本发明属于电子技术领域,涉及一种大功率工科医射频设备的锁相方法。 目前,单级高频大功率自激振荡器构成的高频设备,被广泛应用于冶金熔炼、金属焊接、塑料皮革加工、木材烘干、胶合制板、粮食及种子杀菌、医用高频手术刀、理疗等方面。这些设备由于输出功率很高,而且难以实行有效的屏蔽,其振荡频率在高频波段的辐射会对无线电广播、电视以及通信产生严重的干扰。虽然近年来国内外规定了工科医(ISM)射频设备的使用频率,以减小同频干扰,但是,由于高频大功率自激振荡器一般用电感、电容或谐振腔为选频元件组成谐振回路,频稳度差,所占频带宽。尤其是振荡器等效负载阻抗直接或间接地成为谐振回路的一部分,负载几何尺寸、材料的变化会使谐振参数急剧变化,使振荡频率产生偏移,超出规定的带宽容限,干扰相邻频道的电信设备。因此,现有ISM射频设备不仅频稳度差,所占频带宽,对电信设备干扰严重,而且自身功效较低。
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种大功率ISM射频设备的锁相方法,从而稳定高频大功率振荡器的振荡频率,减小带宽、抑制对电信设备的干扰,实现窄带跟踪滤波,滤除谐波辐射能量,提高ISM射频设备的功效。
本发明的技术解决方案是在现有的高频大功率自激振荡器基础上设置一个锁相环路,使高频大功率自激振荡器成为环路中的VCO部件。所述锁相环路由基准晶振(1)、鉴频鉴相器(2)、环路滤波器(3)、机电调谐伺服系统(4)和高频大功率振荡器(5)组成,基准晶振(1)接至鉴频鉴相器(2)的一个输入端,机电调谐伺系统(4)设置在环路滤波器(3)和高频大功率振荡器(5)之间。
本发明的机电调谐伺服系统(4)主要由伺服电路(6)、伺服电机(7)、可变电抗元件(8)构成,其中伺服电路(6)输入端接至环路滤波器(3)地输出端,伺服电路(6)输出端与伺服电机(7)的电极相接,伺服电机(7)机械传动连接可变电抗元件(8),可变电抗元件(8)接在高频大功率振荡器(5)的输出回路上。
本发明的高频大功率振荡器(5)的输出回路是一个电感临界耦合输出电路,该输出回路设有屏蔽箱。
以下将结合附图对车发明作进一步的描述。
图1为本发明的电路原理方框图。
图2为本发明机电调谐伺服系统(4)的方块示意图。
参照图1、图2,基准晶振(1)输出的参考信号加至鉴频鉴相器(2)的一个输入端,鉴频鉴相器(2)的另一个输入端接收来自高频大功率振荡器(5)的输出的取样信号,鉴频鉴相器(2)对输入的两个信号进行频率/相位的比较后,向环路滤波器输出一个误差信号,经环路滤波器(3)滤除基带噪声和高频杂波干扰后,其输出信号控制机电调谐伺服系统(4)中的伺服电路(6),驱动伺服电机(7),改变可变电抗元件(8)的电抗,实现机电耦合调谐,达到电压/频率变换,使高频大功率振荡器(5)能跟踪输入信号频率和相位的变化。
当鉴频鉴相器(2)的两个输入信号相位差∮(t)=0时,其输出电压为零,可变电抗元件(8)调谐于高频大功率振荡器(5)的中心频率f0,其频稳度仅由基准晶振(1)给定,环路处于锁定状态,伺服电路(6)无输出,伺服电机(7)停止转动,当∮(t)≠0时,鉴频鉴相器(2)输出的误差信号经环路滤波器(3)控制伺服电路(6),伺服电机(7)作对应方向的转动传动可变电抗元件(8)调谐,使之保持相位同步,重新使环路处于锁定状态。
当等效负载改变,∮(t)<或>2π时,振荡中心频率f0偏移产生频差,鉴频鉴相器(2)具有较宽的捕获失谐频率范围,其输出差拍频率升高,误差电压脉冲占空比减小,机电调谐伺服系统(4)迅速控制高频大功率振荡器(5)向减小频差方向变化,迫使振荡输出信号频率向输入信号频率靠拢,使差拍频率越来越低,直至完全消除频差而被锁定。当频差为零时,表明高频大功率振荡器(5)的中心频率f0正确无误,环路自动转入锁相控制。
实施例:
根据本发明制造的锁相环路,其中基准晶振(1)、鉴频鉴相器(2)、环路滤波器(3)均采用集成电路;伺服电路(6)为一个双向开关电路;伺服电机(7)采用直流可逆微电机;可变电抗元件(8)为可变电容或可变电感;高频大功率振荡器(5)的输出回路采用腔体电感耦合环双回路。
由于采用了上述的锁相环路,使高频大功率振荡器能跟踪输入信号频率和相位的变化,高度稳定了振荡基波中心频率,减小了带宽,从而抑制了大功率ISM射频设备对电信设备的干扰;而且通过电感临界耦合输出回路的跟踪调谐,较好地抑制了谐波的产生,提高了ISM射频设备的自身功效。