多通道变频器技术说明书.docx
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多通道变频器技术说明书
项目编号ATS13XXX
密级内部
阶段Z
页数15
产品名称多通道一体化变频器设备
产品型号
文件编号
文件名称技术说明书
单位成都爱科特科技发展有限公司
编写
校对
审核
标审
批准
目录
1概述3
2设备要求3
2.1主要功能3
2.2下变频模块技术指标3
2.3上变频模块技术指标4
2.4整机控制方式5
2.5结构5
2.6供电5
3整机关键技术5
4变频模块关键技术7
4.1下变频器模块设计7
4.1.1模块设计原理7
4.1.2指标分配及仿真7
4.2上变频模块设计8
4.2.1模块设计原理8
4.2.2指标分配及仿真9
4.3闭环自检功能9
4.4控制系统10
4.5参考源设计10
5软件设计11
5.1系统框图11
5.2地址识别11
5.3主控单元12
5.4变频器模块13
5.5设备自检功能14
6系统可靠性设计14
1概述
本文件描述了“多通道变频器”的设计思想和实现方法,并提出了“多通道变频器”设计中的关键技术和关键技术的解决途径。
同时对外形结构及工艺进行了说明。
编制依据和参考文献:
SJ20527A-2003《微波组件通用规范》
GJB1621.6-1993技术侦察装备通用技术要求设计制造要求
GJB1621.7-1993技术侦察装备通用技术要求环境适应要求和试验方法
《多通道一体化变频器设计任务书》
2设备要求
2.1主要功能
1)6通道一体化设计,3个上变频模块、3个下变频模块共用同一机箱;(单机最大8通道)
2)各变频模块前面板支持盲拔插结构;
3)各变频模块可独立遥控也可集中遥控;
4)各模块独立自检功能,故障显示上传;
5)各模块独立电源开关,设备不断电维护;
6)内、外时钟参考自动切换(10MHz);
7)遥控接口标准:
RS232/RS485/RS422/TCPIP;
8)各模块面板具备电源指示、锁定指示、状态指示,并有输入、输出信号监视接口;
9)设备集中供电,双电源热备份。
2.2下变频模块技术指标
1)输入频率:
2000MHz~2400MHz
2)输出频率:
720MHz
3)输出带宽:
720MHz±20MHz
4)调谐步进:
≤1kHz
5)增益平坦度:
≤±1dB/40MHz
6)增益:
50dB可调,步进1dB
7)输出P-1dB:
≥10dBm
8)镜像抑制:
≥60dBc
9)杂散抑制:
≥50dBc
10)谐波抑制:
≥50dBc
11)噪声系数:
≤12dB
12)输入/输出驻波比:
≤1.5
13)频率稳定度:
优于1E-7/年(长稳),优于1E-10/秒(短稳)
14)相位噪声:
≤-75dBc/Hz@100Hz
≤-85dBc/Hz@1kHz
≤-95dBc/Hz@10kHz
≤-110dBc/Hz@100kHz
≤-115dBc/Hz@1MHz
15)输入输出射频接口:
SMA-50K
16)远程控制接口:
RS232/485(标准DB9接口)
2.3上变频模块技术指标
1)输入频率:
720MHz±20MHz
2)输出频率:
2000MHz~2400MHz
3)调谐步进:
≤1kHz
4)增益:
≥30dB可调,步进1dB
5)增益平坦度:
≤±1dB/40MHz
6)输出P-1dB:
≥10dBm
7)镜像抑制:
≥60dBc
8)杂散抑制:
≥50dBc
9)谐波抑制:
≥50dBc
10)噪声系数:
≤12dB
11)输入/输出驻波比:
≤1.5
12)频率稳定度:
优于1E-7/年(长稳),优于1E-10/秒(短稳)
13)相位噪声:
≤-75dBc/Hz@100Hz
≤-85dBc/Hz@1kHz
≤-95dBc/Hz@10kHz
≤-105dBc/Hz@100kHz
≤-115dBc/Hz@1MHz
14)输入输出射频接口:
SMA-50K
15)远程控制接口:
RS232/485(标准DB9接口)
2.4整机控制方式
本地:
LCD显示、键盘操作。
远程:
可通过RS232/485或RJ45对所有变频模块集中查询和控制,并各模块可独立通过RS232/485远程查询和控制。
2.5结构
标准3U机箱,颜色为计算机灰,机箱深500mm。
2.6供电
供电电压:
220VAC;
电源适应性:
220±22VAC,50±2.5Hz;
功耗:
不大于200W。
3整机关键技术
本设备为6路变频单元共用同一机箱,由同一控制单元控制。
在结构上模块支持盲拔插,可以从机箱前面板直接抽出更换。
机箱前面板有LCD屏及键盘用以显示及控制操作。
机箱后面板为射频和中频的输入、输出端口。
变频单元模块的前面板置射频检测、中频检测、自检指示、本振锁定指示和电源指示。
模块后面板有射频和中频的输入输出端口、低频及控制端口。
射频接头形式为BMA,可支持盲拔插。
低频及控制接头为DB9形式。
机箱内部有一转接板,与变频模块对插,再由电缆转接到机箱后面板。
机箱前面板布局如下。
图1机箱前面板图
机箱后面板布局如下。
图2机箱后面板图
机箱内部布局示意图如下。
图3机箱内部布局示意图
变频模块外形如下。
图4变频模块外形图
4变频模块关键技术
4.1下变频器模块设计
4.1.1模块设计原理
根据技术指标要求,变频模块的方案框图如下图。
图5系统方框图
射频输入信号经预选滤波器、开关、放大,再进入混频器与本振信号混频,下变频取720MHz中频信号,经滤波、数控衰减、放大、开关后到输出端口,并耦合一路中频信号到设备前面板作检测用。
设备具有闭环检测功能。
机箱内置2250MHz自检信号源,该自检源在不启动监测功能时处于休眠状态,监测功能启动时自检源激活,并同时将射频输入端的开关选通在自检信号源端口,输出选通在检波端口,自检中频通过检波器后由主控制单元进行A/D转换,显示自检中频输出电平,并判断整个通路是否工作正常。
自检信号源可由开关切换至每一路变频单元,可随时监测每一路变频单元是否正常。
电源模块完成DC/DC电源转换,为模块提供低纹波直流电压。
4.1.2指标分配及仿真
为保证噪声系数指标,前级放大器需选择低噪声放大器,增益15dB左右。
混频器也要选择高三阶混频器。
射频预选滤波器主要抑制射频以外的干扰信号。
本项目中频频率为720MH,镜像频率为560~960MH,射频滤波器对此频段抑制可达70dBc以上。
中频滤波器主要抑制变频产生的组合杂散。
无组合杂散都落在带内。
系统链路仿真如下图:
图6系统链路仿真图
由仿真图可以看出:
Gain=51dB;OIP3=32dBm;OIP2=37dBm;OP-1dB=16dBm;NF=5.8dB。
仿真结果都可以满足指标要求。
4.2上变频模块设计
4.2.1模块设计原理
根据技术指标要求,变频模块的方案框图如下图。
图7系统方框图
720MHz中频输入信号经预选滤波器、开关、放大、数控衰减,再进入混频器与一本振信号1920MHz混频,取差频1200MHz,再经滤波、放大后与二本振信号3200~3600MHz混频,取差频2000~2400MHz,然后放大、滤波、开关,到输出端口,并耦合一路射频信号到设备前面板作检测用。
设备具有闭环检测功能。
机箱内置1200MHz自检信号源,该自检源在不启动监测功能时处于休眠状态,监测功能启动时自检源激活,并同时将射频输入端的开关选通在自检信号源端口,输出选通在检波端口,自检中频通过检波器后由主控制单元进行A/D转换,显示自检中频输出电平,并判断整个通路是否工作正常。
自检信号源可由开关切换至每一路变频单元,可随时监测每一路变频单元是否正常。
4.2.2指标分配及仿真
为保证噪声系数指标,前级放大器需选择低噪声放大器,增益15dB左右。
混频器也要选择高三阶混频器。
中频预选滤波器主要抑制中频以外的干扰信号。
本项目采用2次混频方案,镜像频率为3.12GHz,中频滤波器对此频段抑制可达70dBc以上。
射频滤波器主要抑制变频产生的组合杂散。
其中1200MHz×2组合落在带内,但混频器对此杂散抑制有73dBc,满足指标要求。
其余无组合杂散都落在带内。
系统链路仿真如下图:
图8系统链路仿真图
由仿真图可以看出:
Gain=30dB;OIP3=29dBm;OIP2=32dBm;OP-1dB=15dBm;NF=10.8dB。
仿真结果都可以满足指标要求。
4.3闭环自检功能
该系统具备闭环自检功能。
模块内置一自检信号源,平时处于休眠状态,当启动自检功能时,由自检信号源作整个信道的输入信号,通过变频信道后输出,并送给主控单元进行检波处理,根据检波结果判断整个通道是否工作正常。
自检功能开启时,外部信号输入、输出处于关断状态,链路图如下。
图9闭环系统自检框图
4.4控制系统
整机的远控接口有RS232、RS485和网口三种方式,通过内部RS485控制总线集中对6个变频模块控制和查询其工作状态,也可分别对变频模块控制和查询。
图10控制系统框图
4.5参考源设计
设备设计1个外参考输入接口和2个内参考源,自动识别和切换内外参考源,在机箱内部实现放大、滤波和功分输出给各变频器模块,提供高频率稳定度、高相噪的变频参考,并每个变频模块具备一路参考输出,可提供给其他设备使用。
图11参考源设计框图
5软件设计
5.1系统框图
本系统主要由6个变频模块与一个主控单元(包括LCD屏和键盘)构成,其中各个变频模块内部都有一主控电路。
系统的控制方式分为遥控和本控。
本地控制采用对主控单元操作进行控制。
远控方式分为两种:
(1)主控单元接收遥控命令,再去控制相应的变频模块。
(2)变频器各个模块单独接收遥控命令。
系统框图如下:
图12软件系统框图
5.2地址识别
主控单元和6个变频器模块之间的级联采用RS485总线。
主控单元要识别每个不同的变频器模块,必须加入局部地址。
分案为:
每个模块加入三根地址线,每个模块对应三根地址线的状态为:
(1)001,
(2)010,(3)011,(4)100,(5)101,(6)110。
这样在变频器模块和主控单元之间进行数据传送时,采用局部地址加系统地址的方式进行数据传输。
图13模块地址识别方式示意图
当模块插入机箱以后,局部地址就已经固定,如第一个模块插入机箱后,局部地址为010,即十进制的02.主控单元与模块之间通信协议必须带上局部地址02.
举例:
主控单元接收到上位机遥控命令(设置251地址模块频率为7000M):
“<251/FIN_7000.000“主控单元收到以后,调出内部存储的6个模块的系统地址,一一比较以后,与第二个模块的地址251匹配,于是启动总线发出命令“<251/2/FIN_7000.000”,6个模块同时收到“<251/2/FIN_7000.000”,进行匹配。
只有第二个模块的局部地址是02匹配正确。
第二个模块进行相应的频率控制。
同样模块向主控单元发送数据也须带上局部地址。
5.3主控单元
主控单元主控单元主要任务有三个:
(1)本地控制,
(2)接收远程遥控命令,(3)主控单元更新显示,三个任务并行执行。
程序框图如下:
图14主控单元程序框图
自检源频率为固定值,设置好需要自检的通道号,自检结果将在下面显示,中频功率显示自检的功率,控制器将根据结果进行判断是否正常,并将结果显示出来。
5.4变频器模块
每个变频器模块每部都有一个主控电路,主要实现三个功能。
1)接收主控单元的控制命令进行相应的控制;2)接收上位机对各个模块单独的控制;3)驱动变频模块。
程序框图如下:
图15变频模块程序框图
5.5设备自检功能
本系统具有故障自检功能,系统进入自检状态后,模块的输入信号切换到系统自带的自检信号源,经过变频通道后在输出端口进行采样,MCU将采样信号进行处理后,判断该通道是否故障,在自检状态下,模块无输出功能。
6系统可靠性设计
在总体设计方面,主要采取如下措施以提高设备可靠性:
a)采用模块化设计,各模块可以独立拆卸安装,便于维护,模块与模块之间用刚性50欧姆电缆连接,模块的控制、电源接口都用带锁扣的接插件,不会因振动或运输,让模块的接插件松动或接触不可靠;
b)模块内部选用高品质元器件,表面贴装工艺,集成度高,功耗低;
c)在电路设计上,选用经过实践验证的、比较成熟的电路,保证模块在电路上不存在问题;进行印制版设计时,充分考虑电磁兼容性问题,保证设备本身不受电磁干扰,同时也尽可能减少对其他设备的电磁干扰;
d)采用电源浪涌保护电路,防雷击损坏;
e)电源采用降功率使用,提高电源使用寿命;
f)EMC设计方面,考虑采用金属外壳屏蔽接地,内部采用高低频分离,高频电路采用金属屏蔽盒屏蔽,电源输入输出加滤波,电磁兼容性良好。
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- 通道 变频器 技术 说明书