一种微波扫频源的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种微波扫频源，包括频率发生器、功率放大器、MCU，还包括驻波检测及反馈单元，所述的频率发生器在某一频率产生一定功率的射频信号，射频信号进入所述的功率放大器，经功率放大器放大达到额定功率输出至所述的驻波检测及反馈单元，所述的驻波检测及反馈单元对功率放大器输出端进行驻波检测并将结果送入MCU，MCU对频率发生器、功率放大器进行控制，由于驻波检测及反馈单元可以使微波扫频源在最优负载对应的频率下进行工作，能耗损失小，工作稳定性更高。
【专利说明】
-种微波扫频源
技术领域
[0001 ]本发明设及微波技术领域，特别设及一种微波扫频源。
【背景技术】
[0002] 微波等离子体灯，是上世纪九十年代刚刚出现的一种新型的环保节能灯，它具有 光效较高、光感舒适，超长寿命、光衰较小、节约能源，更加环保，性能稳定等特性。LEP 化ight Emitting Plasma,等离子光源）由于其热光源的发光特性，决定了其光谱分布接近 太阳光光谱，是国际公认的局效、节能、局品质光源。
[0003] 虽然第一代LEP在光效和光谱方面都有非常大的优势，但基于磁控管技术第一代 微波等离子体灯因体积庞大，结构复杂、故障率高等弊端没有得到很好的发展，近年来随着 半导体技术的发展，使微波LEP技术重新进入人们的视野，并极有发展潜力。
[0004] 第二代LEP最重要的问题就是要解决大功率频率源的问题，并且频率源能适应不 同负载条件下的应用，目前在LEP方面的技术大都采用射频发生VCO/化L、功率放大器及控 制模块MCU的架构，可参考电子科技大学硕±论文一《微波等离子体灯射频源研究》，华东师 范大学硕±论文《小型微波等离子体功率源研究》。公开号CN103731141A名称为《一种基于 锁相环的微波等离子体灯扫频源系统》的专利，该基于锁相环的微波等离子体灯扫频源系 统包括:输出电路单元，连接忍片电路单元，用于差分输出或单端输出，得到所需的输出功 率;环路滤波器电路单元，连接忍片电路单元，用于滤除鉴相器输出中的高频部分;忍片电 路单元，连接输出电路单元和环路滤波器电路单元，内部集成了鉴相器、压控振荡器和分频 器，用于对扫频信号的分频、鉴相、压控振荡，实现扫频信号的稳定输出。该系统的环路滤波 器电路单元及忍片电路单元实现了频率发生器的功能，输出电路单元实现了功率放大器的 功能。但是在实际工程应用上都存在很多问题，比如无自适应工作能力，功率低很难达到微 波等工作条件，最优负载定位难，造成射频能量损失等。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，有必要针对现有的问题，提供一种微波扫频源，解决频率源根据不同工 作条件自适应定位最优工作频点。一种微波扫频源，包括频率发生器、功率放大器及MCU，还 包括驻波检测及反馈单元，所述的频率发生器在某一频率产生一定功率的射频信号，射频 信号进入所述的功率放大器，经功率放大器放大达到额定功率输出至所述的驻波检测及反 馈单元，所述的驻波检测及反馈单元对功率放大器输出端进行驻波检测并将结果送入MCU， MCU对频率发生器、功率放大器进行控制。
[0006] 作为优选，驻波检测及反馈单元包括:第一禪合器、第二禪合器、第一检波器、第二 检波器及差分比较电路，经所述功率放大器放大达到额定功率输出至所述的第一禪合器， 经所述第一禪合器的信号分成两个部分，第一部分信号作为功率放大器输出功率的采样信 号送入第一检波器，第二部分传输给第二禪合器，并经第二禪合器直接到达射频输出端，然 后给负载提供射频能量，由负载反射的射频能量经第二禪合器采样送入第二检波器;第一、 第二检波器输出电压m和U2送入差分比较电路，经过比较得到电压U日，并将U日的值反馈给 MCU，MC诉良据UO的值重新设定频率发生器和功率放大器的工作频率。
[0007] 作为优选，所述的第二禪合器可W为大功率环形器，所述的差分比较电路可W为 电压比较器。
[0008] 作为优选，所述的第一禪合器为前向微带禪合器，第二禪合器为反向微带禪合器。
[0009] 作为优选，差分比较电路可W由3个运算放大器化1，U2，U3)及若干电阻组成，其中 Ul和U2的同相输入端分别连接第一、第二检波器输出电压m和U2，U1和U2的输出端分别接U3 的反相和同相端，U3的输出即为差分比例输出电压U0。
[0010] 本发明的再一个方案为一种微波扫频源的处理方法，所述的处理方法包括如下步 骤：
[00川 Si :MCU控制频率发生器的初始频率为n，射频功率为Pi;
[0012] S2:功率放大器在频率n下将频率发生器输出功率由Pi放大到P2并输出至负载， 此时反射功率为P3;
[0013] S3:由驻波检测及反馈单元检测功率放大器输出端驻波Sl，并反馈给MCU;
[0014] S4:MCU设定驻波口限，并判断本次驻波值与口限值的大小;若本次检测驻波值小 于口限值，MCU将锁定此时频率发生器的频率;若本次检测驻波值大于口限值，MCU将改变频 率发生器的频率，返回Sl，频率变化步进为A f，且为单调变化;MCU累计设置N次频率，功率 放大器输出的驻波值仍然大于口限值，判断为结束扫描程序，检查硬件。
【附图说明】
[0015] 图1本发明技术方案原理图
[0016] 图2微波扫频源的处理方法图
[0017] 图3本发明具体实施例原理图 [001引图4本发明差分比较电路图
【具体实施方式】
[0019] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实 施例及附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0020] 如图1所示，一种微波扫频源，包括频率发生器、功率放大器及MCU，还包括驻波检 测及反馈单元。所述的驻波检测及反馈单元包括:第一禪合器、第二禪合器、第一检波器、第 二检波器及差分比较电路，连接关系可见附图。作为一种优选方案，第二禪合器可W为大功 率的禪合器，大功率环形器可避免反射功率对功率放大器输出端的冲击，从而起到保护功 率放大器的作用，使整个系统的可靠性也大大提高。
[0021] 如图2所示，一种微波扫频源的处理方法，所述的处理方法包括如下步骤：
[00剖 Si :MCU控制频率发生器的初始频率为n，射频功率为Pi;
[0023] S2:功率放大器在频率n下将频率发生器输出功率由Pl放大到P2并输出至负载， 此时反射功率为P3;
[0024] S3:由驻波检测及反馈单元检测功率放大器输出端驻波Sl，并反馈给MCU;
[0025] S4:MCU设定驻波口限，并判断本次驻波值与口限值的大小;若本次检测驻波值小 于口限值，MCU将锁定此时频率发生器的频率;若本次检测驻波值大于口限值，MCU将改变频 率发生器的频率，返回Sl，频率变化步进为A f，且为单调变化;MCU累计设置N次频率，功率 放大器输出的驻波值仍然大于口限值，判断为结束扫描程序，检查硬件。
[00%]如图3所示，作为本发明的优选实施方式，频率发生器优选压控震荡器VC0-S-A22、 功率放大器优选200W LDMOS ?4，1〇]优选微处理器5了132。-〇5化4了6，驻波检测及反馈单元 包括30地前向微带禪合器，30地反向微带禪合器，两个HSMS-2850检波器及差分比较电路， 连接方式如图3所示。具体实施过程如下：
[0027] 1)系统上电初始化W后，STM32F05化4T6控制VC0-S-A22输出工作频率425MH的射 频信号；
[002引2)射频信号经过200W LDMOS功率放大器，（此功率放大器工作在C类偏置条件，W 便提高功放的效率，STM32F05化4T6对功放增益进行控制，保证其输出功率恒定。）功率放大 器输出功率首先经过30地前向禪合器，分成两路，一路由30地反向微带禪合器进行采样，一 路为直通输出功率，由HSMS-2850检波，得到功率放大器输出功率对应的直流电压为1.2V， 做为差分比例电路的正向输入；
[0029] 3)经过前向30dB禪合器的直通输出功率再经过30地反向禪合器的直通端直接输 出给负载，该输出功率在传输给负载时，有一部份反射功率，由30地反向禪合器进行采样， 然后由HSMS-2850检波，得到相应的反射功率的直流电压0.8V并做为差分比较电路的反向 输入；
[0030] 4)正反向输入电压经差分比较电路输出电压为0.4V，小于预设电压0.8V，则 STM32F05化4T6控制VC0-S-A22输出工作频率427MHz，经过上述步骤后得到差分比较电路的 输出为0.45V，依然小于0.8V的口限要求；
[0031] 5)然后经过7次设置VC0-S-A22,其输出频率为441MHz时对应差分比较电路的输出 电压为0.8V，达到预设口限，此时VC0-S-A22输出频率被STM32F05化4T6锁定，不再发生变 化，系统将稳定工作。由于该微波扫频源可根据负载特性自适应调整微波功率源的功率频 率，可使其在最佳负载下工作，射频功率损耗小，系统效率高，可靠性高。
[0032] 其中差分比例电路如图4所示，由运算放大器U1、U2、U3及电阻R1、R2、R3、R4、R5、 Rfl、Rf 2、R巧连接组成，其中Ul、U2为LM2904运算放大器，U3为单运放LM7101，其输入输出电 压关系可由经典模拟电路知识得到即：
[0033]
[0034] Uo为差分比较输出电压，山为反向检波电压，U2为前向检波电压。
[0035] 当满足条件R3 = R4 = Rf3 = R5时，则有：
[0036] Ud = U2-山
[0037] 本优选实施例中取Rl、R2、R3、R4、R5、Rfl、Rf 2、Rf 3 值为 1 Ok。
[0038] W上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进，运些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应W所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种微波扫频源，包括频率发生器、功率放大器及MCU，其特征在于，还包括驻波检测 及反馈单元，所述的频率发生器在某一频率产生一定功率的射频信号，射频信号进入所述 的功率放大器，经功率放大器放大达到额定功率输出至所述的驻波检测及反馈单元，所述 的驻波检测及反馈单元对功率放大器输出端进行驻波检测并将结果送入MCU，MCU对频率发 生器、功率放大器进行控制。2. 根据权利要求1所述的微波扫频源，其特征在于，所述的驻波检测及反馈单元包括： 第一耦合器、第二耦合器、第一检波器、第二检波器及差分比较电路，经所述功率放大器放 大达到额定功率输出至所述的第一耦合器，经所述第一耦合器的信号分成两个部分，第一 部分信号作为功率放大器输出功率的采样信号送入第一检波器，第二部分传输给第二耦合 器，并经第二耦合器直接到达射频输出端，然后给负载提供射频能量，由负载反射的射频能 量经第二親合器米样送入第二检波器;第一、第二检波器输出电压Ul和U2送入差分比较电 路，经过比较得到电压U0,并将UO的值反馈给M⑶，M⑶根据UO的值重新设定频率发生器和功 率放大器的工作频率。3. 根据权利要求2所述的微波扫频源，其特征在于，所述的第二耦合器可以为大功率环 形器。4. 根据权利要求2所述的微波扫频源，其特征在于，所述的第一耦合器为前向微带耦合 器，第二耦合器为反向微带耦合器。5. 根据权利要求2所述的微波扫频源，其特征在于，所述的差分比较电路可以为电压比 较器。6. 根据权利要求2所述的微波扫频源，其特征在于，所述的差分比较电路可以由3个运 算放大器(U1，U2，U3)及若干电阻组成，其中Ul和U2的同相输入端分别连接第一、第二检波 器输出电压m和u 2，Ul和U2的输出端分别接U3的反相和同相端，U3的输出即为差分比例输出 电压u〇。7. -种微波扫频源的处理方法，其特征在于，所述的处理方法包括如下步骤： SI :MCU控制频率发生器的初始频率为Π ，射频功率为Pl; S2:功率放大器在频率Π 下将频率发生器输出功率由Pl放大到P2并输出至负载，此时 反射功率为P3; S3:由驻波检测及反馈单元检测功率放大器输出端驻波Sl，并反馈给MCU; S4:MCU设定驻波门限，并判断本次驻波值与门限值的大小;若本次检测驻波值小于门 限值，MCU将锁定此时频率发生器的频率;若本次检测驻波值大于门限值，MCU将改变频率发 生器的频率，返回Sl，频率变化步进为Δ f，且为单调变化;M⑶累计设置N次频率，功率放大 器输出的驻波值仍然大于门限值，判断为结束扫描程序，检查硬件。8. 根据权利要求7所述的微波扫频源的处理方法，其特征在于，所述的驻波检测及反馈 单元包括:第一耦合器、第二耦合器、第一检波器、第二检波器及差分比较电路，经所述功率 放大器放大达到额定功率输出至所述的第一耦合器，经所述第一耦合器的信号分成两个部 分，第一部分信号作为功率放大器输出功率的采样信号送入第一检波器，第二部分传输给 第二耦合器，并经第二耦合器直接到达射频输出端，然后给负载提供射频能量，由负载反射 的射频能量经第二耦合器采样送入第二检波器;第一、第二检波器输出电压m和1! 2送入差分 比较电路，经过比较得到电压uo,并将Uo的值反馈给M⑶，M⑶根据Uo的值重新设定频率发生 器和功率放大器的工作频率。
【文档编号】G05B19/042GK105955095SQ201610072779
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年2月2日
【发明人】施理
【申请人】广州莱肯信息科技有限公司