低杂波系统前级固态微波源的设计方法技术方案

本发明专利技术公开了低杂波系统前级固态微波源的设计方法，锁相源的输出端依次与一级功放、程控电压衰减器、PIN快控开关、二级功放和功分器连接，功分器的两个输出端为功率输出端，耦合器采用微带耦合的形式，耦合器的耦合输出端作为参考相位使用，耦合器的直通输出端与检波模块连接，检波模块的输出端与控制模块连接，控制模块的输出端分别连接程控电压衰减器和PIN快控开关，本发明专利技术将原有的三级功放结构换为了两级功放结构，而且输出可以达到比三级功放结构更高的5W,这得益于锁相源的输出功率的提高，还得益于固态微波芯片技术的发展，集成度更高、增益更高、功率更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低杂波系统
，尤其涉及低杂波系统前级固态微波源的设计方法。
技术介绍
现有技术由压控振荡源（VCO）、一级功放、PIN快控开关、二级功放、三级功放、功分器和稳压电源模块组成。如图1所示，首先VCO产生初始频率和功率，经过三级放大之后产生一个2.45GHz 4W的功率源，经过功分器的两等分输出。现有技术有如下缺点：①VCO产生的功率小，仅为3dBm.②不能锁相，产生的2.45GHz频率不稳，容易受到外界因素比如温度的干扰而产生频漂。③三级功放串联的结构可以大大增加了意外情况下自激的风险。④没有参考相位输出。不能内部自行调节功率大小，意外情况下不能自行断开PIN开关。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供低杂波系统前级固态微波源的设计方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：低杂波系统前级固态微波源的设计方法，包括有锁相源、一级功放、程控电压衰减器、二级功放、PIN快控开关、功分器、耦合器、检波模块、控制模块以及供电稳压电源，锁相源的输出端依次与一级功放、程控电压衰减器、PIN快控开关、二级功放和功分器连接，功分器的两个输出端为功率输出端，耦合器采用微带耦合，耦合器的耦合输出端作为参考相位使用，耦合器的直通输出端与检波模块连接，检波模块的输出端与控制模块连接，控制模块的输出端分别连接程控电压衰减器和PIN快控开关，从锁相源产生的初始频率和功率依次经过两级功放后产生功率源，功率源经过功分器两等分输出，从耦合器出来的功率一部分作为参考相位使用，观测输入给锁相源的调相信号是否准确，另一部分经过检波模块转换为电压信号，传入控制模块中，在控制模块的单片机中事先存入阶梯式阈值，当超过一个较低的阈值时，可根据耦合功率大小自行调节，以保持两个功率输出端口恒定输出；当超过较高的阈值时，说明遇到一些紧急情况，自行关断PIN快控开关。在锁相源后方、两个功率输出端口的前面和参考相位输出端前面均连接有隔离器。本专利技术的优点是：本专利技术锁相源替代了VCO，既保证了频率不受外界环境因素的干扰，同时也可以对相位进行调节，隔离器的运用，防止了反射功率过大对锁相源和功放芯片造成的损害，原有的三级功放结构换为了两级功放结构，而且输出可以达到比三级功放结构更高的5W,这得益于锁相源的输出功率的提高，还得益于固态微波芯片技术的发展，集成度更高、增益更高、功率更高。附图说明图1为现有技术结构图。图2本专利技术的结构示意图。图3为锁相源结构图。图4为锁相源细节图。图5为一级功放和可控衰减结构图。图6为PIN快控开关及二级功放结构图。图7为功分器电路图。图8为耦合器电路图。图9为检波模块电路图。图10为控制模块电路图。具体实施方式如图2所示，低杂波系统前级固态微波源的设计方法，包括有锁相源1、一级功放2、程控电压衰减器3、二级功放5、PIN快控开关4、功分器6、耦合器7、检波模块8、控制模块9以及供电稳压电源10，锁相源1的输出端依次与一级功放2、程控电压衰减器3、PIN快控开关4、二级功放5和功分器6连接，功分器6的两个输出端为功率输出端，耦合器7采用微带耦合的形式，耦合器7的耦合输出端作为参考相位使用，耦合器7的直通输出端与检波模块8连接，检波模块8的输出端与控制模块9连接，控制模块9的输出端分别连接程控电压衰减器3和PIN快控开关4，从锁相源1产生的初始频率和功率依次经过两级功放后产生功率源，功率源经过功分器6两等分输出，从耦合器7出来的功率一部分作为参考相位使用，观测输入给锁相源的调相信号是否准确，另一部分经过检波模块8转换为电压信号，传入控制模块9中，在控制模块9的单片机中事先存入阶梯式阈值，当超过一个较低的阈值时，可根据耦合功率大小自行调节，以保持两个功率输出端口恒定输出；当超过较高的阈值时，说明遇到一些紧急情况，自行关断PIN快控开关4。在锁相源1后方、两个功率输出端口的前面和参考相位输出端前面均连接有隔离器11。如图3、图4所示，一般锁相环频率合成器主要由压控振荡器VCO，鉴频鉴相器PFD，环路滤波器LF，参考源REF四部分组成。本设计由直流电压源SRC4、VCO分频器VCO2、鉴频鉴相器PFD、环路滤波器LP、参考源SRC6组成。其中环路滤波器LF由C4、R3、R1、C6、R4、C3组成。直流电压源SRC4一端接地，另一端与VCO2的dN端口相连接，提供VCO2中的VCO及分频器的工作电压。VCO2的vco端口输出VCO2的输出频率FREQout；freq端口输出的频率与vco端口输出频率成倍数，可以是vco端口输出频率的二分频、四分频，八分频等；vcon端输出vco端口输出经过N分频后的频率；tune端输入由环路滤波器提供的电压，控制压控振荡器的输出频率。鉴频鉴相器PFD一端接由SRC6提供的高稳定信号REF，一端接由VCO2的vcon端口输出的信号，比较此两端口的相位或频率，然后输出相应的误差电流；另外两端相连，将误差电流送到到环路滤波器LF。环路滤波器LF是一个四阶无源低通滤波器，可以滤除高频分量和噪声，通过R1和R4的电压放大功能为VCO2中的压控振荡器提供调谐电压。所以最终VCO2稳定输出频率：FREQout=N*REF。图5所示，C05：一方面起到信号隔直的作用，同时配合微带TL01起来一级功放输入匹配的作用。TL02,TL03,L01,C14共同组成了一级功放的输出匹配，TL02和TL03的宽度长度不同，L01、C14可以有效的防止射频功率耦合到直流电源中，保证射频功率传输效率的最大化。L01的范围为3nH-30nH,C14的范围为1pF-30pF。C07：隔直电容Pindiode2、Pindiode3、Pindiode4、Pindiode5四个PIN二极管构成了一组互易衰减网络，PIN二极管，它开路和短路特性好、控制速度快、微波损耗小、可控功率容量大，因此在射频高功率电路中经常采用PIN管.PIN管在射频信号与直流偏置同时作用时，其所呈现的阻抗大小主要决定于直流偏置的极性及其量值，而几乎与射频信号的幅度无关。因此PIN管可以用很小的控制功率来控制很大的射频信号功率。采用四个性能完全匹配的PIN二极管，有助于保证衰减器输入输出臂之间具有更好的对称性。R3、R4、R06提供分路偏压，SRC4为5V恒压源。与电阻R07相连的电压为二极管提供分压，电压的范围0-12V，衰减的范围0-40dB.这个电压通过控制器控制。C10:为隔直电容。如图6所示，Pindiode1:利用PIN管在直流正-反偏压下呈现近似导通或断开的阻抗特性,实现了控制微波信号通道转换作用. PIN 二极管的直流伏安特性和PN结二极管是一样的，但是在微波频段却有根本的差别。由于PIN 二极I层的总电荷主要由偏置电流产生。而不是由微波电流瞬时值产生，所以其对微波信号只呈现一个线性电阻。此阻值由直流偏置决定，正偏时阻值小，接近于短路，反偏时阻值大，接近于开路。因此PIN 二极对微波信号不产生非线性整流作用，这是和一般二极管的根本区别.该PIN开关既受控于外界输入信号，又可以在紧急情况下自动关断。TL04、C12、TL05、TL06、TL07、L03共同组成了二级功放的输入匹配电路；TL04、TL05、TL06宽度相同，但是长度不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低杂波系统前级固态微波源的设计方法，其特征在于：包括有锁相源、一级功放、程控电压衰减器、二级功放、PIN快控开关、功分器、耦合器、检波模块、控制模块以及供电稳压电源，锁相源的输出端依次与一级功放、程控电压衰减器、PIN快控开关、二级功放和功分器连接，功分器的两个输出端为功率输出端，耦合器采用微带耦合的形式，耦合器的耦合输出端作为参考相位使用，耦合器的直通输出端与检波模块连接，检波模块的输出端与控制模块连接，控制模块的输出端分别连接程控电压衰减器和PIN快控开关，从锁相源产生的初始频率和功率依次经过两级功放后产生功率源，功率源经过功分器两等分输出，从耦合器出来的功率一部分作为参考相位使用，观测输入给锁相源的调相信号是否准确，另一部分经过检波模块转换为电压信号，传入控制模块中，在控制模块的单片机中事先存入阶梯式阈值，当超过一个较低的阈值时，可根据耦合功率大小自行调节，以保持两个功率输出端口恒定输出；当超过较高的阈值时，说明遇到一些紧急情况，自行关断PIN快控开关。

【技术特征摘要】
1.一种低杂波系统前级固态微波源的设计方法，其特征在于：包括有锁相源、一级功放、程控电压衰减器、二级功放、PIN快控开关、功分器、耦合器、检波模块、控制模块以及供电稳压电源，锁相源的输出端依次与一级功放、程控电压衰减器、PIN快控开关、二级功放和功分器连接，功分器的两个输出端为功率输出端，耦合器采用微带耦合的形式，耦合器的耦合输出端作为参考相位使用，耦合器的直通输出端与检波模块连接，检波模块的输出端与控制模块连接，控制模块的输出端分别连接程控电压衰减器和PIN快控开关，从锁相源产生的初始频率和功率依次经过两...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱梁，单家芳，刘甫坤，唐宇刚，王中丽，贾华，马文东，杨永，冯建强，吴则革，程敏，彭承尧，
申请(专利权)人：中国科学院等离子体物理研究所，
类型：发明
国别省市：安徽;34