CN218037047U - 一种功率采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机电控制技术领域，特别涉及一种功率采样装置，包括中央处理器和信号处理电路，所述信号处理电路包括运算放大器、二极管和第一电阻，若传输的功率较小，导致耦合信号过小时，运算放大器的负输入端接收到耦合信号时，利用的运算放大器的开环增益大的特性，并使二极管导通，此时，运算放大器转入闭环放大状态，以对耦合信号进行放大，中央处理器根据放大后的耦合信号进行AD采样，能更准确地得到输送的功率对应的正向功率值和/或反向功率值，因此，实现了一种快速、准确、且实时能够进行功率采样的功率采样装置。

Description

一种功率采样装置

技术领域

本实用新型涉及机电控制技术领域，特别涉及一种功率采样装置。

背景技术

在大功率发射机应用中，需实时对射频输出的正向功率和反向功率进行监测，以便用户能够准确掌握设备的工作状态。并在必要的时候，设备自动进行保护动作。

发射机的正向功率采集监测，是发射机输出额定功率的指示和参考；反向功率采集监测，是对发射机负载匹配程度的衡量；通过正向功率和反向功率可以计算出电压驻波比，若发射机负载匹配程度过低，大量的反射功率反射回发射机，不仅造成功率输出不足，而且会对发射机造成损害，甚至烧毁。电压驻波比过大也会造成同样的危害。

目前，通常采用的实现方法是：在定向耦合器后面直接加检波二极管，将定向耦合器输出的耦合信号转换成直流电平信号，然后送到中央处理CPU中进行AD采样，计算出正向功率、反向功率和电压驻波比，用于状态显示和保护逻辑。

但从实践中获知，上述普遍采用的方法的精度不高，而且在低功率下不能实现实时监测。在负载开路的情况下，设备难以主动发现，不力设备的保护，容易发生全发射现象，容易造成设备损坏。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种功率采样装置。

本实用新型的一种功率采样装置的技术方案如下：

包括中央处理器和信号处理电路，所述信号处理电路包括运算放大器、二极管和第一电阻；

所述运算放大器的负输入端用于接收传输的功率所对应的耦合信号，所述运算放大器的正输入端接地，所述运算放大器的输出端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极连接所述中央处理器；

所述运算放大器的负输入端与所述运算放大器的输出端之间连接所述第一电阻，所述第一电阻的输出端连接所述二极管的正极；

所述中央处理器用于：根据二极管的负极所发出的信号，进行AD采样，得到输送的功率对应的正向功率值和/或反向功率值。

本实用新型的一种功率采样装置的有益效果如下：

若传输的功率较小，导致耦合信号过小时，运算放大器的负输入端接收到耦合信号时，利用的运算放大器的开环增益大的特性，并使二极管导通，此时，运算放大器转入闭环放大状态，以对耦合信号进行放大，中央处理器根据放大后的耦合信号进行AD采样，能更准确地得到输送的功率对应的正向功率值和/或反向功率值，因此，实现了一种快速、准确、且实时能够进行功率采样的功率采样装置。

在上述技术方案的基础上，本实用新型的一种功率采样装置还可以做如下改进。

进一步，还包括定向耦合器，所述定向耦合器的输入端和直通端之间用于传输功率，所述定向耦合器的耦合端连接所述运算放大器的负输入端，以向所述运算放大器的负输入端发送所述耦合信号，所述定向耦合器的隔离端接地。

进一步，还包括电容，所述定向耦合器的隔离端与耦合端之间并联所述电容。

进一步，所述定向耦合器的隔离端与耦合端之间还并联有第二电阻，所述第二电阻与所述电容串联。

采用上述进一步方案的有益效果是：第二电阻、电容与定向耦合器共同实现具有一定带宽的通频带，在这一带宽内的频率响应基本一致，保证了对带宽内的不同频率取样大小保持一致。

进一步，还包括第三电阻，所述运算放大器的负输入端与所述定向耦合器的耦合端之间连接所述第三电阻，所述电容与所述第三电阻并联。

进一步，还包括第四电阻，所述二极管的负极与所述中央处理器之间连接所述第四电阻。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种功率采样装置的电路结构图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型实施例。

如图1所示，本实用新型的一种功率采样装置，包括中央处理器和信号处理电路，所述信号处理电路包括运算放大器A1、二极管D1和第一电阻R1；

所述运算放大器A1的负输入端用于接收传输的功率所对应的耦合信号，所述运算放大器A1的正输入端接地，所述运算放大器A1的输出端连接所述二极管D1的正极，所述二极管D1的负极连接所述中央处理器；

所述运算放大器A1的负输入端与所述运算放大器A1的输出端之间连接所述第一电阻R1，所述第一电阻R1的输出端连接所述二极管D1的正极；

所述中央处理器用于：根据二极管D1的负极所发出的信号，进行AD采样，得到输送的功率对应的正向功率值和/或反向功率值。

若传输的功率较小，导致耦合信号过小时，运算放大器A1的负输入端接收到耦合信号时，利用的运算放大器A1的开环增益大的特性，并使二极管D1导通，此时，运算放大器A1转入闭环放大状态，以对耦合信号进行放大，中央处理器根据放大后的耦合信号进行AD采样，能更准确地得到输送的功率对应的正向功率值和/或反向功率值，因此，实现了一种快速、准确、且实时能够进行功率采样的功率采样装置。

较优地，还包括定向耦合器T1，所述定向耦合器T1的输入端和直通端之间用于传输功率，所述定向耦合器T1的耦合端连接所述运算放大器A1的负输入端，以向所述运算放大器A1的负输入端发送所述耦合信号，所述定向耦合器T1的隔离端接地。图1中，Rfin表示功率输入，Rfout表示功率输出，此时实现在定向耦合器T1的输入端和直通端之间传输功率。其中，定向耦合器T1为绕组为1：N的定向耦合器T1，N为正整数，可根据实际情况，选用不同规格的定向耦合器T1。

在一个实施例中，本实用新型的一种功率采样装置包括中央处理器、一个定向耦合器T1和一个信号处理电路，定向耦合器T1的输入端和直通端之间用于传输功率，定向耦合器T1的耦合端连接运算放大器A1的负输入端，以向运算放大器A1的负输入端发送所述耦合信号，定向耦合器T1的隔离端接地，运算放大器A1的负输入端接收传输的功率所对应的耦合信号，运算放大器A1的正输入端接地，运算放大器A1的输出端连接所述二极管D1的正极，二极管D1的负极连接中央处理器；运算放大器A1的负输入端与所述运算放大器A1的输出端之间连接所述第一电阻R1，所述第一电阻R1的输出端连接所述二极管D1的正极；所述中央处理器根据二极管D1的负极所发出的信号，进行AD采样，得到输送的功率对应的正向功率值或反向功率值，具体地，根据定向耦合器T1中的绕组的缠绕方向，得到正向功率值或反向功率值；

在另外一个实施例中，本实用新型的一种功率采样装置包括中央处理器、两个定向耦合器T1和两个信号处理电路，且两个定向耦合器T1中的绕组的缠绕方向相反，一个定向耦合器T1对应连接一个信号处理电路，具体连接关系参见上文，在此不做赘述，此时，中央处理器根据二极管D1的负极所发出的信号，进行AD采样，同时得到正向功率值或反向功率值，以及根据正向功率值和反向功率值得到电压驻波比。

在另外一个实施例中，本实用新型的一种功率采样装置包括两个中央处理器、两个定向耦合器T1和两个信号处理电路，且两个定向耦合器T1中的绕组的缠绕方向相反，一个定向耦合器T1对应连接一个信号处理电路，以及一个定向耦合器T1对应一个中央处理器，此时，两个中央处理器分别得到正向功率值和反向功率值，其中一个中央处理器可将得到的正向功率值或反向功率值发送至另外一个中央处理器，另外一个中央处理器根据正向功率值或反向功率值得到电压驻波比。

也就是说，本申请由两套图1所示的电路组成，同时完成正向功率和反向功率的取样，经中央处理器的AD采样后，计算出电压驻波比，用于显示和保护逻辑。在中央处理器内部软件和硬件的配合工作下，可确保设备如发射机工作在期望的状态下，即便工作出现异常，也会及时发现，进而作出正确的保护措施，完成期望的发射功能。本申请的一种功率采样装置可及时地发现问题或故障，可对发射机有效地进行保护。

其中，中央处理器进行AD采样得到正向功率值或反向功率值的过程，以及根据正向功率值或反向功率值得到电压驻波比的过程为本领域技术人员所悉知，在此不做赘述。

较优地，在上述技术方案中，还包括电容C1，所述定向耦合器T1的隔离端与耦合端之间并联所述电容C1。

较优地，在上述技术方案中，所述定向耦合器T1的隔离端与耦合端之间还并联有第二电阻R2，所述第二电阻R2与所述电容C1串联。

较优地，在上述技术方案中，第二电阻R2、电容C1与定向耦合器T1共同实现具有一定带宽的通频带，在这一带宽内的频率响应基本一致，保证了对带宽内的不同频率取样大小保持一致。

较优地，在上述技术方案中，还包括第三电阻R3，所述运算放大器A1的负输入端与所述定向耦合器T1的耦合端之间连接所述第三电阻R3，所述电容C1与所述第三电阻R3并联。

其中，运算放大器A1、第一电阻R1、第三电阻R3、检波二极管D1共同构成有源检波电路。运算放大器A1可选用型号为OP2277的轨到轨运算放大器A1，使得信号输入电压可以无限接近VCC和VSS的电压值，从而能避免失真，避免检波的不准确性。其中，VCC表示运算放大器A1的正侧电源引脚输入的电压，VSS表示运算放大器A1的负侧电源引脚输入的电压。

其中，第三电阻R3起到限流作用，确保运算放大器A1能够处于正常工作状态，运算放大器A1的负输入端与所述运算放大器A1的输出端之间连接第一电阻R1后，构成负反馈电路，二极管D1相当于检波电路，从运算放大器A1的输出端输出的信号的包络，若传输的功率较小，导致耦合信号过小时，运算放大器A1的负输入端接收到耦合信号时，利用的运算放大器A1的开环增益大的特性，并使二极管D1导通，此时，运算放大器A1转入闭环放大状态，以对耦合信号进行放大，中央处理器根据放大后的耦合信号进行AD采样，能更准确地得到输送的功率对应的正向功率值和/或反向功率值，其中，第一电阻R1和第三电阻R3阻值决定了运算放大器A1的闭环增益的大小。

较优地，在上述技术方案中，还包括第四电阻R4，所述二极管D1的负极与所述中央处理器之间连接所述第四电阻R4，第四电阻R4起到限流作用，放大后的耦合信号经第四电阻R4后，转变为适合CPU即中央处理器接入的Sout信号，以便于中央处理器根据Sout信号进行AD采样，能更准确地得到输送的功率对应的正向功率值和/或反向功率值。

本实用新型的一种功率采样装置，具有如下优点：

1)没有其它特殊元器件，采用常规元器件实现，因而成本低廉。

2)通过对发射射频的功率的取样、分析，可准确监测发射机工作状态，及时发现问题，对发射机进行实时保护，可有效避免了设备的损坏，有效保护发射机的安全；

3)原理简单，易于实现，调试简便。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种功率采样装置，其特征在于，包括中央处理器和信号处理电路，所述信号处理电路包括运算放大器、二极管和第一电阻；

所述运算放大器的负输入端用于接收传输的功率所对应的耦合信号，所述运算放大器的正输入端接地，所述运算放大器的输出端连接所述二极管的正极，所述二极管的负极连接所述中央处理器；

所述运算放大器的负输入端与所述运算放大器的输出端之间连接所述第一电阻，所述第一电阻的输出端连接所述二极管的正极；

所述中央处理器用于：根据二极管的负极所发出的信号，进行AD采样，得到输送的功率对应的正向功率值和/或反向功率值。

2.根据权利要求1所述的一种功率采样装置，其特征在于，还包括定向耦合器，所述定向耦合器的输入端和直通端之间用于传输功率，所述定向耦合器的耦合端连接所述运算放大器的负输入端，以向所述运算放大器的负输入端发送所述耦合信号，所述定向耦合器的隔离端接地。

3.根据权利要求2所述的一种功率采样装置，其特征在于，还包括电容，所述定向耦合器的隔离端与耦合端之间并联所述电容。

4.根据权利要求3所述的一种功率采样装置，其特征在于，所述定向耦合器的隔离端与耦合端之间还并联有第二电阻，所述第二电阻与所述电容串联。

5.根据权利要求4所述的一种功率采样装置，其特征在于，还包括第三电阻，所述运算放大器的负输入端与所述定向耦合器的耦合端之间连接所述第三电阻，所述电容与所述第三电阻并联。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种功率采样装置，其特征在于，还包括第四电阻，所述二极管的负极与所述中央处理器之间连接所述第四电阻。

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