一種上位機控制多工作模式的連續可調超導濾波器系統的製作方法
2023-06-23 22:13:11
一種上位機控制多工作模式的連續可調超導濾波器系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種上位機控制多工作模式的連續可調高溫超導濾波器系統，屬於微波通訊技術設備領域。該系統包括可調超導濾波器、及頻率控制電路，還包括低溫真空杜瓦、制冷機及其溫度控制電路，以及上位機，所述頻率控制電路由可編程單片機和DA模塊組成；該可調超導濾波器置於低溫真空杜瓦中，制冷機與低溫真空杜瓦相連，所述可調超導濾波器與頻率控制電路相連，上位機通過串口與頻率控制電路進行通信，所述的可調超導濾波器採用連續可調高溫超導濾波器。本發明在系統具有模塊化，易於與其他設備級聯，工作狀態穩定等特點基礎上，實現了中心頻率的連續實時可調，而且工作模式可根據用戶需求，進行擴展和更改，增強了系統工作模式的多樣性和靈活性。
【專利說明】一種上位機控制多工作模式的連續可調超導濾波器系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於微波通訊設備【技術領域】，特別涉及一種上位機控制多工作模式的連續可調超導濾波器系統。
【背景技術】
[0002]射頻接收前端子系統在各種軍用和民用通信系統中都起著至關重要的作用。其技術指標和特性是整個通信系統性能的關鍵。其中若濾波器中心頻率可調，對於整個通信系統的帶內抗幹擾能力和工作模式的靈活性都有極大提升，在通信系統工作頻率變化的情況下，依然能實現信號濾波和放大對於現代通信系統至關重要，現今日趨緊張的頻譜資源，跳頻、動態頻率分配等技術的需求也越來越迫切，在射頻接收前端子系統中的連續可調接收系統的研製，特別是其中的可調濾波器系統越來越受重視。
[0003]高溫超導材料因其表面電阻幾乎為0，極高的品質因數(Q值)。自發現以來，已經被廣泛用於微波濾波器的製作。這種高溫超導濾波器能極大提高接收機靈敏度和抗幹擾能力。然而大多集成高溫超導濾波器的通信系統，不具備中心頻率連續可調的性能。而開發連續可調高溫超導濾波器系統，可進一步提高通信系統的抗幹擾能力，並增加系統工作模式的靈活性。
[0004]傳統可調濾波器系統組成如圖1所示，主要由可調濾波器和頻率控制電路所組成，其中，頻率控制電路的輸出和可調濾波器的頻率控制元件相連(例如壓控可變電容)，可調濾波器的輸出端與放大器的輸入端相連。信號輸入到可調濾波器中，經頻率控制電路調節頻率後輸出雖然傳統可調濾波器系統也可實現工作頻率的調節，但是有如下缺點需要克服:
[0005]1、常規材料的損耗較大，由其製成的可調濾波器系統的靈敏度和抗幹擾能力明顯降低。
[0006]2、控制模式單一，一般只含有一個工作模式，模式切換的靈活度也不高。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於為克服已有技術的不足之處，設計一種上位機控制多工作模式的連續可調高溫超導濾波器系統，該系統可實現常規可調射頻前端的全部功能，滿足實現工作頻率可調、信號選擇放大的要求。還實現了高的靈敏度和抗幹擾能力。並且可同時設計多種工作模式供用戶切換，根據需求實時修改。具有技術指標優異、工作模式切換靈活和可擴展、用戶操作簡便等特點。
[0008]為實現本發明的目的，採用以下技術方案:
[0009]該系統包括可調超導濾波器、及頻率控制電路，其特徵在於，還包括低溫真空杜瓦、制冷機及其溫度控制電路，以及上位機，所述頻率控制電路由可編程單片機和DA模塊組成；該可調超導濾波器置於低溫真空杜瓦中，制冷機與低溫真空杜瓦相連，通過溫度控制電路對制冷機的控制，以維持低溫真空杜瓦內的低溫工作環境；所述可調超導濾波器與頻率控制電路相連，上位機通過串口與頻率控制電路進行通信，實現系統不同工作模式的轉換，實現多種頻率工作方式。所述的可調超導濾波器採用連續可調高溫超導濾波器，用於實現中心頻率在一定頻率圍內的連續可調和低插入損耗。
[0010]所述的制冷機及其控制電路和低溫真空杜瓦，用於維持系統工作所需的低溫環境。
[0011]所述工作模式分為:定點選頻模式、連續掃頻模式、多路選頻模式。所述的工作模式可根據用戶需求通過對單片機編程進行擴充和修改。
[0012]所述的頻率控制電路用於通過對其中的可編程單片機存儲的控制程序實現各種改變濾波器中心頻率的工作方式，且通過單片機與上位機的串口通信實現各種模式的實時切換和頻率的實時選取功能。
[0013]本發明的特點及有益效果:
[0014]本發明系統保持了連續可調高溫超導濾波器原有的中心頻率可調特性和帶外抗幹擾特性；頻率控制電路中的單片機可與上位機(計算機)通信，進而實現上位機對可調濾波器工作頻點的實時選擇；本發明在系統具有模塊化，易於與其他設備級聯，工作狀態穩定等特點基礎上，實現了中心頻率的連續實時可調，可應用在射頻如端系統中，作為聞性能選頻系統。可通過控制電路內部程序編寫以及計算機控制，實現不同工作模式以及它們的快速切換，而且工作模式可根據用戶需求，進行擴展和更改，增強了系統工作模式的多樣性和靈活性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1傳統可調濾波器系統結構示意圖；
[0016]圖2本發明的連續可調高溫超導濾波器系統結構示意圖；
[0017]圖3本發明中實施例1的高溫超導濾波器電路圖；
[0018]圖4本發明中實施例1的控制過程示意圖；
[0019]圖5本發明中實施例1存儲在可編程單片機中的控制流程框圖；
[0020]圖6本發明中實施例1的性能測試曲線；
【具體實施方式】
[0021]本發明提出的一種上位機控制多工作模式的連續可調高溫超導濾波器系統結合附圖及實施例詳細說明如下:
[0022]本發明提出的一種上位機控制多工作模式的連續可調高溫超導濾波器系統，包括可調超導濾波器、及頻率控制電路，其特徵在於，還包括低溫真空杜瓦、制冷機及其溫度控制電路，以及上位機，所述頻率控制電路由可編程單片機和DA模塊組成；該可調超導濾波器置於低溫真空杜瓦中，制冷機與低溫真空杜瓦相連，通過溫度控制電路對制冷機的控制，以維持低溫真空杜瓦內的低溫工作環境；所述可調超導濾波器與頻率控制電路相連，上位機通過串口與頻率控制電路進行通信，實現系統不同工作模式的轉換，實現多種頻率工作方式。所述的可調超導濾波器採用連續可調高溫超導濾波器，用於實現中心頻率在一定頻率範圍內的連續可調和低插入損耗。
[0023]所述的制冷機及其控制電路和低溫真空杜瓦，用於維持系統工作所需的低溫環境。
[0024]所述工作模式分為:定點選頻模式、連續掃頻模式、多路選頻模式。所述的工作模式可根據用戶需求通過對單片機編程進行擴充和修改。
[0025]所述的頻率控制電路通過對其中的可編程單片機存儲的控制程序，用於實現各種改變濾波器中心頻率的工作方式，且通過單片機與上位機的串口通信實現各種模式的實時切換和頻率的實時選取功能。
[0026]本發明提出的一種上位機控制多工作模式的連續可調高溫超導濾波器系統實施例系統結構如圖2所示。該系統包括連續可調高溫超導濾波器、低溫杜瓦、制冷機及其溫度控制電路、由可編程單片機和DA模塊組成的頻率控制電路及上位機；該連續可調高溫超導濾波器置於低溫真空杜瓦中，制冷機與低溫真空杜瓦相連，通過溫度控制電路對制冷機的控制，以維持低溫真空杜瓦內的低溫工作環境；連續可調高溫超導濾波器通過頻率控制電路與上位機(計算機)相連，上位機與頻率控制電路進行通信，通過頻率控制電路輸出的控制信號控制濾波器的中心頻率。通過上位機內存儲的程序實現系統不同工作模式的轉換，實現多種頻率控制方式。
[0027]本實施例的各部件的功能及具體實現方式分別說明如下:
[0028]1.低溫杜瓦:低溫杜瓦採用一密閉性良好的真空腔，維持真空度在10-5帕以下。為高溫超導濾波器提供了所需的低溫環境。
[0029]2.制冷機:本實施例中採用SUNP0WER公司的CryoTel MT型制冷機。通過制冷機自帶的溫度控制電路對杜瓦內部降溫，能夠穩定控制高溫超導濾波器處於超導轉變溫度(70K)以下。
[0030]3.連續可調高溫超導濾波器:本實施例中選用中心頻率在194MHz到232MHz之間連續可調，高端插入損耗小於0.2dB的高溫超導濾波器。實現了中心頻率的連續可調，進一步提聞了系統的抗幹擾能力和靈敏度。
[0031]本實施例中的高溫超導濾波器電路如所示。為切比雪夫型濾波器，階數為4節，為微帶結構，置於封裝盒中。
[0032]該濾波器的諧振器I電路採用四個相同的四分之一波長單螺旋結構，每個單螺旋結構螺旋中心通過點焊線2與一壓控可變接地電容3相連。還包括與壓控可變接地電容3相連的加電端4，可在加電端4焊接線加電控制可變電容的電容值，進而改變諧振器的頻率，即可實現對濾波器的中心頻率的調節。
[0033]4.頻率控制電路:該電路由可編程單片機和DA模塊組成。本控制電路採用stc公司的89C52可編程單片機作為控制晶片，DA模塊採用德州儀器公司生產的AMC7812晶片。通過對單片機進行編程實現各種改變濾波器中心頻率的工作方式，通過單片機與上位機的串口通信實現上述模式的實時切換和頻率的實時選取等功能，通過控制晶片控制DA模塊的電壓輸出，改變變容管的電壓，以達到調節頻率的功能。美信公司生產的max232晶片也集成在了頻率控制電路上，用於上位機通過串口向頻率控制電路發送信號的電平轉換。
[0034]5.上位機採用常規的帶有串口通信的PC機即可，在上位機用戶界面上設置一系列等間隔的離散頻點，用戶可在界面進行工作模式的選擇，當選取某一頻點時，通過串口發送控制信號傳到單片機，則單片機控制電路使濾波器中心頻率偏移到對應頻點，可實現多種工作模式，並可在多種模式間自由切換(實現類似多路選擇的功能)。[0035]本實施例中的頻率控制電路實現了定點選頻、連續掃頻、多路選頻三種工作模式，實施過程如下:
[0036]三種工作模式的用戶控制過程如圖4所示。
[0037]模式1:連續掃頻模式。用戶通過上位機選取該模式後，發送給頻率控制電路。控制電路輸出IV至IOV的連續循環掃描電壓。實現掃頻功能。
[0038]模式2:16路選頻模式。通過測定等間距的16個頻點對應的電壓值，在頻率控制電路的單片機內部存儲16個頻點電壓數據。當用戶選取該模式並選取響應頻點後，單片機通過查表，選取表格中的對應值輸出電壓，選取用戶需要的頻點。
[0039]模式3:定點選頻模式。首先對電壓和中心頻點的關係進行離散測試，選取十個頻點測定電壓。然後，對電壓與頻率關係曲線進行擬合，通過擬合曲線可以推算出特定中心頻率對應的電壓值，得到頻率與輸入電壓的一一對應關係。當用戶選取該模式並選取響應頻點後，上位機反算出所需的電壓，數據通過串口傳送給單片機，單片機控制DA模塊輸出相應的電壓輸出，選取用戶需要的頻點(控制中心頻率為用戶輸入點)。
[0040]所述工作模式，需先進行實驗，獲取電壓與頻率的對應關係的數據，並進行擬合。根據擬合曲線可根據用戶輸入的頻率值，反推出電壓值發送給單片機，進而調節中心頻率達到用戶需求。
[0041]為實現這三種工作模式，存儲在可編程單片機中的程序流程如圖5所示:
[0042]首先根據上位機向控制電路發送的信號判斷:如果信號是模式選擇信號，則切換到相應模式，並等待相應模式的信號；如果信號不是模式選擇信號，則要根據當前的工作模式發送數據，如果當前模式是模式2，則該信號為通路選擇信號；如果當前模式是模式3，那麼該信號為頻率選擇信號，根據相應的信號，控制電路得到需要的DA模塊輸出電壓，進而達到控制頻率的效果。
[0043]上述所說工作模式還可根據用戶需求，通過程序設計修改。
[0044]圖6為實施例1工作在不同中心頻率的性能測試曲線。由測試曲線可看出，可調系統的中心頻率的覆蓋範圍從194MHz到232MHz，高端插入損耗小於0.2dB,實現了本發明技術特點上的優越性。
【權利要求】
1.一種上位機控制多工作模式的連續可調高溫超導濾波器系統，包括可調超導濾波器、及頻率控制電路，其特徵在於，還包括低溫真空杜瓦、制冷機及其溫度控制電路，以及上位機，所述頻率控制電路由可編程單片機和DA模塊組成；該可調超導濾波器置於低溫真空杜瓦中，制冷機與低溫真空杜瓦相連，通過溫度控制電路對制冷機的控制，以維持低溫真空杜瓦內的低溫工作環境；所述可調超導濾波器與頻率控制電路相連，上位機通過串口與頻率控制電路進行通信，實現系統不同工作模式的轉換，實現多種頻率工作方式；所述的可調超導濾波器採用連續可調高溫超導濾波器，用於實現中心頻率在一定頻率範圍內的連續可調和低插入損耗； 所述的制冷機及其控制電路和低溫真空杜瓦，用於維持系統工作所需的低溫環境；所述工作模式分為:定點選頻模式、連續掃頻模式、多路選頻模式；所述的工作模式可根據用戶需求通過對單片機編程對工作模式進行擴充和修改； 所述的頻率控制電路用於通過對其中的可編程單片機存儲的控制程序實現各種改變濾波器中心頻率的工作方式，且通過單片機與上位機的串口通信實現各種模式的實時切換和頻率的實時選取功能。
2.如權利要求1所述的濾波器，其特徵在於，該濾波器的諧振器電路採用四個相同的四分之一波長單螺旋結構，每個單螺旋結構螺旋中心通過點焊線與一壓控可變接地電容相連；還包括與壓控可變接地電容相連的加電端，在加電端焊接線並加電，控制可變電容的電容值，進而改變諧振器的頻率，實現對濾波器的中心頻率的調節。
【文檔編號】H01P1/20GK103887582SQ201410096206
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】陳毅東, 鄭天寧, 索冠男, 張曉平 申請人:綜藝超導科技有限公司