多通道变频器技术说明书2012

1、工程编号ATS13XXX 密级内部阶段上页数15产品名称多通道一体化变频器设备产品型号文件编号一文件名称技术说明书单位成都爱科特科技开展编写 校对 审核 标审 批准目录1 概述 22 设备要求 22.1 主要功能 22.2 下变频模块技术指标 . 22.3 上变频模块技术指标 . 32.4 整机控制方式 42.5 结构 42.6 供电 43 整机关键技术 44 变频模块关键技术 64.1 下变频器模块设计 64.1.1 模块设计原理 64.1.2 指标分配及仿真 64.2 上变频模块设计 74.2.1 模块设计原理 74.2.2 指标分配及仿真 84.3 闭环自检功能 84.4 控制系统 94

2、.5 参考源设计 95 软件设计 105.1 系统框图 105.2 地址识别 105.3 主控单元 115.4 变频器模块 125.5 设备自检功能 136 系统可靠性设计 131 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?微波组件通用标准?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

3、要功能16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/TCPIP8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 2400MHz2输出频率：720MHz3输出带宽：720MH ± 20MHz4调谐步进

4、：w 1kHz5增益平坦度：w±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：w 12dB12输入/输出驻波比：w1.513频率稳定度：优于1E-7/年长稳，优于1E-10/秒短稳14相位噪声：w -75dBc/Hz100Hzw -85dBc/Hz1kHzw -95dBc/Hz10kHzw -110dBc/Hz100kHzw -115dBc/Hz1MHz15输入输出射频接口：SMA-50K16远程控制接口：RS232/485 标准DB9接口2.3上变

5、频模块技术指标1)输入频率:720MH ± 20MHz2)输出频率:3)调谐步进:2000MH 右2400MHz匚 w 1kHz4)增益：?30dB可调，步进1dB5)增益平坦度：:w ±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：w 12dB11)输入/输出驻波比：w 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：w -75dBc/Hz100Hzw -85dBc/Hz1kHzw -95dBc/Hz10kHzw -105d

6、Bc/Hz100kHzw -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：220 ± 22VAC 50 ± 2.5Hz ；功耗：不大于200W3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

7、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。机箱前面板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bt v. . .J* . M.皿r-dlM-WHtil-<"4I m£»# ImI图3机箱内部布局示

8、意图变频模块外形如下H,P三K f11 H1_1*S P 11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列图图5系统方框图射频输入信号经预选滤波器C472开关9、放大，HM再进入混频器与本振信号混频，下变频取720MHZ中频信时.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 g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lA'

9、;.Blta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。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。本工程中频频率为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。系统链路仿真如下列图:LossAmp

10、THItr Attenuator AmpIJnSrDyn amicCascade NoiseFiQ una1 dB Compressi on Spurious FreePoi ntDvn R anae.SuYl e 目fV帖朋小目肩石月dB-Cascade PeGOn mdOrder 2ndOrdercomponenl Layout - Drag replacement component from ust to replacement locationccuplefstage #15Filter 3rdGamOrder2nd Order Operat ing亠 2.00 dBInt 目 ir

11、wpt n>!aTemperatu羸 | re何9?Noise 1 dB Compressi on NoiseFigure 8Poi nlTeimipeFatue2爲日目IIN说一I1前用虹一liAr AWffiiUiPtQr AjmpIrRer图6系统链路仿真图由仿真图可以看出Gai n=51dB; OIP3=32dBm OIP2=37dBm OP dB=i6dBm NF=5.8dB仿真结果都可以满足指标要求4.2上变频模块设计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列图图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1

12、920MHz 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。设备具有闭环检测功能。机箱内置1200M Hzt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422指标分配及仿真为保

13、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。本工程采用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 1200MH N 2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。系统链路仿真如下列图：Comp onent Layout - Drag comp onent from list to empty square or insert locati on.IH4n 卜讨 > L

14、ITM 1? MR1-|FilterSwiteh Amplifier Coupler AHE-nualDr MixerFillerAmplifierLossAAr 一Ar>-nplitiorAV_LL C>n|'-|LCascade Performa nee gajn3rd Order 2nd Order DynamncInterceptInterceptR 呂 ng 台Stage #6 MixerGam3rd Order2nd Order Operat ingInl erceptIn tercept Temperature1竝铀昕| 第 dBm | *红.射 dBm| |

15、 葩.旳 dB思 TO dBMSi.OO dBm| 14A.04 dBm| |JICascade Noise 1 dB ; Compressi on Spurious Free FigurePointDyri RangeNoise1 dB Compres&ioniMoi&eFigurePoi nlTemperature10.-B8 dB| +1 &.19 dBni4B.65 dB8.70 dB|OdBm |K图8系统链路仿真图由仿真图可以看出：Gai n=30dB; OIP3=29dBm OIP2=32dBm OP dB=i5dBm NF=10.8dB仿真结果都可以满足

16、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，链路图如下自检单无图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控制总线集中对模块独立控制模块独立控制模块独立控制模块独立控制模块独立控制LCD显示RS232/485 通讯接口RJ45主控模块模块RS23_j2/485ARS232/485RS232/485R

17、S232/485RS232/485模块独立控制模块RS232/485变顽变频1莫决惶块3it It50Q4SR变频模块56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控制系统框图键盘4.5参考源设计内部实现放大、50Q4SR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50Q4SR5004 SR50Q4SR5004 SR并每个变频模块具备一路参考RS485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，变频器模块1变频器模块2变频器模块3变频器模块4变频器模块5变频器模块610MHz引换电路10MHz输出，可提供应

18、其他设备使用10MHz10MHz10MHz分6功分电路波$大10MHz10MHz ?10MHz10MHz10MHz10MHz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。DB9模块1DB9上位机-.；DB9/TCPIP 主控单元> DB9模块2加上位DB9I I I上位机系统框图如下：_? DB9模块6DB9* A上位机

19、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，必须参加局部地址。分案为：每个模块参加三根地址线，每个模块对应三根地址线的状态为：1001,2010， 3011， 4100， 5101， 6110。这样在变频器模块和主控单元之间进行数程序控制图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/

20、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，一一比拟以后，与第二个模块的地址251匹配，于是启动总线发出命令“<251FIN_7000.000 ，6个模块同时收到“ <251FIN_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:No_31 XX r A键值处理1F参数存储*等待按键参数存储发控制命令给相应变频模块发控制命令给相应变频模块遥控命令接收任务按键处理任务显示更新任务图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