CN209472783U - 微波功率源 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种微波功率源。该微波功率源包括控制器以及一一对应连接各信号处理支路的各信号发生器；各信号发生器连接控制器。基于各信号发生器与各信号处理支路一一对应连接，可实现各信号发生器向一一对应连接的各信号处理支路输出不同频率的微波信号，且各信号发生器连接控制器，可分别受控制器控制，使得各信号发生器向信号处理支路输出的微波信号的频率可任意配置，进而使各信号处理支路的工作频率均可任意配置，从而实现多支路多频率任意组合，使工作频点多样化，提高了工作频率的可选择性。

Description

微波功率源

技术领域

本申请涉及微波应用技术领域，特别是涉及一种微波功率源。

背景技术

随着微波应用技术的发展，出现了利用磁控管发出微波的技术，传统磁控管由于存在热效率低、热均匀性差、功率不可控、频率不可调、频谱杂散丰富，寿命短等诸多不足逐渐退出历史的舞台，取而代之的是固态微波源，固态微波源很好的解决了磁控管的诸多缺陷，也提升了微波加热***的灵活性。目前采用微波功率源来驱动固态微波源中微波固态功率放大器。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统微波功率源的工作频点单一、工作频率可选择性差。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够增加工作频点并提高工作频率可选择性的微波功率源。

为了实现上述目的，一方面，本实用新型实施例提供了一种微波功率源，包括控制器以及一一对应连接各信号处理支路的各信号发生器；各信号发生器连接控制器。

在其中一个实施例中，信号发生器为锁相源。

在其中一个实施例中，还包括晶体振荡器；晶体振荡器连接各锁相源。

在其中一个实施例中，锁相源包括数据端和片选端；

数据端和片选端分别连接控制器。

在其中一个实施例中，信号处理支路包括脉冲调制器、电调衰减器和电调移相器；

脉冲调制器、电调衰减器和电调移相器串联连接在信号处理支路的信号输入端和信号处理支路的信号输出端之间；

各脉冲调制器、各电调衰减器和各电调移相器分别连接控制器。

在其中一个实施例中，信号处理支路还包括预放大器；

脉冲调制器、电调衰减器、电调移相器和预放大器串联连接在信号输入端和信号输出端之间。

在其中一个实施例中，预放大器连接信号输出端。

在其中一个实施例中，电调衰减器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管及第二二极管；

第一电阻一端连接第一二极管的正极，并通过第一电容接地，另一端用于连接电源；

第一二极管的负极分别连接第三电容的一端、第二二极管的负极，并通过第三电阻接地；

第二二极管的正极分别连接第二电容的一端、第二电阻的一端；

第二电阻的另一端连接控制器；

第二电容的另一端及第三电容的另一端为电调衰减器连接在信号处理支路上的两端。

在其中一个实施例中，脉冲调制器包括控制开关及射频开关；

射频开关的两端为脉冲调制器连接在信号处理支路上的两端。

在其中一个实施例中，信号发生器的数量为4个；信号处理支路的数量为4条。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

基于各信号发生器与各信号处理支路一一对应连接，可实现各信号发生器向一一对应连接的各信号处理支路输出不同频率的微波信号，且各信号发生器连接控制器，可分别受控制器控制，使得各信号发生器向信号处理支路输出的微波信号的频率可任意配置，进而使各信号处理支路的工作频率均可任意配置，从而实现多支路多频率任意组合，使工作频点多样化，提高了工作频率的可选择性。

附图说明

通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。

图1为一个实施例中微波功率源的第一应用环境图；

图2为一个实施例中微波功率源的第二应用环境图；

图3为一个实施例中微波功率源的第一结构框图；

图4为一个实施例中微波功率源的第二结构框图；

图5为一个实施例中锁相源、晶体振荡器、控制器及这三者连接关系的结构框图；

图6为一个实施例中电调衰减器的电路图；

图7为一个实施例中脉冲调制器的结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“一端”、“另一端”、“连接”、“串联”、“两端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实现满足工业应用或日常应用的微波源是产生工业和日常所需的微波的前提，即根据需要生成微波。在传统技术中，通常使用磁控管来生成的微波。基于磁控管的微波源包括电源、磁控管、控制电路以及谐振腔体等部分。电源向磁控管输出电压，磁控管震荡产生微波，再经过波导***输出微波。

在现有技术中，受限于磁控管的工作原理，磁控管必须在高压驱动下才能正常工作(例如某些磁控管的工作电压高达4000伏)。这就使得基于磁控管的微波源中需要构造高压电源。从而导致微波源结构复杂，体积较大并存在用电安全隐患。固态微波源很好的解决了磁控管的诸多缺陷，也提升了微波加热***的灵活性。目前采用微波功率源来驱动固态微波源中微波固态功率放大器。

在微波加热***中，单个功率源加热的均匀性及热效率都比较有限，因为单点馈源在腔内的电场分布及其不均匀，容易导致腔内待加热物体加热不均匀，进而热效率低。即便通过多支路输出微波信号实现了多点馈源，由于工作频点单一及工作频率可选择性差，也容易导致加热不均匀和热效率低的问题。

本申请采用多支路多频率任意组合的方式，增加了工作频点、提高了工作频率的可选择性，同时也可间接弥补微波加热***中电场的分布不均的缺陷，从而有效提高热均匀性及热效率。

本申请提供的微波功率源，可以应用于如图1或图2所示的应用环境中。其中，如图1所示，微波功率源102、各微波固态放大器104及各天线106依次一一对应连接，微波功率源102输出的微波信号经过微波固态放大器104放大后，通过天线106发射出去；

如图2所示，微波功率源102及各微波固态放大器104一一对应连接；微波功率源102输出的微波信号经过微波固态放大器104放大后，首先通过合路器108合路，再通过天线106发射出去；

图1和图2中的两种应用环境均可以用于实现微波加热、微波萃取、激发等离子体等功能。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种微波功率源，以该微波功率源应用于图1或图2中的应用环境为例进行说明，包括控制器302以及一一对应连接各信号处理支路306的各信号发生器304；各信号发生器304连接控制器302；

控制器302分别向各信号发生器304传输对应的频率配置信号；

信号发生器304根据频率配置信号，向信号处理支路306输出相应频率的微波信号。

其中，控制器302可以但不限于是各种单片机、数字信号处理(DSP，DigitalSignal Processing)器、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)及CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)等处理器，进一步地，控制器302为微处理器；具体地，控制器302的DAC(Digital to analog converter，数模转换)转换精度可以在8位以上，可以配置有用于连接信号发生器304等***设备的SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口或者模拟SPI接口

信号发生器304可以为微波信号发生器304，其能够输出的微波信号的频率可以至少覆盖433MHz(Mega Hertz,兆赫兹)、915MHz、2450MHz三个微波加热频段。

信号发生器304的数量可以为四个，相应的，信号处理支路306的数量也可以为4个。

具体地，信号处理支路306可以对微波信号进行调制、调幅、调相等处理。

在一个具体的实施例中，信号发生器304是锁相源(微波锁相信号源)，其输出CW(Continuous Wave，等幅波)信号作为微波信号。

需要说明的是，信号处理支路306的信号输出端连接图1和图2中的微波固态放大器；微波信号经过信号处理支路306后，可驱动图1和图2中的微波固态放大器。

上述微波功率源的工作过程为：

控制器302根据实际需要，分别向各信号发生器304传输对应的频率配置信号；

当应用于微波加热***时，上述实际需要可以根据微波加热***的设计要求确定，上述设计要求可以包括加热腔的内部空间大小、尺寸、天线口位置及加热食物的类型；上述实际需要也可以根据不同食物的反射系数来确定，因为微波能量只会被极性分子(主要是水分子)吸收，而每种食物的水含量和水分子的分布都是不同的，进而食物作为微波能量的负载时所表现出来的电特性是不同的，即不同食物的反射系数是有区别的，从而能够通过检测负载(放了食物的炉腔)的反射系数来对食物进行分类，确定食物的类型，进而确定实际需求；

需要说明的是，在负载反射系数下最佳的工作频点会随着加热而发生改变，比如开始前最佳工作频点为2450MHz，加热到一半时最佳工作频点为2460MHz,而到加热的结束时最佳工作频点为2470MHz。

各信号发生器304根据接收到的频率配置信号向信号处理支路306输出相应频率的微波信号；

微波信号经信号处理支路306后，即可用于驱动微波固态放大器，具体以图2为例，可用于驱动4个250W(Watt，瓦特)的微波固态放大器进行合路，合路后输出功率可达到1kW(kilo Watt，千瓦特)，可用于工业微波加热大型设备中。

上述微波功率源中，基于各信号发生器304与各信号处理支路306一一对应连接，可实现各信号发生器304向一一对应连接的各信号处理支路306输出不同频率的微波信号，且各信号发生器304连接控制器302，可分别受控制器302控制，使得各信号发生器304向信号处理支路306输出的微波信号的频率可任意配置，进而使各信号处理支路306的工作频率均可任意配置，从而实现多支路多频率任意组合，使工作频点多样化，提高了工作频率的可选择性。

具体地，对于应用上述微波功率源的微波加热***而言，多支路多频率的实现可提高微波加热***的加热灵活性，便于提升热效率及热均匀性，起到绿色环保，节能减排的效果。

在一个实施例中，如图4所示，提供了一种微波功率源，以该微波功率源应用于图1和图2中的应用环境为例进行说明，包括：控制器302以及一一对应连接各信号处理支路(由图4中脉冲调制器402、电调衰减器404、电调移相器406及预放大器408构成)的各信号发生器304；各信号发生器304连接控制器302；

信号处理支路包括脉冲调制器402、电调衰减器404、电调移相器406及预放大器408；

脉冲调制器402、电调衰减器404、电调移相器406及预放大器408串联连接在信号处理支路的信号输入端和信号处理支路的信号输出端之间，脉冲调制器402、电调衰减器404、电调移相器406及预放大器408之间的连接顺序不作限定；

各脉冲调制器402、各电调衰减器404和各电调移相器406分别连接控制器302；

控制器302分别向各信号发生器304传输对应的频率配置信号；

信号发生器304根据频率配置信号，向信号处理支路输出相应频率的微波信号。

需要说明的是，电调移相器406能够调节各信号处理支路中微波信号的相位，加强各信号处理支路相互间的隔离，避免相互干扰，特别是应用于微波加热***时，微波加热***的加热腔内磁场比较丰富，相互间的干扰比较严重，而且不同相位的微波信号也保证了热均匀性。

在一个具体的实施例中，信号发生器304的数量为四个；信号处理支路的数量为4条。

在其中一个具体的实施例中，信号发生器304为锁相源。

在其中一个具体的实施例中，如图5所示，还包括晶体振荡器502；晶体振荡器502连接各锁相源，可以使各锁相源输出的微波信号同步，避免因参考相位不确定而导致各个信号处理支路的相对相位调整困难，确保微波功率源在应用时不会崩溃。

其中，晶体振荡器502可以是TCXO(Temperature Compensate X'tal(crystal)Oscillator，温度补偿型晶体振荡器)。

在其中一个具体的实施例中，如图5所示，锁相源包括数据端和片选端(图5中的CS1、CS2、CS3和CS4)；

锁相源在通过片选端接收到控制器302传输的片选信号时，使能用于接收频率配置信号的数据端。

其中，控制器302连接片选端，且通过SPI接口连接数据端(图5中SPI标示的双向箭头处以及SPI总线所标示的双向箭头处，说明控制器的SPI接口通过SPI总线连接各锁相源)。

具体地，控制器302可以采用高电平作为片选信号，当控制器302要配置其中一个锁相源输出的微波信号的频率时，先向该锁相源的片选端传输高电平，接着向该锁相源的数据端传输频率配置信号，锁相源将频率配置信号中的频率信息写入锁相源中对应的寄存器，需要说明的是，控制器302在向该锁相源的片选端传输高电平时，向其余锁相源的片选端传输低电平。

在其中一个具体的实施例中，预放大器408连接信号输出端，也就是说在信号处理支路中，预放大器408设置在脉冲调制器402、电调衰减器404及电调移相器406之后。

在其中一个具体的实施例中，如图6所示，电调衰减器404包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1及第二二极管D2；

第一电阻R1一端连接第一二极管D1的正极，并通过第一电容C1接地GND，另一端用于连接电源VCC；

第一二极管D1的负极分别连接第三电容C3的一端、第二二极管D2的负极，并通过第三电阻R3接地GND；

第二二极管D2的正极分别连接第二电容C2的一端、第二电阻R2的一端；

第二电阻R2的另一端连接控制器302；

第二电容C2的另一端及第三电容C3的另一端为电调衰减器404连接在信号处理支路上的两端。

上述电调衰减器404利用了第一二极管D1和第二二极管D2的电压-电阻的特性，使得第一二极管D1、第二二极管D2与第三电阻R3构成电调压控衰减网络。合理选取电调衰减器404中电路元件的参数、电源的参数以及控制器302连接第二电阻R2的接口的控制参数，可以实现增益的调节范围达20dB(deciBel，分贝)以上，增益平坦度在信号频率400MHz～3GHz(Giga Hertz，千兆赫兹)的范围内为2dB，输入回波损耗S11小于-20dB。

需要进一步说明的是，上述电调衰减器404利用少量电阻、电容和二极管连接实现，结构简单，成本低。

在其中一个具体的实施例中，如图7所示，脉冲调制器402包括控制开关702及射频开关704；

射频开关704的两端为脉冲调制器402连接在信号处理支路上的两端；

控制器302通过控制开关702向射频开关704传输脉冲调制信号；射频开关704根据脉冲调制信号连通或断开信号处理支路。

其中，脉冲调制信号为PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号，当控制器302控制的脉冲调制信号占空比为100％时，射频开关704一直连通信号处理支路，也即信号处理支路正常输出微波信号(恒包络的CW信号)；当控制器302控制的脉冲调制信号占空比为0％时，射频开关704一直断开信号处理支路，也即信号处理支路无微波信号输出；当控制器302控制的脉冲调制信号占空比为0％至100％之间时，射频开关704周期性地连通和断开信号处理支路，也即信号处理支路输出对应占空比的微波信号脉冲。需要进一步说明的是，改变PWM信号的频率(周期T的倒数)，即可改变微波信号脉冲的频率。由于PWM信号的频率和占空比可调，对于应用上述微波功率源的微波加热***而言，提升了微波加热***的灵活性，便于微波加热***区别对待不同类别的加热物体，以及对不同类别的加热物体进行安全告警判断。

上述微波功率源的工作过程为：

控制器302根据实际需要，先向相应的锁相源的片选端传输片选信号，再向相应的锁相源的数据端传输频率配置信号；

锁相源在通过片选端接收到控制器302传输的片选信号时，使能用于接收频率配置信号的数据端，以能够接收到频率配置信号；

锁相源根据频率配置信号，向信号处理支路输出相应频率的微波信号；

微波信号经过脉冲调制器402、电调衰减器404、电调移相器406和预放大器408进行脉宽调制、调幅、移相及预放大处理后，即可驱动微波固态放大器；

脉冲调制器402、电调衰减器404和电调移相器406受控制器302的控制，因此，控制器302可根据实际需要分别对脉冲调制器402、电调衰减器404和电调移相器406进行控制，进而对各信号处理支路上的微波信号分别进行脉宽调制、调幅及移相处理，输出不同的微波信号。

本实施例中与上一实施例相同的特征请参考上一个实施例中的详细说明，这里不再赘述。

上述微波功率源中，基于各信号发生器304与各信号处理支路306一一对应连接，可实现各信号发生器304向一一对应连接的各信号处理支路306输出不同频率的微波信号，且各信号发生器304连接控制器302，可分别受控制器302控制，使得各信号发生器304向信号处理支路306输出的微波信号的频率可任意配置，进而使各信号处理支路306的工作频率均可任意配置，从而实现多支路多频率任意组合，使工作频点多样化，提高了工作频率的可选择性；

各信号处理支路上的微波信号还可通过脉冲调制器402、电调衰减器404和电调移相器406进行脉宽调制、调幅、移相处理，进一步提高了灵活性，对于应用上述微波功率源的微波加热***而言，灵活性好，可以实现类似中式烹饪中调节火候的功效，同时也便于提升热效率及热均匀性，起到绿色环保，节能减排的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微波功率源，其特征在于，包括控制器以及一一对应连接各信号处理支路的各信号发生器；

各所述信号发生器连接所述控制器。

2.根据权利要求1所述的微波功率源，其特征在于，所述信号发生器为锁相源。

3.根据权利要求2所述的微波功率源，其特征在于，还包括晶体振荡器；所述晶体振荡器连接各所述锁相源。

4.根据权利要求2所述的微波功率源，其特征在于，所述锁相源包括数据端和片选端；

所述数据端和片选端分别连接所述控制器。

5.根据权利要求1所述的微波功率源，其特征在于，所述信号处理支路包括脉冲调制器、电调衰减器和电调移相器；

所述脉冲调制器、所述电调衰减器和所述电调移相器串联连接在所述信号处理支路的信号输入端和所述信号处理支路的信号输出端之间；

各所述脉冲调制器、各所述电调衰减器和各所述电调移相器分别连接所述控制器。

6.根据权利要求5所述的微波功率源，其特征在于，所述信号处理支路还包括预放大器；

所述脉冲调制器、所述电调衰减器、所述电调移相器和所述预放大器串联连接在所述信号输入端和所述信号输出端之间。

7.根据权利要求6所述的微波功率源，其特征在于，所述预放大器连接所述信号输出端。

8.根据权利要求5所述的微波功率源，其特征在于，所述电调衰减器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第一二极管及第二二极管；

所述第一电阻一端连接所述第一二极管的正极，并通过所述第一电容接地，另一端用于连接电源；

所述第一二极管的负极分别连接所述第三电容的一端、所述第二二极管的负极，并通过所述第三电阻接地；

所述第二二极管的正极分别连接所述第二电容的一端、所述第二电阻的一端；

所述第二电阻的另一端连接所述控制器；

所述第二电容的另一端及所述第三电容的另一端为所述电调衰减器连接在所述信号处理支路上的两端。

9.根据权利要求5所述的微波功率源，其特征在于，所述脉冲调制器包括控制开关和射频开关；

所述射频开关的两端为所述脉冲调制器连接在所述信号处理支路上的两端。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的微波功率源，其特征在于，所述信号发生器的数量为4个；所述信号处理支路的数量为4条。