多通道變頻器技術(shù)說明書2012

1、項(xiàng)目編號(hào)項(xiàng)目編號(hào) ATS13XXXATS13XXX 密密 級(jí)級(jí) 內(nèi)部?jī)?nèi)部 階階 段段 Z Z 頁(yè)頁(yè) 數(shù)數(shù) 1515 產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱 多通道一體化變頻器設(shè)備多通道一體化變頻器設(shè)備 產(chǎn)品型號(hào)產(chǎn)品型號(hào) 文件編號(hào)文件編號(hào) 文件名稱文件名稱 技術(shù)說明書技術(shù)說明書 單單 位位 成都愛科特科技發(fā)展有限公司成都愛科特科技發(fā)展有限公司 編編 寫寫 校校 對(duì)對(duì) 審審 核核 標(biāo)標(biāo) 審審 批批 準(zhǔn)準(zhǔn) 成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 1目目 錄錄1 1概述概述.32 2設(shè)備要求設(shè)備要求.32.1 主要功能.32.2 下變頻模塊技術(shù)指標(biāo).32.3 上變頻模塊技術(shù)指標(biāo).42.4 整機(jī)控制方式.52.5 結(jié)構(gòu).

2、52.6 供電.53 3整機(jī)關(guān)鍵技術(shù)整機(jī)關(guān)鍵技術(shù).54 4變頻模塊關(guān)鍵技術(shù)變頻模塊關(guān)鍵技術(shù).74.1 下變頻器模塊設(shè)計(jì)下變頻器模塊設(shè)計(jì).74.1.1 模塊設(shè)計(jì)原理模塊設(shè)計(jì)原理.74.1.2 指標(biāo)分配及仿真指標(biāo)分配及仿真.74.24.2 上變頻模塊設(shè)計(jì)上變頻模塊設(shè)計(jì).84.2.1 模塊設(shè)計(jì)原理模塊設(shè)計(jì)原理.84.2.2 指標(biāo)分配及仿真指標(biāo)分配及仿真.94.3 閉環(huán)自檢功能閉環(huán)自檢功能.94.44.4 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng).104.54.5 參考源設(shè)計(jì)參考源設(shè)計(jì).105 5軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì).115.15.1 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖.115.25.2 地址識(shí)別地址識(shí)別.115.35.3 主控單元主控單元.12

3、5.45.4 變頻器模塊變頻器模塊.135.55.5 設(shè)備自檢功能設(shè)備自檢功能.146 6系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì).14成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 21概述本文件描述了“多通道變頻器”的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法，并提出了“多通道變頻器”設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的解決途徑。同時(shí)對(duì)外形結(jié)構(gòu)及工藝進(jìn)行了說明。編制依據(jù)和參考文獻(xiàn): SJ20527A-2003 微波組件通用規(guī)范 GJB 1621.6-1993 技術(shù)偵察裝備通用技術(shù)要求 設(shè)計(jì)制造要求 GJB 1621.7-1993 技術(shù)偵察裝備通用技術(shù)要求 環(huán)境適應(yīng)要求和試驗(yàn)方法 多通道一體化變頻器設(shè)計(jì)任務(wù)書2設(shè)備要求2.1 主要功能1)

4、 6 通道一體化設(shè)計(jì)，3 個(gè)上變頻模塊、3 個(gè)下變頻模塊共用同一機(jī)箱；（單機(jī)最大 8 通道）2) 各變頻模塊前面板支持盲拔插結(jié)構(gòu)；3) 各變頻模塊可獨(dú)立遙控也可集中遙控；4) 各模塊獨(dú)立自檢功能，故障顯示上傳；5) 各模塊獨(dú)立電源開關(guān)，設(shè)備不斷電維護(hù)；6) 內(nèi)、外時(shí)鐘參考自動(dòng)切換(10MHz)；7) 遙控接口標(biāo)準(zhǔn)：RS232/RS485/RS422/TCPIP；8) 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(hào)監(jiān)視接口；9) 設(shè)備集中供電，雙電源熱備份。2.2 下變頻模塊技術(shù)指標(biāo)1) 輸入頻率：2000MHz2400MHz2) 輸出頻率：720MHz3) 輸出帶寬：720MH

5、z20MHz4) 調(diào)諧步進(jìn)：1kHz5) 增益平坦度：1dB /40MHz6) 增益：50dB 可調(diào)，步進(jìn) 1dB7) 輸出 P-1dB：10dBm成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 38) 鏡像抑制：60dBc9) 雜散抑制：50dBc10) 諧波抑制：50dBc11) 噪聲系數(shù)：12dB12) 輸入/輸出駐波比：1.513) 頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于 1E-7/年(長(zhǎng)穩(wěn))，優(yōu)于 1E-10/秒(短穩(wěn))14) 相位噪聲：-75dBc/Hz100Hz-85dBc/Hz1kHz-95dBc/Hz10kHz-110dBc/Hz100kHz-115dBc/Hz1MHz15) 輸入輸出射頻接口：SMA

6、-50K16) 遠(yuǎn)程控制接口：RS232/485（標(biāo)準(zhǔn) DB9 接口）2.3 上變頻模塊技術(shù)指標(biāo)1) 輸入頻率：720MHz20MHz2) 輸出頻率：2000MHz2400MHz3) 調(diào)諧步進(jìn)：1kHz4) 增益：30dB 可調(diào)，步進(jìn) 1dB5) 增益平坦度：1dB /40MHz6) 輸出 P-1dB：10dBm7) 鏡像抑制：60dBc8) 雜散抑制：50dBc9) 諧波抑制：50dBc10) 噪聲系數(shù)：12dB11) 輸入/輸出駐波比：1.512) 頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于 1E-7/年(長(zhǎng)穩(wěn))，優(yōu)于 1E-10/秒(短穩(wěn))13) 相位噪聲：-75dBc/Hz100Hz -85dBc/Hz1kHz

7、 -95dBc/Hz10kHz-105dBc/Hz100kHz成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 4-115dBc/Hz1MHz14) 輸入輸出射頻接口：SMA-50K15) 遠(yuǎn)程控制接口：RS232/485（標(biāo)準(zhǔn) DB9 接口）2.4 整機(jī)控制方式本地：LCD 顯示、鍵盤操作。遠(yuǎn)程：可通過 RS232/485 或 RJ45 對(duì)所有變頻模塊集中查詢和控制，并各模塊可獨(dú)立通過 RS232/485 遠(yuǎn)程查詢和控制。2.5 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn) 3U 機(jī)箱，顏色為計(jì)算機(jī)灰，機(jī)箱深 500mm。2.6 供電供電電壓：220V AC；電源適應(yīng)性：22022VAC，502.5Hz；功耗：不大于 200W。3整

8、機(jī)關(guān)鍵技術(shù)本設(shè)備為 6 路變頻單元共用同一機(jī)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(jī)箱前面板直接抽出更換。機(jī)箱前面板有 LCD 屏及鍵盤用以顯示及控制操作。機(jī)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(cè)、中頻檢測(cè)、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(jī)箱內(nèi)部有一轉(zhuǎn)接板，與變頻模塊對(duì)插，再由電纜轉(zhuǎn)接到機(jī)箱后面板。機(jī)箱前面板布局如下。圖 1 機(jī)箱前面板圖 機(jī)箱后面板布局如下。成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 5圖 2 機(jī)箱后面板

9、圖機(jī)箱內(nèi)部布局示意圖如下。圖 3 機(jī)箱內(nèi)部布局示意圖變頻模塊外形如下。圖 4 變頻模塊外形圖成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 64變頻模塊關(guān)鍵技術(shù)4.1 下變頻器模塊設(shè)計(jì)4.1.1 模塊設(shè)計(jì)原理根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，變頻模塊的方案框圖如下圖。PLLH M C 213M G A30689H M C 349DETETORMCU1MCUH M C 472RS232PLLH M C 472SBB5089M G A30689M G A30689SBB5089 圖 5 系統(tǒng)方框圖射頻輸入信號(hào)經(jīng)預(yù)選濾波器、開關(guān)、放大，再進(jìn)入混頻器與本振信號(hào)混頻，下變頻取 720MHz 中頻信號(hào)，經(jīng)濾波、數(shù)控衰減、放大

10、、開關(guān)后到輸出端口，并耦合一路中頻信號(hào)到設(shè)備前面板作檢測(cè)用。設(shè)備具有閉環(huán)檢測(cè)功能。機(jī)箱內(nèi)置 2250MHz 自檢信號(hào)源，該自檢源在不啟動(dòng)監(jiān)測(cè)功能時(shí)處于休眠狀態(tài)，監(jiān)測(cè)功能啟動(dòng)時(shí)自檢源激活，并同時(shí)將射頻輸入端的開關(guān)選通在自檢信號(hào)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(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，顯示自檢中頻輸出電平，并判斷整個(gè)通路是否工作正常。自檢信號(hào)源可由開關(guān)切換至每一路變頻單元，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)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(biāo)分配及仿真為保證噪聲系數(shù)指標(biāo)，前級(jí)放大器需選擇低噪聲放大器，增益 15dB 左右?；祛l器也要選

11、擇高三階混頻器。射頻預(yù)選濾波器主要抑制射頻以外的干擾信號(hào)。本項(xiàng)目中頻頻率為 720MH，鏡像頻率為 560960MH，射頻濾波器對(duì)此頻段抑制可達(dá) 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：成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 7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(biāo)要求。4.2 上變頻模塊設(shè)計(jì)4.2.1 模塊設(shè)計(jì)原理根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，變頻模塊的方案框圖如下圖。PLLRS232M CUM CU1DETET

12、OR192025MHzM G A30689H M C 213PLLPLL3.23.6GHzH M C 213SBB5089M G A30689H M C 472 圖 7 系統(tǒng)方框圖720MHz 中頻輸入信號(hào)經(jīng)預(yù)選濾波器、開關(guān)、放大、數(shù)控衰減，再進(jìn)入混頻器與一本振信號(hào) 1920MHz 混頻，取差頻 1200MHz，再經(jīng)濾波、放大后與二本振信號(hào) 32003600MHz混頻，取差頻 20002400MHz，然后放大、濾波、開關(guān)，到輸出端口，并耦合一路射頻信號(hào)到設(shè)備前面板作檢測(cè)用。設(shè)備具有閉環(huán)檢測(cè)功能。機(jī)箱內(nèi)置 1200MHz 自檢信號(hào)源，該自檢源在不啟動(dòng)監(jiān)測(cè)功能時(shí)處于休眠狀態(tài)，監(jiān)測(cè)功能啟動(dòng)時(shí)自檢源激

13、活，并同時(shí)將射頻輸入端的開關(guān)選通在自檢信號(hào)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(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，顯示自檢中頻輸出電平，并判斷整個(gè)通路是否工作正常。自檢信號(hào)源可由開關(guān)切換成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 8至每一路變頻單元，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)每一路變頻單元是否正常。4.2.2 指標(biāo)分配及仿真為保證噪聲系數(shù)指標(biāo)，前級(jí)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(yù)選濾波器主要抑制中頻以外的干擾信號(hào)。本項(xiàng)目采用 2 次混頻方案，鏡像頻率為 3.12GHz，中頻濾波器對(duì)此頻段抑制可達(dá) 70dBc 以上。射頻濾波器主要抑制變頻產(chǎn)生的組合雜散。

14、其中 1200MHz2 組合落在帶內(nèi)，但混頻器對(duì)此雜散抑制有 73dBc，滿足指標(biāo)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(biāo)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(hào)源，平時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)啟動(dòng)自檢功能時(shí)，由自檢信號(hào)源作整個(gè)信道的輸入信號(hào)，通過變頻信道后輸出，并送給主控單元進(jìn)行檢波處理，根據(jù)檢波結(jié)果判斷整個(gè)通道是否工作正常。自檢功能開啟時(shí)，外部信號(hào)輸入、輸出處于關(guān)斷狀態(tài)，鏈路圖如下。成都愛

15、科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 9信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)調(diào)理信號(hào)采集信號(hào)處理測(cè)試源變頻單元自檢單元控制總線圖 9 閉環(huán)系統(tǒng)自檢框圖4.4 控制系統(tǒng)整機(jī)的遠(yuǎn)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(duì) 6 個(gè)變頻模塊控制和查詢其工作狀態(tài)，也可分別對(duì)變頻模塊控制和查詢。主控模塊LCD顯示鍵盤通訊接口RS232/485RJ45RS485變頻模塊1RS485模塊控制總線模塊獨(dú)立控制RS232/485變頻模塊2RS485模塊獨(dú)立控制RS232/485變頻模塊3RS485模塊獨(dú)立控制RS232/485變頻模塊4RS485模塊獨(dú)立控制RS232/485變頻模塊5

16、RS485模塊獨(dú)立控制RS232/485變頻模塊6RS485模塊獨(dú)立控制RS232/485圖 10 控制系統(tǒng)框圖4.5 參考源設(shè)計(jì)設(shè)備設(shè)計(jì) 1 個(gè)外參考輸入接口和 2 個(gè)內(nèi)參考源，自動(dòng)識(shí)別和切換內(nèi)外參考源，在機(jī)箱內(nèi)部實(shí)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(gè)變頻模塊具備一路參考輸出，可提供給其他設(shè)備使用。內(nèi)參考源1內(nèi)參考源2切換電路外參考切換電路放大、濾波1分6功分電路變頻器模塊110MHz變頻器模塊210MHz變頻器模塊310MHz變頻器模塊410MHz變頻器模塊510MHz變頻器模塊610MHz10MHz10MHz10MHz10MHz10MHz10M

17、Hz圖 11 參考源設(shè)計(jì)框圖成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 105軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)主要由 6 個(gè)變頻模塊與一個(gè)主控單元（包括 LCD 屏和鍵盤）構(gòu)成，其中各個(gè)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(duì)主控單元操作進(jìn)行控制。遠(yuǎn)控方式分為兩種：（1）主控單元接收遙控命令，再去控制相應(yīng)的變頻模塊。 （2）變頻器各個(gè)模塊單獨(dú)接收遙控命令。 系統(tǒng)框圖如下：主控單元DB9/TCPIPDB9DB9DB9模塊 1DB9DB9模塊 2DB9DB9模塊 6上位機(jī)上位機(jī)上位機(jī)上位機(jī)RS485圖 12 軟件系統(tǒng)框圖5.2 地址識(shí)別 主控單元和 6 個(gè)變頻器模塊之

18、間的級(jí)聯(lián)采用 RS485 總線。主控單元要識(shí)別每個(gè)不同的變頻器模塊，必須加入局部地址。分案為：每個(gè)模塊加入三根地址線，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，采用局部地址加系統(tǒng)地址的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 11 主控單元模塊 1001地址線，可以在機(jī)箱內(nèi)直接硬件拉高或置地。也可以由主控單元進(jìn)行程序控制RS485 圖 13 模塊地址識(shí)別方式示意圖當(dāng)模塊插入機(jī)箱以后，局部地址就已經(jīng)固定，如第一個(gè)模塊插入機(jī)箱后，局部地址為 010，

19、即十進(jìn)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(jī)遙控命令（設(shè)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(chǔ)的 6 個(gè)模塊的系統(tǒng)地址，一一比較以后，與第二個(gè)模塊的地址 251 匹配，于是啟動(dòng)總線發(fā)出命令“251/2/ FIN_7000.000” ，6 個(gè)模塊同時(shí)收到“251/2/ FIN_7000.000” ，進(jìn)行匹配。只有第二個(gè)模塊的局部地址是 02 匹配正確。第二個(gè)模塊進(jìn)行相應(yīng)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(wù)有三個(gè)：

20、（1）本地控制， （2）接收遠(yuǎn)程遙控命令，（3）主控單元更新顯示，三個(gè)任務(wù)并行執(zhí)行。程序框圖如下： 成都愛科特科技發(fā)展有限公司 2012.10 12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(yīng)變頻模塊參數(shù)存儲(chǔ)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(yīng)變頻模塊參數(shù)存儲(chǔ)遙控命令接收任務(wù)按鍵處理任務(wù)等待更新有更新？YN 顯示更新顯示更新任務(wù)圖 14 主控單元程序框圖 自檢源頻率為固定值，設(shè)置好需要自檢的通道號(hào)，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(jìn)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(gè)變頻器模塊每部都有一個(gè)主控電路，主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能