專利名稱：一種微波激勵源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微波激勵源。

背景技術(shù)：
電子直線加速器是利用高功率射頻電磁場按直線軌道，將電子加速，以提高電子能量的裝置。電子直線加速器按應(yīng)用能區(qū)的不同分為低能機(jī)(4-6MeV)、中能機(jī)(8-14MeV)、高能機(jī)(15-25MeV)。在低能機(jī)和部分中能機(jī)中高功率微波是由磁控管自激振蕩器產(chǎn)生，而在部分中能機(jī)和高能機(jī)中高功率微波是由速調(diào)管放大器將微波激勵源輸出的小功率信號放大后產(chǎn)生的。
電子直線加速器若按加速方式可分為駐波加速器和行波加速器。對于高能駐波電子直線加速器而言，要求高功率微波源的微波激勵源應(yīng)具有以下特性1、激勵源輸出功率在40W到200W的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；2、激勵源輸出信號的頻率穩(wěn)定度要達(dá)到(5×10-6)；3、激勵源輸出信號的頻率調(diào)節(jié)范圍要大于或等于4MHz；4、激勵源本身應(yīng)帶有準(zhǔn)確的實時頻率指示裝置和輸出功率指示裝置；5、激勵源本身應(yīng)具有較低的相位噪聲和較高的雜波抑制能力。目前還沒有能夠完全具備這5項特性的微波激勵源。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微波激勵源，旨在解決現(xiàn)有的微波激勵源不能完全具備上述5項特性的問題。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 一種微波激勵源，包括依次連接的頻率綜合器、調(diào)制器、微波脈沖功率放大器、可變衰減器、定向耦合器、檢波器、功率指示器，以及與頻率綜合器和調(diào)制器連接的調(diào)制控制器、與頻率綜合器連接的頻率計；所述頻率綜合器由依次連接的調(diào)節(jié)電壓控制電路、壓控晶體振蕩器和固態(tài)振蕩器組成；所述壓控晶體振蕩器用于在調(diào)節(jié)電壓控制電路輸出電壓的控制下輸出一定頻率的信號，所述固態(tài)振蕩器用于基于壓控晶體振蕩器的輸出信號輸出更高頻率的信號并對輸出信號和輸入信號進(jìn)行鑒相；所述調(diào)制器用于將固態(tài)振蕩器的輸出信號調(diào)制成脈沖信號；所述調(diào)制控制器用于根據(jù)固態(tài)振蕩器的鎖相狀態(tài)控制調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制；所述微波脈沖功率放大器用于對調(diào)制器輸出的脈沖信號進(jìn)行功率放大；所述可變衰減器用于調(diào)節(jié)激勵源的輸出功率；所述檢波器用于從定向耦合器中提取峰值功率信號，進(jìn)行線性檢波并輸出電壓信號；所述功率指示器用于根據(jù)檢波器輸出的電壓信號顯示激勵源的輸出峰值功率；所述頻率計用于根據(jù)固態(tài)振蕩器環(huán)路鎖定時輸出信號的頻率指示激勵源輸出信號的頻率。
所述微波激勵源還包括與所述微波脈沖功率放大器連接的放大控制器，用于監(jiān)測所述微波脈沖功率放大器中進(jìn)行放大的脈沖信號的脈寬及峰均比，并在該脈沖信號超寬/超比時控制微波脈沖功率放大器停止放大。
所述放大控制器還用于在所述脈沖信號超寬/超比時輸出指示信號，所述微波激勵源還包括與所述放大控制器連接的超寬/超比連鎖指示器，用于根據(jù)所述放大控制器輸出的指示信號進(jìn)行超寬/超比指示。
所述固態(tài)振蕩器還用于在環(huán)路失鎖時輸出失鎖信號，所述微波激勵源還包括與所述調(diào)制控制器連接的失鎖指示器，所述調(diào)制控制器還用于根據(jù)固態(tài)振蕩器輸出的失鎖信號控制所述失鎖指示器進(jìn)行失鎖指示。
本發(fā)明的突出優(yōu)點是本發(fā)明通過包括由調(diào)節(jié)電壓控制電路、壓控晶體振蕩器和固態(tài)振蕩器組成的頻率綜合器、頻率計、調(diào)制器、調(diào)整控制器、微波脈沖功率放大器、可變衰減器、定向耦合器、檢波器及功率指示器等，可以實現(xiàn)同時具備輸出功率在40W到200W的范圍內(nèi)連續(xù)各調(diào)、輸出信號的頻率穩(wěn)定度達(dá)到(5×10-6)、輸出信號的頻率調(diào)節(jié)范圍大于或等于4MHz、激勵源本身應(yīng)實時指示輸出頻率和輸出功率、相位噪聲低且雜波抑制能力高這幾種特性。



圖1是本發(fā)明實施例提供的微波激勵源的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明實施例提供的微波激勵源中固態(tài)振蕩器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例提供的微波激勵源的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施例方式 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
圖1示出了本發(fā)明實施例提供的微波激勵源的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分。
所述微波激勵源主要包括頻率綜合器12、頻率計11、調(diào)制器13、調(diào)整控制器15、微波脈沖功率放大器14、可變衰減器16、定向耦合器17、檢波器18及功率指示器19。
其中，頻率綜合器12由調(diào)節(jié)電壓控制電路121、壓控晶體振蕩器122和固態(tài)振蕩器123組成。調(diào)節(jié)電壓控制電路121和壓控晶體振蕩器122組成頻率綜合器12的頻率參考源，壓控晶體振蕩器122在調(diào)節(jié)電壓控制電路121輸出的電壓控制下輸出一定頻率(設(shè)為fr)的信號(設(shè)為Vr)，通過改變調(diào)節(jié)電壓控制電路121輸出的電壓，即可改變頻率參考源的輸出信號的頻率。
在本發(fā)明實施例中，固態(tài)振蕩器123的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
壓控振蕩器輸出的頻率為f的信號V0經(jīng)功率分配器1耦合后，其中一路依次送至匹配器、放大器1和分頻器1組成的前置分頻電路，衰減器、放大器2、分頻器2和分頻器3組成的主分頻電路進(jìn)行分頻，再經(jīng)放大器3、功率分配器2和整形電路2放大、耦合和整形后得到頻率為fs的信號Vs，設(shè)分頻器1、分頻器2、分頻器3的分頻比分別為M1、M2、M3，則fs和f應(yīng)滿足fs＝(M3M2M1)f。
分頻后得到的信號Vs和頻率參考源輸出并經(jīng)整形電路1整形后的信號Vr送至雙D鑒相器。當(dāng)Vs和Vr兩個信號的頻率不相同時，即fs≠fr，兩信號之間必定存在瞬時相位差ΔΦ。
信號Vs的瞬時相位Φs為Φs＝2πfst-Φs0，信號Vr的瞬時相位Φr為Φr＝2πfrt-Φr0，其中，Φs0、Φr0分別為信號Vs、Vr的初始相位，且均為常數(shù)，則 ΔΦ＝Φr-Φs＝2π(fr-fs)t-(Φr0-Φs0)，對該式兩邊求導(dǎo)數(shù)可得Δf＝fr-fs＝dΔΦ/dt 從上式可看出，當(dāng)ΔΦ為常數(shù)或零時，頻差Δf為零，即fs＝fr。
數(shù)字鎖相式固態(tài)振蕩器中的雙D鑒相器將兩個輸入信號之間存在的瞬時相位差ΔΦ轉(zhuǎn)換為一電壓信號。該電壓信號經(jīng)環(huán)路濾波器濾除其中的交流成分后得到一直流誤差電壓信號，用這直流誤差電壓信號來改變壓控振蕩器輸出信號的頻率f，直到瞬時相位差ΔΦ為一常數(shù)或為零，當(dāng)環(huán)路達(dá)到這種狀態(tài)時，稱之為環(huán)路鎖定，此時，頻率綜合器12輸出信號的頻率f為f＝fr/(M1M2M3)，即與壓控振蕩器的輸出信號的頻率相同。從該式可看出，通過改變壓控晶體振蕩器122的輸出信號的頻率，即可相應(yīng)地改變頻率綜合器12的輸出信號的頻率，從而實現(xiàn)改變微波激勵源輸出信號的頻率，根據(jù)所采用的頻率參考源，可以實現(xiàn)激勵源輸出信號的頻率調(diào)節(jié)范圍大于或等于4MHz。
微波激勵源輸出信號的頻率F等于頻率綜合器12輸出信號的頻率，因此微波激勵源輸出信號的頻率穩(wěn)定度為ΔF/F＝Δf/f＝Δfr/fr；從該式可看出微波激勵源輸出信號的頻率穩(wěn)定度等于參考源輸出信號的頻率穩(wěn)定度。根據(jù)所采用的頻率參考源，微波激勵源輸出信號的頻率穩(wěn)定度ΔF/F可達(dá)到(5×10-6)。
在固態(tài)振蕩器123中，由于采用了雙D鑒相器、一階有源環(huán)路濾波器，使固態(tài)振蕩器123具有自動鑒頻特性和較高的雜波抑制特性，因此使得頻率綜合器12的輸出信號具有較低的相位噪聲及較高的穩(wěn)定性和雜波抑制能力。
在所述固態(tài)振蕩器123達(dá)到環(huán)路鎖定時，將觸發(fā)調(diào)制控制器15控制調(diào)制器13將壓控振蕩器輸出的頻率為f的信號V0經(jīng)功率分配器1耦合及放大器F1放大后的輸出信號調(diào)制成脈沖信號。該脈沖信號依次經(jīng)微波脈沖功率放大器14放大、可變衰減器16輸出調(diào)節(jié)及定向耦合器17耦合后，最終輸出高功率微波源。所述微波脈沖功率放大器14采用全固態(tài)形式，包括依次連接的微波前置放大器、微波中功率放大器及末級功率放大器，輸入的微波脈沖信號經(jīng)過1W放大器的放大，從而產(chǎn)生可以推動下一級的微波信號，再經(jīng)過放大、分配、放大、合成，最后輸出為大于350W的脈沖微波信號。通過可變衰減器16則可以實現(xiàn)激勵源輸出功率在40W到200W的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
另一方面，當(dāng)固態(tài)振蕩器123環(huán)路鎖定時，頻率綜合器12輸出信號的頻率與放大器3輸出信號的頻率成整數(shù)倍關(guān)系，因此，將放大器3輸出信號經(jīng)功率分配器2耦合及放大器F2放大后，作為頻率指示信號輸入至頻率計11，從而通過頻率計11即可實時指示微波激勵源輸出信號的頻率。
檢波器18在微波激勵源輸出端的定向耦合器17中提取峰值功率信號P，經(jīng)線性檢波后輸出電壓Ud至功率指示器19。由于檢波器18的輸出電壓Ud與峰值功率信號P滿足P＝k(Ud)2，其中k為比例常數(shù)，功率指示器19根據(jù)檢波器18的輸出電壓Ud，通過內(nèi)含的乘法器電路即可實現(xiàn)實時指示微波激勵源的輸出峰值功率。
在本發(fā)明實施例中，上述壓控晶體振蕩器122與固態(tài)振蕩器123中的壓控振蕩器的中心振蕩頻率分別為2.856MHz和2856MHz，分頻器1、分頻器2、分頻器3的分頻比均為1/10。
圖3示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供的微波激勵源的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，在本發(fā)明實施例中，所述微波激勵源還包括與微波脈沖功率放大器14連接的放大控制器31、超寬/超比連鎖指示器32，及與調(diào)制控制器15連接的失鎖指示器33。放大控制器31對進(jìn)入微波脈沖功率放大器14的脈沖信號的脈寬及峰均比進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)該脈沖信號超寬/超比時，則控制微波脈沖功率放大器14停止對脈沖信號進(jìn)行放大，并輸出指示信號至超寬/超比連鎖指示器32進(jìn)行指示，從而可以對微波脈沖功率放大器14進(jìn)行保護(hù)。
在所述固態(tài)振蕩器123失鎖時，固態(tài)振蕩器123中的雙D鑒相器將輸出失鎖信號至調(diào)制控制器15，調(diào)制控制器15則控制失鎖指示器33發(fā)出失鎖指示。
本發(fā)明實施例提供的微波激勵源通過包括由調(diào)節(jié)電壓控制電路、壓控晶體振蕩器和固態(tài)振蕩器組成的頻率綜合器、頻率計、調(diào)制器、調(diào)整控制器、微波脈沖功率放大器、可變衰減器、定向耦合器、檢波器及功率指示器等，可以實現(xiàn)同時具備輸出功率在40W到200W的范圍內(nèi)連續(xù)各調(diào)、輸出信號的頻率穩(wěn)定度達(dá)到(5×10-6)、輸出信號的頻率調(diào)節(jié)范圍大于或等于4MHz、激勵源本身應(yīng)實時指示輸出頻率和輸出功率、相位噪聲低且雜波抑制能力高這幾種特性。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微波激勵源，其特征在于，包括依次連接的頻率綜合器、調(diào)制器、微波脈沖功率放大器、可變衰減器、定向耦合器、檢波器、功率指示器，以及與頻率綜合器和調(diào)制器連接的調(diào)制控制器、與頻率綜合器連接的頻率計；所述頻率綜合器由依次連接的調(diào)節(jié)電壓控制電路、壓控晶體振蕩器和固態(tài)振蕩器組成；所述壓控晶體振蕩器用于在調(diào)節(jié)電壓控制電路輸出電壓的控制下輸出一定頻率的信號，所述固態(tài)振蕩器用于基于壓控晶體振蕩器的輸出信號輸出更高頻率的信號并對輸出信號和輸入信號進(jìn)行鑒相；所述調(diào)制器用于將固態(tài)振蕩器的輸出信號調(diào)制成脈沖信號；所述調(diào)制控制器用于根據(jù)固態(tài)振蕩器的鎖相狀態(tài)控制調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制；所述微波脈沖功率放大器用于對調(diào)制器輸出的脈沖信號進(jìn)行功率放大；所述可變衰減器用于調(diào)節(jié)激勵源的輸出功率；所述檢波器用于從定向耦合器中提取峰值功率信號，進(jìn)行線性檢波并輸出電壓信號；所述功率指示器用于根據(jù)檢波器輸出的電壓信號顯示激勵源的輸出峰值功率；所述頻率計用于根據(jù)固態(tài)振蕩器環(huán)路鎖定時輸出信號的頻率指示激勵源輸出信號的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的微波激勵源，其特征在于，所述微波激勵源還包括與所述微波脈沖功率放大器連接的放大控制器，用于監(jiān)測所述微波脈沖功率放大器中進(jìn)行放大的脈沖信號的脈寬及峰均比，并在該脈沖信號超寬/超比時控制微波脈沖功率放大器停止放大。
3.如權(quán)利要求2所述的微波激勵源，其特征在于，所述放大控制器還用于在所述脈沖信號超寬/超比時輸出指示信號，所述微波激勵源還包括與所述放大控制器連接的超寬/超比連鎖指示器，用于根據(jù)所述放大控制器輸出的指示信號進(jìn)行超寬/超比指示。
4.如權(quán)利要求1所述的微波激勵源，其特征在于，所述固態(tài)振蕩器還用于在環(huán)路失鎖時輸出失鎖信號，所述微波激勵源還包括與所述調(diào)制控制器連接的失鎖指示器，所述調(diào)制控制器還用于根據(jù)固態(tài)振蕩器輸出的失鎖信號控制所述失鎖指示器進(jìn)行失鎖指示。
全文摘要
本發(fā)明適用于微波技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種微波激勵源，主要包括由調(diào)節(jié)電壓控制電路、壓控晶體振蕩器和固態(tài)振蕩器組成的頻率綜合器、頻率計、調(diào)制器、調(diào)整控制器、微波脈沖功率放大器、可變衰減器、定向耦合器、檢波器及功率指示器等，可以實現(xiàn)同時具備輸出功率在40W到200W的范圍內(nèi)連續(xù)各調(diào)、輸出信號的頻率穩(wěn)定度達(dá)到(5×10-6)、輸出信號的頻率調(diào)節(jié)范圍大于或等于4MHz、激勵源本身應(yīng)實時指示輸出頻率和輸出功率、相位噪聲低且雜波抑制能力高這幾種特性。
文檔編號H03L7/00GK101582684SQ20091030349
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者金衛(wèi)東 申請人:成都利尼科醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展有限公司