多通道变频器技术说明书Word格式.docx
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5软件设计10
5.1系统框图10
5.2地址识别10
5.3主控单元11
5.4变频器模块12
5.5设备自检功能13
6系统可靠性设计13
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：
2000MH右2400MHz
2）输出频率：
720MHz
3）输出带宽：
720MH±
20MHz
4）调谐步进：
w1kHz
5）增益平坦度：
w±
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：
11）噪声系数：
w12dB
12）输入/输出驻波比：
w1.5
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：
w-75dBc/Hz@100Hz
w-85dBc/Hz@1kHz
w-95dBc/Hz@10kHz
w-110dBc/Hz@100kHz
w-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：
2）
输出频率：
3）
调谐步进：
匚
4）
增益：
》30dB可调，步进1dB
5）
增益平坦度:
:
6）
输出P-1dB
>
10dBm
7）
镜像抑制：
；
60dBc
8）
杂散抑制：
50dBc
9）
谐波抑制：
10）噪声系数：
11）输入/输出驻波比：
12）频率稳定度：
13）相位噪声：
w-105dBc/Hz@100kHz
14）输入输出射频接口：
15）远程控制接口：
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±
22VAC50±
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
H,
Ph
[
三
1
Kf
1H
*
1_1
S3
P11'
'
■■
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2250MHzg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：
componenlLayout-Dragreplacementcomponentfromusttoreplacementlocationik|—[n]―
li^rAWffiiUiPtQrAjmpIrRer
图6系统链路仿真图
由仿真图可以看出:
Gain=51dB;
OIP3=32dBmOIP2=37dBmOPdB=16dBmNF=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
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，至峙俞出端口，并耦合一路射频信号到设备前面板作检测用。
机箱内置1200MHzt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
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
422指标分配及仿真
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1200MHN2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。
ComponentLayout-Dragcomponentfromlisttoemptysquareorinsertlocation.
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■IlITM1®
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FilterSwitehAmplifierCouplerAHE-nualDrMixerFillerAmplifierLoss
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CascadePerformance
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Stage#6Mixer
Gam3rdOrder2ndOrderOperating
InlerceptInterceptTemperature
|竝铀昕
|第dBm||*红.射dBm||葩.旳dB
思TOdB
MSi.OOdBm|14^.04dBm||
J
I
CascadeNoise1dB;
CompressionSpuriousFreeFigurePointDyriRange
Noise1dBCompres&
ioniMoi&
e
FigurePoinlTemperature
10.-B8dB
|+1&
.19dBni
4B.65dB
8.70dB
OdBm||K
图8系统链路仿真图
由仿真图可以看出：
Gain=30dB;
OIP3=29dBmOIP2=32dBmOPdB=15dBmNF=10.8dB
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
模块控制总线
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：
_►DB9
模块6
DB9*A上位机
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。
程序控制
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：
接收显示屏命令
命令处理
f
参数存储
r
驱动变频模块
接收上位机命令
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各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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