多通道變頻器技術說明書2012

成都愛科特科技發(fā)展有限公司2012.10概述本文件描述了“多通道變頻器”的設計思想和實現(xiàn)方法，并提出了“多通道變頻器”設計中的關鍵技術和關鍵技術的解決途徑。同時對外形結(jié)構(gòu)及工藝進行了說明。編制依據(jù)和參考文獻:SJ20527A-2003《微波組件通用規(guī)范》GJB1621.6-1993技術偵察裝備通用技術要求設計制造要求GJB1621.7-1993技術偵察裝備通用技術要求環(huán)境適應要求和試驗方法《多通道一體化變頻器設計任務書》設備要求2.1主要功能6通道一體化設計，3個上變頻模塊、3個下變頻模塊共用同一機箱；（單機最大8通道）各變頻模塊前面板支持盲拔插結(jié)構(gòu)；各變頻模塊可獨立遙控也可集中遙控；各模塊獨立自檢功能，故障顯示上傳；各模塊獨立電源開關，設備不斷電維護；內(nèi)、外時鐘參考自動切換(10MHz)；遙控接口標準：RS232/RS485/RS422/TCPIP；各模塊面板具備電源指示、鎖定指示、狀態(tài)指示，并有輸入、輸出信號監(jiān)視接口；設備集中供電，雙電源熱備份。2.2下變頻模塊技術指標輸入頻率：2000MHz～2400MHz輸出頻率：720MHz輸出帶寬：720MHz±20MHz調(diào)諧步進：≤1kHz增益平坦度：≤±1dB/40MHz增益：50dB可調(diào)，步進1dB輸出P-1dB：≥10dBm鏡像抑制：≥60dBc雜散抑制：≥50dBc諧波抑制：≥50dBc噪聲系數(shù)：≤12dB輸入/輸出駐波比：≤1.5頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于1E-7/年(長穩(wěn))，優(yōu)于1E-10/秒(短穩(wěn))相位噪聲：≤-75dBc/Hz@100Hz≤-85dBc/Hz@1kHz≤-95dBc/Hz@10kHz≤-110dBc/Hz@100kHz≤-115dBc/Hz@1MHz輸入輸出射頻接口：SMA-50K遠程控制接口：RS232/485（標準DB9接口）2.3上變頻模塊技術指標輸入頻率：720MHz±20MHz輸出頻率：2000MHz～2400MHz調(diào)諧步進：≤1kHz增益：≥30dB可調(diào)，步進1dB增益平坦度：≤±1dB/40MHz輸出P-1dB：≥10dBm鏡像抑制：≥60dBc雜散抑制：≥50dBc諧波抑制：≥50dBc噪聲系數(shù)：≤12dB輸入/輸出駐波比：≤1.5頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于1E-7/年(長穩(wěn))，優(yōu)于1E-10/秒(短穩(wěn))相位噪聲：≤-75dBc/Hz@100Hz≤-85dBc/Hz@1kHz≤-95dBc/Hz@10kHz≤-105dBc/Hz@100kHz≤-115dBc/Hz@1MHz輸入輸出射頻接口：SMA-50K遠程控制接口：RS232/485（標準DB9接口）2.4整機控制方式本地：LCD顯示、鍵盤操作。遠程：可通過RS232/485或RJ45對所有變頻模塊集中查詢和控制，并各模塊可獨立通過RS232/485遠程查詢和控制。2.5結(jié)構(gòu)標準3U機箱，顏色為計算機灰，機箱深500mm。2.6供電供電電壓：220VAC；電源適應性：220±22VAC，50±2.5Hz；功耗：不大于200W。整機關鍵技術本設備為6路變頻單元共用同一機箱，由同一控制單元控制。在結(jié)構(gòu)上模塊支持盲拔插，可以從機箱前面板直接抽出更換。機箱前面板有LCD屏及鍵盤用以顯示及控制操作。機箱后面板為射頻和中頻的輸入、輸出端口。變頻單元模塊的前面板置射頻檢測、中頻檢測、自檢指示、本振鎖定指示和電源指示。模塊后面板有射頻和中頻的輸入輸出端口、低頻及控制端口。射頻接頭形式為BMA，可支持盲拔插。低頻及控制接頭為DB9形式。機箱內(nèi)部有一轉(zhuǎn)接板，與變頻模塊對插，再由電纜轉(zhuǎn)接到機箱后面板。機箱前面板布局如下。圖1機箱前面板圖機箱后面板布局如下。圖2機箱后面板圖機箱內(nèi)部布局示意圖如下。圖3機箱內(nèi)部布局示意圖變頻模塊外形如下。圖4變頻模塊外形圖變頻模塊關鍵技術4.1下變頻器模塊設計4.1.1模塊設計原理根據(jù)技術指標要求，變頻模塊的方案框圖如下圖。圖5系統(tǒng)方框圖射頻輸入信號經(jīng)預選濾波器、開關、放大，再進入混頻器與本振信號混頻，下變頻取720MHz中頻信號，經(jīng)濾波、數(shù)控衰減、放大、開關后到輸出端口，并耦合一路中頻信號到設備前面板作檢測用。設備具有閉環(huán)檢測功能。機箱內(nèi)置2250MHz自檢信號源，該自檢源在不啟動監(jiān)測功能時處于休眠狀態(tài)，監(jiān)測功能啟動時自檢源激活，并同時將射頻輸入端的開關選通在自檢信號源端口，輸出選通在檢波端口，自檢中頻通過檢波器后由主控制單元進行A/D轉(zhuǎn)換，顯示自檢中頻輸出電平，并判斷整個通路是否工作正常。自檢信號源可由開關切換至每一路變頻單元，可隨時監(jiān)測每一路變頻單元是否正常。電源模塊完成DC/DC電源轉(zhuǎn)換，為模塊提供低紋波直流電壓。4.1.2指標分配及仿真為保證噪聲系數(shù)指標，前級放大器需選擇低噪聲放大器，增益15dB左右?；祛l器也要選擇高三階混頻器。射頻預選濾波器主要抑制射頻以外的干擾信號。本項目中頻頻率為720MH，鏡像頻率為560～960MH，射頻濾波器對此頻段抑制可達70dBc以上。中頻濾波器主要抑制變頻產(chǎn)生的組合雜散。無組合雜散都落在帶內(nèi)。系統(tǒng)鏈路仿真如下圖：圖6系統(tǒng)鏈路仿真圖由仿真圖可以看出：Gain=51dB；OIP3=32dBm；OIP2=37dBm；OP-1dB=16dBm；NF=5.8dB。仿真結(jié)果都可以滿足指標要求。4.2上變頻模塊設計4.2.1模塊設計原理根據(jù)技術指標要求，變頻模塊的方案框圖如下圖。圖7系統(tǒng)方框圖720MHz中頻輸入信號經(jīng)預選濾波器、開關、放大、數(shù)控衰減，再進入混頻器與一本振信號1920MHz混頻，取差頻1200MHz，再經(jīng)濾波、放大后與二本振信號3200～3600MHz混頻，取差頻2000～2400MHz，然后放大、濾波、開關，到輸出端口，并耦合一路射頻信號到設備前面板作檢測用。設備具有閉環(huán)檢測功能。機箱內(nèi)置1200MHz自檢信號源，該自檢源在不啟動監(jiān)測功能時處于休眠狀態(tài)，監(jiān)測功能啟動時自檢源激活，并同時將射頻輸入端的開關選通在自檢信號源端口，輸出選通在檢波端口，自檢中頻通過檢波器后由主控制單元進行A/D轉(zhuǎn)換，顯示自檢中頻輸出電平，并判斷整個通路是否工作正常。自檢信號源可由開關切換至每一路變頻單元，可隨時監(jiān)測每一路變頻單元是否正常。4.2.2指標分配及仿真為保證噪聲系數(shù)指標，前級放大器需選擇低噪聲放大器，增益15dB左右?；祛l器也要選擇高三階混頻器。中頻預選濾波器主要抑制中頻以外的干擾信號。本項目采用2次混頻方案，鏡像頻率為3.12GHz，中頻濾波器對此頻段抑制可達70dBc以上。射頻濾波器主要抑制變頻產(chǎn)生的組合雜散。其中1200MHz×2組合落在帶內(nèi)，但混頻器對此雜散抑制有73dBc，滿足指標要求。其余無組合雜散都落在帶內(nèi)。系統(tǒng)鏈路仿真如下圖：圖8系統(tǒng)鏈路仿真圖由仿真圖可以看出：Gain=30dB；OIP3=29dBm；OIP2=32dBm；OP-1dB=15dBm；NF=10.8dB。仿真結(jié)果都可以滿足指標要求。4.3閉環(huán)自檢功能該系統(tǒng)具備閉環(huán)自檢功能。模塊內(nèi)置一自檢信號源，平時處于休眠狀態(tài)，當啟動自檢功能時，由自檢信號源作整個信道的輸入信號，通過變頻信道后輸出，并送給主控單元進行檢波處理，根據(jù)檢波結(jié)果判斷整個通道是否工作正常。自檢功能開啟時，外部信號輸入、輸出處于關斷狀態(tài)，鏈路圖如下。圖9閉環(huán)系統(tǒng)自檢框圖4.4控制系統(tǒng)整機的遠控接口有RS232、RS485和網(wǎng)口三種方式，通過內(nèi)部RS485控制總線集中對6個變頻模塊控制和查詢其工作狀態(tài)，也可分別對變頻模塊控制和查詢。圖10控制系統(tǒng)框圖4.5參考源設計設備設計1個外參考輸入接口和2個內(nèi)參考源，自動識別和切換內(nèi)外參考源，在機箱內(nèi)部實現(xiàn)放大、濾波和功分輸出給各變頻器模塊，提供高頻率穩(wěn)定度、高相噪的變頻參考，并每個變頻模塊具備一路參考輸出，可提供給其他設備使用。圖11參考源設計框圖軟件設計5.1系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)主要由6個變頻模塊與一個主控單元（包括LCD屏和鍵盤）構(gòu)成，其中各個變頻模塊內(nèi)部都有一主控電路。系統(tǒng)的控制方式分為遙控和本控。本地控制采用對主控單元操作進行控制。遠控方式分為兩種：（1）主控單元接收遙控命令，再去控制相應的變頻模塊。（2）變頻器各個模塊單獨接收遙控命令。系統(tǒng)框圖如下：主控單元主控單元DB9/TCPIPDB9DB9DB9模塊1DB9DB9模塊2DB9DB9模塊6上位機上位機上位機上位機RS485圖12軟件系統(tǒng)框圖5.2地址識別主控單元和6個變頻器模塊之間的級聯(lián)采用RS485總線。主控單元要識別每個不同的變頻器模塊，必須加入局部地址。分案為：每個模塊加入三根地址線，每個模塊對應三根地址線的狀態(tài)為：（1）001，（2）010，（3）011，（4）100，（5）101，（6）110。這樣在變頻器模塊和主控單元之間進行數(shù)據(jù)傳送時，采用局部地址加系統(tǒng)地址的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。主控單元主控單元模塊1001地址線，可以在機箱內(nèi)直接硬件拉高或置地。也可以由主控單元進行程序控制RS485圖13模塊地址識別方式示意圖當模塊插入機箱以后，局部地址就已經(jīng)固定，如第一個模塊插入機箱后，局部地址為010，即十進制的02.主控單元與模塊之間通信協(xié)議必須帶上局部地址02.舉例：主控單元接收到上位機遙控命令（設置251地址模塊頻率為7000M）：“<251/FIN_7000.000“主控單元收到以后，調(diào)出內(nèi)部存儲的6個模塊的系統(tǒng)地址，一一比較以后，與第二個模塊的地址251匹配，于是啟動總線發(fā)出命令“<251/2/FIN_7000.000”，6個模塊同時收到“<251/2/FIN_7000.000”，進行匹配。只有第二個模塊的局部地址是02匹配正確。第二個模塊進行相應的頻率控制。同樣模塊向主控單元發(fā)送數(shù)據(jù)也須帶上局部地址。5.3主控單元主控單元主控單元主要任務有三個：（1）本地控制，（2）接收遠程遙控命令，（3）主控單元更新顯示，三個任務并行執(zhí)行。程序框圖如下：等待命令有命令？等待命令有命令？YN命令處理命令有效？NY發(fā)控制命令給相應變頻模塊參數(shù)存儲等待按鍵有按鍵？YN鍵值處理按鍵有效？NY發(fā)控制命令給相應變頻模塊參數(shù)存儲遙控命令接收任務按鍵處理任務等待更新有更新？YN顯示更新顯示更新任務圖14主控單元程序框圖自檢源頻率為固定值，設置好需要自檢的通道號，自檢結(jié)果將在下面顯示，中頻功率顯示自檢的功率，控制器將根據(jù)結(jié)果進行判斷是否正常，并將結(jié)果顯示出來。5.4變頻器模塊每個變頻器模塊每部都有一個主控電路，主要實現(xiàn)三個功能。1）接收主控單元的控制命令進行相應的控制；2）接收上位機對各個模塊單獨的控制；3）驅(qū)動變頻模塊。程序框圖如下：等待命令等待命令有命令？YN命令處理命令有效？NY驅(qū)動變頻模塊參數(shù)存儲等待按鍵有按鍵？YN鍵值處理按鍵有效？NY驅(qū)動變頻模塊參數(shù)存儲接收上位機命令接收顯示屏命令圖15變頻模塊程序框圖5.5設備自檢功能本系統(tǒng)具有故障自檢功能，系統(tǒng)進入自檢狀態(tài)后，模塊的輸入信號切換到系統(tǒng)自帶的自檢信號源，經(jīng)過變頻通道后在輸出端口進行采樣，MCU將采樣信號進行處理后，判斷該通道是否故障，在自檢狀態(tài)下，模塊無輸出功能。系統(tǒng)可靠性設計在總體設計方面，主要采取如下措施以提高設備可靠性：采用模塊化設計，各模塊可以獨立拆卸安裝，便于維護，模塊與模塊之間用剛性50歐姆電纜連接，模塊的控制、電源接口都