多通道变频器技术说明书.docx

1、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 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 GJB 1621.6-1993 技术侦察装备通用技术要求 设计制造要求 GJB 1621.7-1993 技术侦察装备通用技术要求 环境适应

2、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：2000MHz240

3、0MHz2) 输出频率：720MHz3) 输出带宽：720MHz20MHz4) 调谐步进：1kHz5) 增益平坦度：1dB /40MHz6) 增益：50dB可调，步进1dB7) 输出P-1dB：10dBm8) 镜像抑制：60dBc9) 杂散抑制：50dBc10) 谐波抑制：50dBc11) 噪声系数：12dB12) 输入/输出驻波比：1.513) 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/Hz100Hz-85dBc/Hz1kHz-95dBc/Hz10kHz-110dBc/Hz100kHz-115dBc/Hz1MHz15) 输入输出射频接口：

4、SMA-50K16) 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：720MHz20MHz2) 输出频率：2000MHz2400MHz3) 调谐步进：1kHz4) 增益：30dB可调，步进1dB5) 增益平坦度：1dB /40MHz6) 输出P-1dB：10dBm7) 镜像抑制：60dBc8) 杂散抑制：50dBc9) 谐波抑制：50dBc10) 噪声系数：12dB11) 输入/输出驻波比：1.512) 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/Hz100Hz -85dBc/Hz1kHz -95d

5、Bc/Hz10kHz-105dBc/Hz100kHz-115dBc/Hz1MHz14) 输入输出射频接口：SMA-50K15) 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：220V AC；电源适应性：22022VAC，502.5Hz；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

6、，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

7、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

8、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560960MH，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

9、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32003600MHz混频，取差频20002400MHz，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

10、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1200MHz2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：G

11、ain=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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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。