选的，所述功放是由分压电路和高速ADC模块组成，分压电路是为模数转换提供适宜电平服务的，高速ADC模块是为数字分析处理提供高精度电压数字量。

优选的，所述高速ADC模块的数量为两组，两者之前均配有一个3通道多路复用器和一个能够处理 30 MHz以上输入频率的低噪声、宽带宽采样保持放大器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型中，本实用新型技术通过4路采样电路和强大的数据处理功能对功放的工作状态进行实时监控，完成发射功率值、反射功率值、电压、驻波比、电流、电源功率、TR-T脉宽、TR-T周期、TR-R脉宽、TR-R周期、发射/反射功率包络图测试，在采样数据基础上，对功放工作状态进行判别，实时进行欠输出告警、过反射告警、过脉宽告警、过占空比告警、欠压告警、过压告警、过流告警，带来更好的使用前景。

附图说明

图1为本实用新型基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统的实施方案框图；

图2为本实用新型基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统的技术原理框图；

图3为本实用新型基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统的常用射频发射技术框图。

图4为本实用新型基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统的衰减器原理框图。

图5为本实用新型基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统的高速ADC模块功能框图。

图6为本实用新型基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统的电流检测模块原理框图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-6所示，基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，包括功放故障检测及功率控制部分、功放、控制电路与上位机，功放故障检测及功率控制部分内部包括有发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测、电平转换、FPGA控制处理模块、输出隔离、电平转换与电源管理，发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测、电平转换均与FPGA控制处理模块电性连接，发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测均与功放电性连接，FPGA控制处理模块与输出隔离、电平转换电性连接，输出隔离与控制电路电性连接，电平转换与上位机电性连接；

发射功率采样、反射功率采样主要由衰减器、检波器和高速ADC模块组成，检波器为包络检波器，输出信号与输入信号包络成对应关系，主要用于标准调幅信号的解调，高速ADC模块是一款双通道、12 位、高速、低功耗的逐次逼近型ADC，采用 2.7 V至 5.25 V单电源供电，采样速率最高可达 2MSPS；FPGA控制处理模块采用的器件有4608个逻辑单元，还具有新的增强特性，多达150个嵌入18x18乘法器，锁相环、支持外部存储器接口及差分和单端I/O标准；电流采样检测提供从4.5V到80V的出色共模抑制性能，并内置一个LDO，它直接从高压轨为器件供电；功放是由分压电路和高速ADC模块组成，分压电路是为模数转换提供适宜电平服务的，高速ADC模块是为数字分析处理提供高精度电压数字量；高速ADC模块的数量为两组，两者之前均配有一个 3 通道多路复用器和一个能够处理 30 MHz以上输入频率的低噪声、宽带宽采样保持放大器。

需要说明的是，本实用新型为基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，在使用时，FPGA控制处理模块是整个单元的核心，它负责控制其它所有模块包括接收数据、发送数据的数据处理等各种功能，本单元采用的器件有4608个逻辑单元，还具有新的增强特性，多达150个嵌入18x18乘法器，锁相环、支持外部存储器接口及差分和单端I/O标准，电流采样检测是在负载的上端取分流器的电压来采集电流的，它是一款高压、高分辨率分流放大器，设定增益为20V/V，在整个温度范围内的最大增益误差为±0.35%，缓冲输出电压可以直接与任何典型转换器连接，电流采样检测提供从4.5V到80V的出色共模抑制性能，并内置一个LDO，它直接从高压轨为器件供电，因此，只要输入共模范围为4.5V至80V，则无需其它电源，电流采样检测在分流电阻上执行单向电流测量，适合各种工业和电信应用，包括电机控制、电池管理和基站功率放大器偏置控制等，电压采样检测的电压范围是0-60v，而AD采集电压范围是0-2v，所以，采用的是高精度的电阻分压模式，这样就实现了电压的采集，发射功率采样由衰减器、包络检波器和高速ADC模块三部分组成，通过采用不同衰减量值的衰减器，以满足不同发射功率的场合，通过采用包络检波器，不仅可以检测出发射功率的大小，而且可以解析出信号包络，对分析信号品质提供依据，通过高速ADC使用，可以将信号包络的模拟量转换成数字量，为下一步的数字分析处理做准备，反射功率采样也是由衰减器、包络检波器和高速ADC模块三部分组成，其完成功能与发射功率采样一样，只不过其所采信号是反射信号，是检测反射信号功率值、驻波比大小，为减小驻波提供依据的，这是一般功率控制电路所不具备的，功放由功放电压采样与功放电流采样构成，功放电压采样是由分压电路和高速ADC模块组成，分压电路是为模数转换提供适宜电平服务的，高速ADC模块是为数字分析处理提供高精度电压数字量，经过数字分析处理模块分析，监控功放的工作电压，并适时输出功放过压、欠压告警信息，这能够充分地保证功放的稳定工作，功放电流采样由电流检测放大器、高速ADC组成，电流检测放大电路用于放大采样回来的微弱电流，不仅提高了检测电流波动的灵敏度，同时也是高速ADC稳定的模数转换的前提，衰减器采用一种稳定闭环的自动功率控制器，由一个VGA、一个解调对数放大器和功率采样电路组成，由于解调对数放大器具有较高的温度稳定性，从而确保VGA输出端具有较高的温度稳定性。改变DAC电压值则会对功率输出进行调节，从而实现衰减功能，检波器采用ADL5502芯片, 是一款均值响应功率检波器，内置包络检波器，可以精确地测量调制信号的波峰因数(CF)，它可以用于 450 MHz至 6 GHz的高频接收机和发射机信号链，包络带宽超过 10MHz，峰值保持功能允许利用较低采样速率的ADC捕获包络中的短峰值，该器件的总功耗仅为 3 mA，较为实用。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，包括功放故障检测及功率控制部分、功放、控制电路与上位机，其特征在于：所述功放故障检测及功率控制部分内部包括有发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测、电平转换、FPGA控制处理模块、输出隔离、电平转换与电源管理，所述发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测、电平转换均与FPGA控制处理模块电性连接，所述发射功率采样、反射功率采样、电压采样检测、电流采样检测均与功放电性连接，所述FPGA控制处理模块与输出隔离、电平转换电性连接，所述输出隔离与控制电路电性连接，所述电平转换与上位机电性连接。

2.根据权利要求1所述的基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，其特征在于：所述发射功率采样、反射功率采样主要由衰减器、检波器和高速ADC模块组成，检波器为包络检波器，输出信号与输入信号包络成对应关系，主要用于标准调幅信号的解调，高速ADC模块是一款双通道、12 位、高速、低功耗的逐次逼近型ADC，采用 2.7 V至5.25 V单电源供电，采样速率最高可达 2MSPS。

3.根据权利要求1所述的基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，其特征在于：所述FPGA控制处理模块采用的器件有4608个逻辑单元，还具有新的增强特性，多达150个嵌入18x18乘法器，锁相环、支持外部存储器接口及差分和单端I/O标准。

4.根据权利要求1所述的基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，其特征在于：所述电流采样检测提供从4.5V到80V的出色共模抑制性能，并内置一个LDO，它直接从高压轨为器件供电。

5.根据权利要求1所述的基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，其特征在于：所述功放是由分压电路和高速ADC模块组成，分压电路是为模数转换提供适宜电平服务的，高速ADC模块是为数字分析处理提供高精度电压数字量。

6.根据权利要求1所述的基于射频信号包络实时解析的功放故障检测和功率控制系统，其特征在于：所述高速ADC模块的数量为两组，两者之前均配有一个 3 通道多路复用器和一个能够处理 30 MHz以上输入频率的低噪声、宽带宽采样保持放大器。