DE112019003471T5

DE112019003471T5 - Intelligente automatische Frequenzsteuerung auf Basis einer digitalen Steuerung

Info

Publication number: DE112019003471T5
Application number: DE112019003471.5T
Authority: DE
Inventors: Shangmin Sun; Yu Hu; Sheng Yao; Tao Wang; Xibin Yin
Original assignee: Nuctech Co Ltd
Current assignee: Nuctech Co Ltd
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2021-03-25
Also published as: PL436833A1; CN110716182A; US11885869B2; WO2020010973A1; PL243124B1; US20210364620A1

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt eine intelligente Vorrichtung zur automatischen Frequenzsteuerung (AFC) bereit, die Folgendes umfasst: ein Phasenschiebermodul, das mit einem ersten Signaleingangsanschluss verbunden und so konfiguriert ist, dass es: eine einfallende Welle von dem ersten Signaleingangsanschluss empfängt, eine Phasenverschiebung an der einfallenden Welle gemäß einem Phasenverschiebungsparameter durchführt, um ein phasenverschobenes Signal zu erzeugen, und das phasenverschobene Signal an ein Phasendetektionsmodul ausgibt, und das Phasendetektionsmodul, das mit dem Phasenschiebermodul und einem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden und dazu konfiguriert ist, eine reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, eine Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und der reflektierten Welle durchzuführen, um ein Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über eine Steuerschnittstelle auszugeben.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der chinesischen Patentanmeldung Nr. 201810761126.9 , eingereicht am 11. Juli 2018, die hierin durch Bezugnahme im vollen Umfang einbezogen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft das Gebiet der automatischen Frequenzsteuerung und insbesondere eine intelligente automatische Frequenzsteuerungsvorrichtung, die auf einer digitalen Steuerung basiert.
HINTERGRUND
Ein automatisches Frequenzsteuerungs-(AFC-)System, auch bekannt als automatisches Feineinstellungs-(AFT-)System, ist ein automatisches Steuerungssystem, das dafür sorgt, dass die Ausgangsfrequenz eines Mikrowellensignals eines Mikrowellengenerators ein bestimmtes Verhältnis zu einer Zielfrequenz einhält.
Das AFC-System wird in einem Radarsystem hauptsächlich dazu verwendet, die Frequenz eines Empfängers auf einem Sollwert zu halten, um sicherzustellen, dass ein Radarrückmeldesignal korrekt empfangen wird. In den frühen 1950er Jahren wurde es in HF-Kommunikationsempfängern eingesetzt, um die Anti-Interferenz-Fähigkeit zu verbessern, in Radarempfängern eingesetzt, um eine Frequenzfeinabstimmung zu erreichen, und auch in HF-Sendern und anderen elektronischen Geräten eingesetzt, um die Systemstabilität zu verbessern.
Bei Wanderwellen- oder Stehwellen-Elektronen-Linearbeschleunigern, die in der modernen medizinischen Behandlung, in der Industrie und dergleichen verwendet werden, wird das AFC-System, das auf der Mikrowellen-Signalverarbeitung basiert, oft dazu verwendet, sicherzustellen, dass die Ausgangs-Mikrowellenfrequenz der Mikrowellen-Leistungsquelle mit einem Betriebsfrequenzpunkt der Beschleunigerröhre übereinstimmt, um so die Stabilität verschiedener Indikatoren während des Systembetriebs zu gewährleisten und die Anti-Interferenz-Fähigkeit zu verbessern.
Die Implementierung des AFC-Systems, das bei Stehwellen-Elektronen-Linearbeschleunigern verwendet wird, ist grundsätzlich in drei Methoden unterteilt: eine Methode zur Steuerung der maximalen Dosis, eine Methode zur Detektion der minimalen reflektierten Welle und eine Methode zur Frequenzdetektion. Bei der Methode zur Steuerung der maximalen Dosis wird die Dosisleistung des Beschleunigersystems in Echtzeit verfolgt und ein Steuersignal durch ein Rückkopplungssignal erhalten, um die Dosisleistung des gesamten Systems auf dem maximalen Punkt zu halten. Da das Messsignal ein extrem schwaches Stromsignal ist und die Messung in einer rauen Umgebung wie Hochspannung, starker Elektrizität, starkem Magnetfeld und starken elektromagnetischen Störungen durchgeführt wird, ist es schwierig, die Stabilität und Genauigkeit des Systems sicherzustellen. Diese Methode ist immer noch im theoretischen Stadium. Bei der Methode zur Detektion der minimalen reflektierten Welle wird die Änderung des von der Beschleunigerröhre reflektierten Mikrowellenleistungssignals verfolgt, um das Steuersignal zur Steuerung der Frequenz der Mikrowellenquelle im Beschleunigersystem zu erzeugen, um die Stabilität der Dosisleistung und anderer Indikatoren des gesamten Systems zu gewährleisten. Bei der Frequenzdetektionsmethode wird die Konsistenz der eingehenden Mikrowellen-Charakteristiken und einiger Mikrowellensignalcharakteristiken, die von der Beschleunigerröhre benötigt werden, detektiert, um das Signal zur Steuerung der Mikrowellenquelle zu erhalten, um so die Stabilität der Dosisleistung und anderer Indikatoren des gesamten Systems zu gewährleisten. Es gibt im Allgemeinen vier Arten von Frequenzsteuerungssystemen: Kristalloszillator-Frequenzsteuerungssysteme, Single-Cavity-Frequenzsteuerungssysteme, Dual-Cavity- Frequenzsteuerungssysteme und phasenstarre F req uenzsteueru ngssystem e.
Das Kristalloszillator-Frequenzsteuersystem ist ein Schema, das bei frühen Beschleunigersystemen verwendet wurde, wobei eine Ausgangsfrequenz eines Kristalloszillators als Referenz für das Ausgangsfrequenzsteuersignal der Mikrowellenquelle verwendet wird. Sein Nachteil ist, dass die Frequenz der Mikrowellenleistungsquelle nur an einem bestimmten Punkt stabilisiert werden kann, aber nicht dynamisch in Echtzeit angepasst werden kann, um das System entsprechend der Änderung der Betriebsfrequenz, die durch die Temperaturänderung der Beschleunigerröhre verursacht wird, im besten Zustand zu halten.
Bei dem Single-Cavity-Frequenzsteuerungssystem wird ein einzelner Resonanzhohlraum verwendet, und der Zweck der Frequenzverriegelung wird durch die Eigenschaft erreicht, dass unterschiedliche Frequenzen des Mikrowellensignals unterschiedliche Ausgangssignale haben, nachdem sie den Resonanzhohlraum durchlaufen haben. Da der Hohlraum mit dem Systemleistungsweg in Verbindung steht, hat die vom Hohlraum erzeugte Signaländerung eine gewisse Korrelation mit der temperaturbedingten Frequenzänderung der Beschleunigerröhre. Da die Genauigkeit und Empfindlichkeit der Hohlraumverarbeitung jedoch gering ist, ist die Fähigkeit zur Frequenzsteuerung unzureichend.
Bei dem Dual-Cavity-Frequenzsteuersystem werden zwei Resonanzhohlräume mit Frequenzen von f+Δf bzw. f-Δf verwendet. Die beiden Resonanzhohlräume werden durch das Mikrowellensignal des Abtasthohlleiters angeregt. Nach der jeweiligen Abtastung werden die beiden erhaltenen Signale durch eine Spitzenwertabtastschaltung auf einen Gleichspannungspegel umgewandelt und durchlaufen dann einen Differenzverstärker, um ein Ansteuersignal zur Änderung der Frequenz der Mikrowellenquelle zu erhalten. Verglichen mit dem Single-Cavity-Frequenzsteuersystem hat das Dual-Cavity-Frequenzsteuersystem eine gute Frequenzänderungs-Nachführeigenschaft und kann eine höhere Systemstabilität erreichen. Allerdings ist der Nachführbereich begrenzt und es kann sich nicht an große Änderungen anpassen.
Das phasenstarre Frequenzsteuersystem (auch indirektes Frequenzdetektionssystem AFC genannt) detektiert eine Änderung einer Phasendifferenz zwischen der einfallenden Welle und der reflektierten Welle, die als Rückkopplungssignal verwendet wird, um ein entsprechendes Mikrowellenquellen-Steuersignal zu erzeugen, um einen Frequenzpunkt-Differenzwert zu kompensieren, der durch eine Frequenzabweichung jedes Mikrowellensignals verursacht wird, um so die Mikrowellenquelle des Systems schnell und genau zu steuern. Seit seiner erfolgreichen Entwicklung in den 1970er Jahren wurde es von den meisten Stehwellenbeschleunigersystemen im In- und Ausland übernommen.
Grundsätzlich hat das phasenstarre AFC-System mit Frequenzdetektion die Eigenschaften einer stabilen Leistung und schnellen Reaktionsgeschwindigkeit. Für traditionelle Stehwellen-Linearbeschleuniger ist es das am häufigsten verwendete Systemschema. Bei den zur Verfügung stehenden Gerätemodellen ist ersichtlich, dass die bestehenden AFC-Steuerungssysteme meist analoge Mikrowellensignalverarbeitungssysteme verwenden und eine mechanische Rotation am Dämpfungsglied und Phasenschieber eingesetzt wird. Eine genaue Positionierung kann nicht realisiert werden und die Gerätekonsistenz ist schlecht. Außerdem befinden sich die Mikrowellengeräte meist in der Nähe des Mikrowellenquellensystems und der Strahlenerzeugungseinrichtung des Beschleunigers. Während des Betriebs muss der Debugger immer wieder das Strahlensystem ausschalten und zwischen dem Sicherheits- und dem Strahlenkontrollbereich hin und her fahren. Es gibt gewisse Probleme bei der Debugging-Effizienz und -Sicherheit.
KURZDARSTELLUNG
In Anbetracht dessen stellt ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine intelligente AFC-Vorrichtung bereit, die Folgendes umfasst:

ein Phasenschiebermodul, das mit einem ersten Signaleingangsanschluss verbunden und konfiguriert ist, um: eine einfallende Welle von dem ersten Signaleingangsanschluss zu empfangen, eine Phasenverschiebung an der einfallenden Welle gemäß einem Phasenverschiebungsparameter durchzuführen, um ein phasenverschobenes Signal zu erzeugen, und das phasenverschobene Signal an ein Phasendetektionsmodul auszugeben, und
das Phasendetektionsmodul, das mit dem Phasenschiebermodul und einem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden und konfiguriert ist, um: eine reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, eine Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und der reflektierten Welle durchzuführen, um ein Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über eine Steuerschnittstelle auszugeben.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist der Phasenverschiebungsparameter ein digitales Steuersignal.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird die einfallende Welle durch eine Mikrowellenquelle erzeugt, und die reflektierte Welle wird durch eine Reflexion der einfallenden Welle über einen Elektronen-Linearbeschleuniger erzeugt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst das Phasenschiebermodul :

einen digitalen Phasenschieber, der mit dem ersten Signaleingangsanschluss verbunden ist und so konfiguriert ist, dass er: die einfallende Welle von dem ersten Signaleingangsanschluss empfängt, die Phasenverschiebung an der einfallenden Welle gemäß dem Phasenverschiebungsparameter durchführt, um ein erstes phasenverschobenes Signal zu erzeugen, und das erste phasenverschobene Signal an ein erstes Filter ausgibt,
das erste Filter, das mit dem digitalen Phasenschieber verbunden und konfiguriert ist, um: das erste phasenverschobene Signal zu filtern, um ein erstes gefiltertes Signal zu erzeugen, und das erste gefilterte Signal an ein erstes Dämpfungsglied auszugeben,
das erste Dämpfungsglied, das mit dem ersten Filter verbunden und konfiguriert ist, um: das erste gefilterte Signal zu dämpfen, um ein erstes gedämpftes Signal zu erzeugen, und das erste gedämpfte Signal an ein zweites Filter auszugeben, und
das zweite Filter, das mit dem ersten Dämpfungsglied verbunden und konfiguriert ist, um: das erste gedämpfte Signal zu filtern, um ein zweites gefiltertes Signal zu erzeugen, und das zweite gefilterte Signal als das phasenverschobene Signal an das Phasendetektionsmodul auszugeben.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält das Phasenschiebermodul außerdem einen digitalen Schalter, der zwischen das erste Filter und das erste Dämpfungsglied geschaltet ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält das Phasendetektionsmodul: eine elektrische Brücke, die mit einem zweiten Filter und dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle vom zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und der reflektierten Welle durchzuführen, um das Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über die Steuerschnittstelle auszugeben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst die intelligente AFC-Vorrichtung ferner:

ein erstes Amplitudensteuermodul, das mit dem ersten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die einfallende Welle von dem ersten Signaleingangsanschluss zu empfangen, eine Amplitude der einfallenden Welle gemäß einem ersten Amplitudeneinstellparameter einzustellen und die eingestellte einfallende Welle an das Phasenschiebermodul auszugeben.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der erste Amplitudeneinstellparameter ein digitales Steuersignal.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst das erste Amplitudensteuerungsmodul:

ein zweites Dämpfungsglied, das mit dem ersten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die einfallende Welle vom ersten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die einfallende Welle zu dämpfen, um ein zweites gedämpftes Signal zu erzeugen, und das zweite gedämpfte Signal an einen Amplitudenbegrenzer auszugeben,
den Amplitudenbegrenzer, der mit dem zweiten Dämpfungsglied verbunden und konfiguriert ist, um: eine Amplitude des zweiten gedämpften Signals zu begrenzen, um ein amplitudenbegrenztes Signal zu erzeugen, und das amplitudenbegrenzte Signal an ein drittes Dämpfungsglied auszugeben, und
das dritte Dämpfungsglied, das mit dem Amplitudenbegrenzer verbunden ist und konfiguriert ist, um: das amplitudenbegrenzte Signal weiter zu dämpfen, um ein drittes gedämpftes Signal zu erzeugen, und das dritte gedämpfte Signal an das Phasenschiebermodul auszugeben.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst das dritte Dämpfungsglied ein digitales variables Dämpfungsglied und ein Festwert-Dämpfungsglied, wobei,

das digitale variable Dämpfungsglied mit dem Amplitudenbegrenzer verbunden und konfiguriert ist, um: das amplitudenbegrenzte Signal zu dämpfen, um ein erstes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das erste temporär gedämpfte Signal an das Festwert-Dämpfungsglied auszugeben, und
das Festwert-Dämpfungsglied mit dem digitalen variablen Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das erste temporär gedämpfte Signal zu dämpfen, um ein zweites temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das zweite temporär gedämpfte Signal an das Phasenschiebermodul auszugeben.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist das zweite Dämpfungsglied ein Festwert-Dämpfungsglied.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst die intelligente AFC-Vorrichtung ferner:

ein zweites Amplitudensteuermodul, das mit dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, eine Amplitude der reflektierten Welle gemäß einem zweiten Amplitudeneinstellparameter einzustellen und die eingestellte reflektierte Welle an das Phasendetektionsmodul auszugeben.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der zweite Amplitudeneinstellparameter ein digitales Steuersignal.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst das zweite Amplitudensteuerungsmodul:

ein viertes Dämpfungsglied, das mit dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die reflektierte Welle zu dämpfen, um ein viertes gedämpftes Signal zu erzeugen, und das vierte gedämpfte Signal an ein drittes Filter auszugeben, und
das dritte Filter, das mit dem vierten Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das vierte gedämpfte Signal zu filtern, um ein drittes gefiltertes Signal zu erzeugen, und das dritte gefilterte Signal an das Phasendetektionsmodul auszugeben.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst das vierte Dämpfungsglied:

ein Festwert-Dämpfungsglied, das mit dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle zu dämpfen, um ein drittes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das dritte temporär gedämpfte Signal an ein digitales variables Dämpfungsglied auszugeben,
das digitale variable Dämpfungsglied, das mit dem Festwert-Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das dritte temporär gedämpfte Signal zu dämpfen, um ein viertes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das vierte temporär gedämpfte Signal an ein zweites Festwert-Dämpfungsglied auszugeben, und
das zweite Festwert-Dämpfungsglied, das mit dem digitalen variablen Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das vierte temporär gedämpfte Signal weiter zu dämpfen, um ein fünftes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das fünfte temporär gedämpfte Signal an das dritte Filter auszugeben.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die elektrische Brücke mit dem zweiten Filter und dem dritten Filter verbunden und konfiguriert, um: die Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und dem dritten gefilterten Signal durchzuführen, um das Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über die Steuerschnittstelle auszugeben.
Figurenliste
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die folgende Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher, in denen:

1a ein Strukturdiagramm eines phasenstarren AFC-Systems nach dem Stand der Technik zeigt,
1b ein Strukturdiagramm eines Phasendetektors bei dem in 1a gezeigten phasenstarren AFC-System nach dem Stand der Technik zeigt,
2 ein Strukturdiagramm eines intelligenten AFC-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt,
3 ein Strukturdiagramm einer intelligenten AFC-Vorrichtung, eines Fernsteuerungssystems und einer Frequenzsteuerungsvorrichtung bei dem in 2 dargestellten intelligenten AFC-System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt und
4a bis 4c schematisch ein Strukturdiagramm jedes Moduls bei der in 3 dargestellten intelligenten AFC-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass diese Beschreibungen lediglich beispielhaft sind und nicht dazu dienen, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen. Darüber hinaus werden in der folgenden Beschreibung Beschreibungen bekannter Strukturen und Technologien weggelassen, um die Konzepte der vorliegenden Offenbarung nicht unnötig zu vernebeln.
Die hier verwendeten Begriffe dienen nur zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und sollen die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Die hier verwendeten Wörter „ein“, „eine“ und „der“ sollten auch die Bedeutung von „eine Vielzahl von“ und „mehrere“ einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Darüber hinaus weisen die Begriffe „einschließend“, „umfassend“ und dergleichen auf das Vorhandensein von Merkmalen, Schritten, Vorgängen und/oder Komponenten hin, schließen jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Schritten, Vorgängen oder Komponenten aus.
Alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) haben die für den Fachmann allgemein verständliche Bedeutung, sofern nicht anders definiert. Es ist zu beachten, dass die hier verwendeten Begriffe so zu interpretieren sind, dass sie Bedeutungen haben, die mit dem Kontext dieser Beschreibung übereinstimmen, und nicht idealisiert oder zu starr interpretiert werden.
1a zeigt ein Strukturdiagramm eines phasenstarren AFC-Systems nach dem Stand der Technik. Das phasenstarre AFC-System besteht hauptsächlich aus einem Phasendetektor 100, einem Vorverstärker 110 und einem Servoverstärker 120. Sowohl die einfallende Welle als auch die reflektierte Welle werden in den Phasendetektor 100 eingegeben. Die einfallende Welle ist ein elektrisches Signal, das man erhält, indem man das in das Innere der Stehwellen-Beschleunigerröhre zwischen einem Magnetron und einem Isolator (oder zwischen der Beschleunigerröhre und dem Isolator) eingespeiste Mikrowellensignal erhält und das Mikrowellensignal samplet. Die reflektierte Welle ist ein elektrisches Signal, das man erhält, indem man das von der Stehwellenbeschleunigerröhre reflektierte Mikrowellensignal zwischen einer schweren Last und dem Isolator (oder zwischen der Beschleunigerröhre und dem Isolator) erhält und das Mikrowellensignal samplet. Der Phasendetektor 100 führt eine Phasenumwandlung der einfallenden Welle und der reflektierten Welle durch Operationen wie Amplitudenanpassung, Phasenverschiebung und Überlagerungsvektorberechnung an der einfallenden Welle und der reflektierten Welle in einem Zeitbereich durch, um zwei Mikrowellensignale mit Vektorsummen und Vektordifferenzen zu erhalten, und tastet dann die beiden Mikrowellensignale ab, um die elektrischen Signale zu erhalten.
1b zeigt ein Strukturdiagramm des Phasendetektors 100 bei dem in 1a dargestellten phasenstarren AFC-System nach dem Stand der Technik. Der Phasendetektor 100 besteht hauptsächlich aus einer Verzögerungsleitung 1001, einem variablen Dämpfungsglied 1002, 1003, einem Phasenschieber 1004, einem Hybridring 1005 und den Detektoren 1006 und 1007.
In einem herkömmlichen Beschleunigersystem sind der Phasenschieber, der Hybridring und der Detektor in der Regel zu einer AFT-Einheit integriert, wie z. B. die von AFT Microwave in Deutschland hergestellte AFT-Einheit. Die AFT-Einheit ist eine integrierte Vorrichtung, in der umfassende Funktionen wie Phasenschieber, Hybridring und Detektorkristall durch Mikrostreifentechnik integriert sind. Ein Phasenschieber-Einstellknopf wird mechanisch eingestellt, und manchmal kann ein Gleichstrommotor für die elektronische Steuerung und Einstellung verwendet werden.
Zu den Kernkomponenten des AFC-Systems gehören außerdem ein variables Dämpfungsglied, ein Phasenschieber, ein Hybridring und ein Detektorkristall.
Das variable Dämpfungsglied dämpft hauptsächlich die Amplitude des Mikrowellen-Samplesignals in einem bestimmten Bereich, so dass es für das Back-End einfach ist, Berechnungen und Verarbeitungen durchzuführen. Unter den vorhandenen Produkten umfasst das variable Dämpfungsglied hauptsächlich ein mechanisches kontinuierlich variables Dämpfungsglied, ein mechanisches stufenweise variables Dämpfungsglied, ein digitales variables Dämpfungsglied und ein spannungsgesteuertes variables Dämpfungsglied. Das mechanische stufenlose Dämpfungsglied wird häufig bei den verfügbaren AFC-System verwendet.
Der Phasenschieber verschiebt das Mikrowellensignal in Zeit und Phase und versucht, die Amplitude und die Signaldetails unverändert zu lassen. Der Phasenschieber umfasst einen mechanischen Phasenschieber, der in der Regel einen Drehknopf verwendet, um die Phase der Phasenverschiebung linear einzustellen, und einen digitalen Phasenschieber, der in der Regel eine digitale Steuerung mit mehreren Bits verwendet, um die Phase der Phasenverschiebung schrittweise einzustellen.
Der Hybridring (auch Mikrowellen-Hybridring genannt) berechnet die Vektordifferenz und Vektorsumme der beiden Mikrowellensignale durch die Mikrostreifenstruktur und die Mikrowellenübertragungseigenschaften, um zwei neue Mikrowellensignale zu erhalten.
Der Detektorkristall ist eine Detektorvorrichtung, die das gepulste Mikrowellensignal in das elektrische Signal umwandelt.
2 zeigt ein Strukturdiagramm eines intelligenten AFC-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das intelligente AFC-System kann eine Mikrowellenquelle 210, ein Hohlleiterübertragungssystem 220, eine Elektronen-Linearbeschleunigerröhre 230, eine intelligente AFC-Vorrichtung 240, ein Fernsteuerungssystem 250 und eine Frequenzsteuerungsvorrichtung 260 umfassen.
Die Mikrowellenquelle 210 ist eine Vorrichtung, die gepulste Mikrowellenleistung unter Verwendung gepulster Hochspannungsleistung erzeugt. Im Bereich der Elektronen-Linearbeschleuniger wird die Mikrowellenquelle 210 üblicherweise durch ein Magnetron, ein Klystron und dergleichen realisiert. Die Mikrowellenquelle 210 kann das Mikrowellensignal erzeugen. Die Mikrowellenquelle 210 hat im Allgemeinen die Fähigkeit, die Frequenz des ausgegebenen Mikrowellensignals innerhalb eines bestimmten Bereichs einzustellen. Das Einstellverfahren der Mikrowellensignalfrequenz umfasst in der Regel eine mechanische Drehung, eine elektrische Impulsabstufung, eine digitale Einstellung der Frequenz der Anregungsquelle und so weiter.
Das Hohlleiter-Übertragungssystem 220 kann das Mikrowellensignal an die Elektronen-Linearbeschleunigerröhre 230 und die intelligente AFC-Vorrichtung übertragen. Wenn das Hohlleiter-Übertragungssystem 220 das Mikrowellensignal an die Elektronen-Linearbeschleunigerröhre 230 überträgt, kann ein beschleunigendes elektrisches Feld in der Elektronen-Linearbeschleunigerröhre 230 erzeugt werden. Ein Teil des beschleunigenden elektrischen Feldes wird zum Hohlleiter-Übertragungssystem 220 zurückreflektiert. Ein Richtungskoppler wird zum Samplen am vorderen Ende des Isolators oder am Mikrowelleneingang der Beschleunigerröhre eingesetzt, um das einfallende Wellensignal zu erhalten. Ein Samplewellenleiter wird verwendet, um das Mikrowellensignal an der einfallenden Welle zu samplen, um ein elektrisches Signal der einfallenden Welle zu erhalten. Ein Richtungskoppler wird eingesetzt, um eine gerichtete Abtastung der reflektierten Welle an einer Absorptionslast des Isolators oder am Mikrowelleneingang der Beschleunigerröhre durchzuführen, um ein elektrisches Signal der reflektierten Welle zu erhalten. Das Wellenleiter-Übertragungssystem 220 kann die reflektierte Welle an das intelligente AFC-Vorrichtung 240 übertragen.
Die intelligente AFC-Vorrichtung 240 kann ein Phasendifferenzsignal entsprechend der einfallenden und der reflektierten Eingangswelle erzeugen und das Phasendifferenzsignal an das Fernsteuersystem 250 ausgeben. Das Fernsteuersystem 250 kann das eingegebene Phasendifferenzsignal mit einem voreingestellten Phasendifferenzsignal vergleichen, um ein Einstellsignal zu erzeugen, und das Einstellsignal an die Frequenzsteuervorrichtung 260 übertragen.
Die Frequenzsteuervorrichtung 260 kann eine Leistungsverstärkungsverarbeitung an dem Eingangsanpassungssignal durchführen, um ein Frequenzabstimmungssteuersignal zu erzeugen, und das Frequenzabstimmungssteuersignal an die Mikrowellenquelle 210 übertragen. Die Mikrowellenquelle 210 kann die Frequenz des erzeugten Mikrowellensignals entsprechend dem Frequenzabstimmungssteuersignal ändern. Die Mikrowellenquelle 210 kann die Frequenz des Mikrowellensignals digital oder mechanisch ändern. Um die Frequenz des Mikrowellensignals einzustellen, stellt die Mikrowellenquelle im Allgemeinen die Frequenz des Mikrowellensignals linear mit einer mechanischen Drehstruktur ein, wie z. B. einem Frequenzeinstellmechanismus des Magnetrons. Einige Mikrowellenquellen verwenden das Verstärkungsprinzip vom Typ Erregungsquelle. Zum Beispiel erregt eine Klystron-Mikrowellenquelle die Frequenz mit einer Erregungsquelle, die durch ein digitales Signal oder ein analoges Spannungssignal gesteuert wird, um die Ausgangs-Mikrowellenfrequenz zu steuern. Darüber hinaus kann die Mikrowellenquelle 210 auch ein Einstellschwellen-Rückmeldungssignal entsprechend dem Frequenzabstimmungs-Steuersignal erzeugen und das Einstellschwellen-Rückmeldungssignal zurück an die Frequenzsteuervorrichtung 260 übertragen.
Das gesamte intelligente AFC-System bildet somit deinen geschlossenen Regelkreis und realisiert die automatische Nachführung von Mikrowellen. Das Fernsteuerungssystem wandelt die mechanische Steuerung des traditionellen Designs in ein digitales Steuersignal durch ein Steuerprogramm um, das die Änderung des Dämpfungswerts des Mikrowellensignals, die Phasensteuerung des Signals und die digitale Verarbeitung des Signals aus der Ferne realisieren kann. Es ist auch möglich, eine SPS oder ein Schaltungssystem zu verwenden, um ein analoges Signal mit steuerbarer Spannung bereitzustellen, um die Signalsteuerung zu realisieren.
Das Strukturdiagramm der intelligenten AFC-Vorrichtung 240, des Fernsteuerungssystems 250 und der Frequenzsteuerungsvorrichtung 260 in dem in 2 gezeigten intelligenten AFC-System gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 detailliert beschrieben.
Die intelligente AFC-Vorrichtung 240 kann ein Phasenschiebermodul 2410 und ein Phasendetektionsmodul 2420 enthalten. Das Phasenschiebermodul 2410 kann mit einem ersten Signaleingangsanschluss verbunden und so konfiguriert sein, dass es: die einfallende Welle von dem ersten Signaleingangsanschluss empfängt, eine Phasenverschiebung der einfallenden Welle gemäß dem Phasenverschiebungsparameter durchführt, der von dem Fernsteuerungssystem 250 über die Steuerschnittstelle 2450 empfangen wird, um ein Phasenverschiebungssignal zu erzeugen, und das Phasenverschiebungssignal an das Phasendetektionsmodul 2420 ausgibt. Der Phasenverschiebungsparameter liegt normalerweise in Form eines analogen Signal von rad/mV vor, kann aber natürlich auch als digitales Steuersignal mit mehreren Bit-Ziffern wie 12bit oder 16bit vorliegen. Das Phasendetektionsmodul 2420 kann mit dem Phasenschiebermodul 2410 und einem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden und so konfiguriert sein, dass es: die reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss empfängt, eine Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und der reflektierten Welle durchführt, um ein Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über die Steuerschnittstelle 2450 an das Fernsteuerungssystem 250 ausgibt. Dabei kann die einfallende Welle von der Mikrowellenquelle erzeugt werden, und die reflektierte Welle kann durch die Reflexion der einfallenden Welle über die Elektronen-Linearbeschleunigerröhre erzeugt werden. Das Phasendetektionsmodul 2420 kann auch mit einem hochfrequenten Frequenzmischchip oder mit einem niederfrequenten digitalen Phasendetektionschip nach Frequenzteilung des Signals realisiert werden.
Hier wird nur der Fall der Durchführung der Phasenverschiebung an der einfallenden Welle beschrieben. Gemäß der spezifischen Implementierung kann die Phasenverschiebung zusätzlich zur Phasenverschiebung der einfallenden Welle auch an der reflektierten Welle durchgeführt werden. Das heißt, ein Mehrweg-Phasenverschiebungsverfahren wird verwendet, um eine Phasenanpassung durchzuführen, damit das Back-End-Phasendetektionsmodul verfügbar ist oder im besten Arbeitspunkt arbeitet.
Die intelligente AFC-Vorrichtung 240 kann optional auch ein erstes Amplitudensteuermodul 2430 und ein zweites Amplitudensteuermodul 2440 enthalten, abhängig von der Implementierungsart des Phasenschiebermoduls 2410 und des Phasendetektionsmoduls 2420. Wenn das Phasenschiebermodul 2410 in einem Weitamplituden-IC-Chip implementiert ist, kann die intelligente AFC-Vorrichtung 240 das erste Amplitudensteuermodul 2430 nicht enthalten. Wenn das Phasendetektionsmodul 2420 in einem Weitamplituden-IC-Chip implementiert ist, kann die intelligente AFC-Vorrichtung 240 das zweite Amplitudensteuermodul 2440 nicht enthalten. Das erste Amplitudensteuermodul 2430 kann mit dem ersten Signaleingangsanschluss verbunden und so konfiguriert sein, dass es: die einfallende Welle von dem ersten Signaleingangsanschluss empfängt, eine Amplitude der einfallenden Welle gemäß einem ersten Amplitudeneinstellparameter einstellt, der von dem Fernsteuerungssystem 250 über die Steuerschnittstelle 2450 empfangen wird, und die eingestellte einfallende Welle an das Phasenschiebermodul 2410 ausgibt. Das zweite Amplitudensteuermodul 2440 kann mit dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden und so konfiguriert sein, dass es: die reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss empfängt, eine Amplitude der reflektierten Welle gemäß einem zweiten Amplitudeneinstellparameter einstellt, der von dem Fernsteuerungssystem 250 über die Steuerschnittstelle 2450 empfangen wird, und die eingestellte reflektierte Welle an das Phasendetektionsmodul 2420 ausgibt. Dabei kann der erste Amplitudeneinstellparameter gleich dem zweiten Amplitudeneinstellparameter sein, und der erste und zweite Amplitudeneinstellparameter können digitale/analoge Steuersignale sein. Die Steuerschnittstelle 2450 kann einen speziellen Ein-Chip-Mikrocomputer (MCU) oder einen seriellen Port-Controller verwenden, um das Steuersignal nach der Digitalisierung des Steuersignals zwischen den Systemen zu übertragen. Das Steuersignal kann auch mit dem SPS-PROFINET-Protokoll oder einem Netzwerkkabel übertragen werden. Es ist auch möglich, analoge Spannungssignale teilweise oder vollständig zu übernehmen, um die Systemstabilität zu gewährleisten.
Das Fernsteuersystem 250 kann einen Speicher 2510, ein Steuermodul 2520, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 2530 und eine Steuerschnittstelle 2540 enthalten. Der Speicher 2510 speichert ein Zustandssignal des digitalen Chips, wie z. B. den ersten Amplitudeneinstellparameter, den zweiten Amplitudeneinstellparameter, den Phasenverschiebungsparameter, das anfängliche Phasendifferenzkompensationssignal, das anfängliche Positionssignal, das voreingestellte Phasendifferenzsignal und so weiter. Es ist möglich, Programme zu schreiben, um auf ein Rückkopplungssignal zu reagieren, eine logische Aktion durchzuführen, ein Signal vom Steuerpersonal zu empfangen und das System durch die Änderungen des optimalen Mikrowellenfrequenzpunkts des Systems, die durch äußere Bedingungen wie Temperatur und Strahlintensität verursacht werden, zu starten/zu pausieren, und die Programme im Steuermodul 2520 zu speichern. Der Programmschreibprozess kann auf der PC-Seite, auf einem ferngesteuerten FPGA oder auf einer ferngesteuerten SPS implementiert werden. Das Steuermodul 2520 kann mit dem Speicher 2510 verbunden und so konfiguriert sein, dass es: das Phasendifferenzsignal vom Phasendetektionsmodul 2420 über die Steuerschnittstelle 2540 empfängt, das empfangene Phasendifferenzsignal mit dem im Speicher 2510 gespeicherten voreingestellten Phasendifferenzsignal vergleicht, das Abgleichsignal entsprechend einem Vergleichsergebnis erzeugt und das Abgleichsignal an die Frequenzsteuerungsvorrichtung 260 überträgt. Die Steuerschnittstelle 2540 kann einen dedizierten Ein-Chip-Mikrocomputer (MCU) oder einen Controller mit serieller Schnittstelle verwenden, um das Steuersignal nach der Digitalisierung des Steuersignals zwischen den Systemen zu übertragen. Das Steuersignal kann auch mit dem SPS-PROFINET-Protokoll oder einem Netzwerkkabel übertragen werden. Es ist auch möglich, analoge Spannungssignale teilweise oder ganz zu übernehmen, um die Systemstabilität zu gewährleisten. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 2530 kann mit dem Speicher 2510 und dem Steuermodul 2520 verbunden sein und kann so konfiguriert sein, dass sie dem Bediener den Systemstatus anzeigt und den Systembefehl des Bedieners auf dem Fernbedienungs-Terminal, wie z. B. dem Anzeigebildschirm, dem Touchscreen und der Tastenschnittstelle, durch Grafiken, Text, Logos usw. empfängt. Es ist zu beachten, dass das Steuermodul 2520 und die Steuerschnittstelle 2540 auch in der Frequenzsteuerungsvorrichtung 260 implementiert sein können und die Eingabe des Steuersignals und die Rückmeldung des Zustands durch das PC/SPS-Terminal realisiert werden.
Die Frequenzsteuerungsvorrichtung 260 kann eine Leistungsverstärkerschaltung 2610 und ein Schutzmodul 2620 enthalten. Die Leistungsverstärkerschaltung 2610 empfängt das Einstellsignal und verstärkt das Einstellsignal, um das Frequenzabstimmungs-Steuersignal zu erzeugen. Damit die Leistungsverstärkerschaltung 2610 das Phasendifferenzsignal in ein Ansteuersignal oder ein Spannungssteuersignal zum Betreiben der mechanischen Struktur umwandeln kann, muss die Leistungsverstärkerschaltung 2610 auch mit einer Antriebsstromversorgung (z. B. einer DC/AC-Stromversorgung) verbunden sein. Das Schutzmodul 2620 kann das Einstellschwellen-Rückmeldungssignal von der Mikrowellenquelle 210 empfangen. Das Einstellschwellen-Rückmeldungssignal kann ein Trennungsanzeigesignal enthalten, das anzeigt, ob das Frequenzeinstell-Steuersignal einen einstellbaren Bereich für die Mikrowellenquelle 210 überschreitet. Das Schutzmodul 2620 kann bestimmen, ob ein Unterbrechungssignal an die Leistungsverstärkerschaltung 2610 gemäß dem Unterbrechungsanzeigesignal übertragen werden soll, so dass die Leistungsverstärkerschaltung 2610 das Abgleichsignal nicht mehr verarbeitet und das Frequenzeinstell-Steuersignal nicht mehr ausgibt. Darüber hinaus kann das Einstellschwellen-Rückmeldungssignal z. B. auch das Anfangspositionssignal der Mikrowellenquelle 210 enthalten. Das Schutzmodul 2620 kann das Anfangspositionssignal über das Steuermodul 2520 an den Speicher 2510 übertragen, so dass es im Speicher 2510 gespeichert wird. Das Schutzmodul 2620 bestimmt die Position und den Beschränkungsstatus des Frequenzeinstellmechanismus durch Lesen der mechanischen und elektronischen Signale des Frequenzeinstellmechanismus in der Mikrowellenquelle 210 und verwendet einen mechanischen oder elektronischen Schutzmechanismus, um eine Beschädigung des Frequenzeinstellmechanismus oder der internen Struktur der Mikrowellenquelle zu vermeiden. Darüber hinaus implementiert das Schutzmodul 2620 Hilfsfunktionen wie die Initialisierung der Ausgangsposition durch Lesen der relativen oder absoluten Position.
4a bis 4c zeigen schematisch ein Strukturdiagramm jedes Moduls in dem in 3 dargestellten intelligenten AFC-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Das Phasenschiebermodul 2410 kann umfassen: einen digitalen Phasenschieber, der mit dem ersten Signaleingangsanschluss verbunden und konfiguriert ist, um: die einfallende Welle vom ersten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die Phasenverschiebung an der einfallenden Welle gemäß dem Phasenverschiebungsparameter durchzuführen, um ein erstes phasenverschobenes Signal zu erzeugen, und das erste phasenverschobene Signal an ein erstes Filter auszugeben, ein erstes Filter 421, das mit dem digitalen Phasenschieber 420 verbunden und konfiguriert ist, um: das erste phasenverschobene Signal zu filtern, um ein erstes gefiltertes Signal zu erzeugen, und das erste gefilterte Signal an ein erstes Dämpfungsglied auszugeben, ein erstes Dämpfungsglied 423, das mit dem ersten Filter 421 verbunden ist und konfiguriert ist, um: das erste gefilterte Signal zu dämpfen, um ein erstes gedämpftes Signal zu erzeugen, und das erste gedämpfte Signal an ein zweites Filter auszugeben, und ein zweites Filter 424, das mit dem ersten Dämpfungsglied 423 verbunden und konfiguriert ist, um: das erste gedämpfte Signal zu filtern, um ein zweites gefiltertes Signal zu erzeugen, und das zweite gefilterte Signal als das phasenverschobene Signal an das Phasendetektionsmodul auszugeben.
Das Phasenschiebermodul 2410 kann außerdem einen digitalen Schalter enthalten, der zwischen das erste Filter 421 und das erste Dämpfungsglied 423 geschaltet ist.
Das Phasendetektionsmodul 2420 kann enthalten: eine elektrische Brücke, die mit dem zweiten Filter 424 und dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und der reflektierten Welle durchzuführen, um ein Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über die Steuerschnittstelle 2450 auszugeben.
Das erste Amplitudensteuermodul 2430 kann umfassen: ein zweites Dämpfungsglied 410, das mit dem ersten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die einfallende Welle vom ersten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die einfallende Welle zu dämpfen, um ein zweites gedämpftes Signal zu erzeugen, und das zweite gedämpfte Signal an einen Amplitudenbegrenzer auszugeben, den Amplitudenbegrenzer 411, der mit dem zweiten Dämpfungsglied 410 verbunden ist und konfiguriert ist, um: eine Amplitude des zweiten gedämpften Signals zu begrenzen, um ein amplitudenbegrenztes Signal zu erzeugen, und das amplitudenbegrenzte Signal an ein drittes Dämpfungsglied auszugeben, und das dritte Dämpfungsglied 412, das mit dem Amplitudenbegrenzer 411 verbunden und konfiguriert ist, um: das amplitudenbegrenzte Signal weiter zu dämpfen, um ein drittes gedämpftes Signal zu erzeugen, und das dritte gedämpfte Signal an das Phasenschiebermodul auszugeben.
Das zweite Dämpfungsglied 410 kann ein Dämpfungsglied mit festem Wert sein. Das dritte Dämpfungsglied 412 kann ein digitales variables Dämpfungsglied und ein Dämpfungsglied mit festem Wert umfassen, wobei das digitale variable Dämpfungsglied mit dem Amplitudenbegrenzer 411 verbunden sein kann und konfiguriert ist, um: das amplitudenbegrenzte Signal zu dämpfen, um ein erstes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das erste temporär gedämpfte Signal an das Festwert-Dämpfungsglied auszugeben, und wobei das Festwert-Dämpfungsglied mit dem digitalen variablen Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das erste temporär gedämpfte Signal zu dämpfen, um ein zweites temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das zweite temporär gedämpfte Signal an das Phasenschiebermodul 2410 auszugeben.
Das zweite Amplitudensteuermodul 2440 kann enthalten: ein viertes Dämpfungsglied 430, das mit dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die reflektierte Welle zu dämpfen, um ein viertes gedämpftes Signal zu erzeugen, und das vierte gedämpfte Signal an ein drittes Filter 431 auszugeben, und das dritte Filter 431, das mit dem vierten Dämpfungsglied 430 verbunden ist und konfiguriert ist, um: das vierte gedämpfte Signal zu filtern, um ein drittes gefiltertes Signal zu erzeugen, und das dritte gefilterte Signal an das Phasendetektionsmodul 2420 auszugeben.
Das vierte Dämpfungsglied 430 kann umfassen: ein Dämpfungsglied mit festem Wert, das mit dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle zu dämpfen, um ein drittes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das dritte temporär gedämpfte Signal an ein digitales variables Dämpfungsglied auszugeben, das digitale variable Dämpfungsglied, das mit dem Festwert-Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das dritte temporär gedämpfte Signal zu dämpfen, um ein viertes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das vierte temporär gedämpfte Signal an ein zweites Dämpfungsglied mit festem Wert auszugeben, und das zweite Festwert-Dämpfungsglied, das mit dem digitalen variablen Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das vierte temporär gedämpfte Signal weiter zu dämpfen, um ein fünftes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das fünfte temporär gedämpfte Signal an das dritte Filter auszugeben.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die elektrische Brücke mit dem zweiten Filter 424 und dem dritten Filter 431 verbunden und so konfiguriert sein, dass sie: die Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und dem dritten gefilterten Signal durchführt, um das Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über die Steuerschnittstelle 2450 ausgibt.
Die technische Lösung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist in Bezug auf die Signalverarbeitung, die Steuerlogik sowie die Vorrichtungsskala und die Systemintegration konzipiert und modifiziert, wodurch das AFC-System vom traditionellen mechanischen Steuermodus zum digitalen Steuermodus wechselt und die Benutzerfreundlichkeit verbessert wird. Durch die Integration der ursprünglichen multidiskreten Vorrichtungen in ein digitales, chipgesteuertes System wird die Komplexität des Systems erheblich reduziert. Es kann das Remote-Debugging durch den Bediener ermöglichen, die Schwierigkeit der Fehlersuche und -behebung reduzieren, den Zyklus der Produktionsverbindungen verbessern und die Benutzerfreundlichkeit des Systems erhöhen. Aus der Perspektive der Kosten wurden die Kosten des neu angenommenen Chips im Vergleich zu den Kosten der ursprünglichen diskreten Vorrichtungen erheblich reduziert, und die Produktausfallrate und die Wartungskosten wurden ebenfalls reduziert, was einen erheblichen wirtschaftlichen Nutzen hat.
Die vorstehenden Verfahren, Vorrichtungen, Einheiten und/oder Module gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können durch eine elektronische Vorrichtung mit Rechenfähigkeit implementiert werden, die Software mit Computeranweisungen ausführt. Das System kann eine Speichereinrichtung enthalten, um die verschiedenen oben beschriebenen Speicher zu realisieren. Die elektronische Vorrichtung mit Rechenfähigkeit kann einen Allzweckprozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen Spezialprozessor, einen rekonfigurierbaren Prozessor und andere Vorrichtungen umfassen, die Computerbefehle ausführen können, ist aber nicht darauf beschränkt. Die Ausführung solcher Befehle veranlasst die elektronische Vorrichtung, die oben genannten Operationen gemäß der vorliegenden Offenbarung durchzuführen. Die vorgenannten Vorrichtungen und/oder Module können in einer elektronischen Vorrichtung oder in verschiedenen elektronischen Vorrichtungen implementiert sein. Die Software kann in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Das computerlesbare Speichermedium speichert ein oder mehrere Programme (Softwaremodule). Das eine oder die mehreren Programme enthalten Anweisungen, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren in der elektronischen Vorrichtung ausgeführt werden, die elektronische Vorrichtung veranlassen, das Verfahren der vorliegenden Offenbarung durchzuführen.
Die Software kann in einem flüchtigen Speicher oder einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung, wie z. B. Speichervorrichtungen wie ROM, gespeichert werden, unabhängig davon, ob es löschbar oder wiederbeschreibbar ist, oder in einem Speicher wie RAM, Speicherchip, Vorrichtung oder integrierter Schaltung gespeichert werden, oder auf einem optisch lesbaren Medium oder einem magnetisch lesbaren Medium wie CD, DVD, Magnetplatte oder Band usw. gespeichert werden. Es sollte gewürdigt werden, dass die Speichervorrichtung und das Speichermedium Beispiele für eine maschinenlesbare Speichervorrichtung sind, die zum Speichern eines oder mehrerer Programme geeignet ist, die Anweisungen enthalten, die, wenn sie ausgeführt werden, zur Implementierung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Die Ausführungsformen stellen Programme und eine maschinenlesbare Speichervorrichtung bereit, die solche Programme speichert. Die Programme enthalten Codes zur Implementierung der Vorrichtung oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche der vorliegenden Offenbarung. Darüber hinaus können diese Programme elektronisch über ein beliebiges Medium übertragen werden (z. B. ein Kommunikationssignal, das über eine drahtgebundene Verbindung oder eine drahtlose Verbindung übertragen wird), und verschiedene Ausführungsformen umfassen zweckmäßigerweise diese Programme.
Die Verfahren, Vorrichtungen, Einheiten und/oder Module gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können auch als Hardware implementiert werden, wie z.B. durch ein Field Programmable Gate Array (FPGA), ein programmierbares Logik-Array (PLA), ein System auf einem Chip, ein System auf einem Substrat, ein System auf einem Gehäuse, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), oder sie können durch Hardware oder Firmware auf jede andere sinnvolle Weise implementiert werden, die die Schaltung integriert oder kapselt, oder sie können durch eine geeignete Kombination der drei Implementierungsarten Software, Hardware und Firmware implementiert werden. Das System kann eine Speichereinrichtung enthalten, um die oben beschriebene Speicherung zu realisieren. Bei diesen Implementierungsarten sind die verwendete Software, Hardware und/oder Firmware so programmiert oder gestaltet, dass sie die entsprechenden oben genannten Verfahren, Schritte und/oder Funktionen gemäß der vorliegenden Offenbarung ausführen. Der Fachmann kann eines oder mehrere dieser Systeme und Module oder einen Teil oder mehrere von ihnen unter Verwendung verschiedener oben beschriebener Implementierungen entsprechend den tatsächlichen Bedürfnissen angemessen implementieren. Diese Implementierungen fallen alle in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung gezeigt und beschrieben wurde, sollte der Fachmann verstehen, dass, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, die durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist, verschiedene Variationen in Form und Details der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können. Daher sollte der Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CH 201810761126 [0001]

Claims

Intelligente automatische Frequenzsteuerungs-(AFC-)Vorrichtung, umfassend: ein Phasenschiebermodul, das mit einem ersten Signaleingangsanschluss verbunden und konfiguriert ist, um: eine einfallende Welle von dem ersten Signaleingangsanschluss zu empfangen, eine Phasenverschiebung an der einfallenden Welle gemäß einem Phasenverschiebungsparameter durchzuführen, um ein phasenverschobenes Signal zu erzeugen, und das phasenverschobene Signal an ein Phasendetektionsmodul auszugeben, und ein Phasendetektionsmodul, das mit dem Phasenschiebermodul und einem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden und konfiguriert ist, um: eine reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, eine Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und der reflektierten Welle durchzuführen, um ein Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über eine Steuerschnittstelle auszugeben.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Phasenverschiebungsparameter ein digitales Steuersignal ist.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die einfallende Welle durch eine Mikrowellenquelle erzeugt wird und die reflektierte Welle durch eine Reflexion der einfallenden Welle über einen Elektronen-Linearbeschleuniger erzeugt wird.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Phasenschiebermodul umfasst: einen digitalen Phasenschieber, der mit dem ersten Signaleingangsanschluss verbunden ist und so konfiguriert ist, dass er: die einfallende Welle von dem ersten Signaleingangsanschluss empfängt, die Phasenverschiebung an der einfallenden Welle gemäß dem Phasenverschiebungsparameter durchführt, um ein erstes phasenverschobenes Signal zu erzeugen, und das erste phasenverschobene Signal an ein erstes Filter ausgibt, das ersten Filter, das mit dem digitalen Phasenschieber verbunden und konfiguriert ist, um: das erste phasenverschobene Signal zu filtern, um ein erstes gefiltertes Signal zu erzeugen, und das erste gefilterte Signal an ein erstes Dämpfungsglied auszugeben, das erste Dämpfungsglied, das mit dem ersten Filter verbunden und konfiguriert ist, um: das erste gefilterte Signal zu dämpfen, um ein erstes gedämpftes Signal zu erzeugen, und das erste gedämpfte Signal an ein zweites Filter auszugeben, und das zweite Filter, das mit dem ersten Dämpfungsglied verbunden und konfiguriert ist, um: das erste gedämpfte Signal zu filtern, um ein zweites gefiltertes Signal zu erzeugen, und das zweite gefilterte Signal als das phasenverschobene Signal an das Phasendetektionsmodul auszugeben.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Phasenschiebermodul ferner einen digitalen Schalter umfasst, der zwischen ein erstes Filter und ein erstes Dämpfungsglied geschaltet ist.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Phasendetektionsmodul umfasst: eine elektrische Brücke, die mit einem zweiten Filter und dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und der reflektierten Welle durchzuführen, um das Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über die Steuerschnittstelle auszugeben.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein erstes Amplitudensteuermodul, das mit dem ersten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die einfallende Welle von dem ersten Signaleingangsanschluss zu empfangen, eine Amplitude der einfallenden Welle gemäß einem ersten Amplitudeneinstellparameter einzustellen und die eingestellte einfallende Welle an das Phasenschiebermodul auszugeben.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der erste Amplitudeneinstellparameter ein digitales Steuersignal ist.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das erste Amplitudensteuerungsmodul umfasst: ein zweites Dämpfungsglied, das mit dem ersten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die einfallende Welle vom ersten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die einfallende Welle zu dämpfen, um ein zweites gedämpftes Signal zu erzeugen, und das zweite gedämpfte Signal an einen Amplitudenbegrenzer auszugeben, den Amplitudenbegrenzer, der mit dem zweiten Dämpfungsglied verbunden und konfiguriert ist, um: eine Amplitude des zweiten gedämpften Signals zu begrenzen, um ein amplitudenbegrenztes Signal zu erzeugen, und das amplitudenbegrenzte Signal an ein drittes Dämpfungsglied auszugeben, und das dritte Dämpfungsglied, das mit dem Amplitudenbegrenzer verbunden ist und konfiguriert ist, um: das amplitudenbegrenzte Signal weiter zu dämpfen, um ein drittes gedämpftes Signal zu erzeugen, und das dritte gedämpfte Signal an das Phasenschiebermodul auszugeben.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das dritte Dämpfungsglied ein digitales variables Dämpfungsglied und ein Festwert-Dämpfungsglied umfasst, und wobei das digitale variable Dämpfungsglied mit dem Amplitudenbegrenzer verbunden und konfiguriert ist, um: das amplitudenbegrenzte Signal zu dämpfen, um ein erstes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das erste temporär gedämpfte Signal an das Festwert-Dämpfungsglied auszugeben, und das Festwert-Dämpfungsglied mit dem digitalen variablen Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das erste temporär gedämpfte Signal zu dämpfen, um ein zweites temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das zweite temporär gedämpfte Signal an das Phasenschiebermodul auszugeben.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das zweite Dämpfungsglied ein Festwert-Dämpfungsglied ist.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 7, ferner umfassend: ein zweites Amplitudensteuermodul, das mit dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, eine Amplitude der reflektierten Welle gemäß einem zweiten Amplitudeneinstellparameter einzustellen und die eingestellte reflektierte Welle an das Phasendetektionsmodul auszugeben.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der zweite Amplitudeneinstellparameter ein digitales Steuersignal ist.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das zweite Amplitudensteuerungsmodul umfasst: ein viertes Dämpfungsglied, das mit dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle von dem zweiten Signaleingangsanschluss zu empfangen, die reflektierte Welle zu dämpfen, um ein viertes gedämpftes Signal zu erzeugen, und das vierte gedämpfte Signal an ein drittes Filter auszugeben, und das dritte Filter, das mit dem vierten Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das vierte gedämpfte Signal zu filtern, um ein drittes gefiltertes Signal zu erzeugen, und das dritte gefilterte Signal an das Phasendetektionsmodul auszugeben.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das vierte Dämpfungsglied umfasst: ein Festwert-Dämpfungsglied, das mit dem zweiten Signaleingangsanschluss verbunden ist und konfiguriert ist, um: die reflektierte Welle zu dämpfen, um ein drittes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das dritte temporär gedämpfte Signal an ein digitales variables Dämpfungsglied auszugeben, das digitale variable Dämpfungsglied, das mit dem Festwert-Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das dritte temporär gedämpfte Signal zu dämpfen, um ein viertes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das vierte temporär gedämpfte Signal an ein zweites Festwert-Dämpfungsglied auszugeben, und das zweite Festwert-Dämpfungsglied, das mit dem digitalen variablen Dämpfungsglied verbunden ist und konfiguriert ist, um: das vierte temporär gedämpfte Signal weiter zu dämpfen, um ein fünftes temporär gedämpftes Signal zu erzeugen, und das fünfte temporär gedämpfte Signal an das dritte Filter auszugeben.
Intelligente AFC-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die elektrische Brücke mit dem zweiten Filter und dem dritten Filter verbunden ist und konfiguriert ist, um: die Phasendetektion an dem phasenverschobenen Signal und dem dritten gefilterten Signal durchzuführen, um das Phasendifferenzsignal zu erzeugen, und das Phasendifferenzsignal über die Steuerschnittstelle auszugeben.