基于锁相技术的微波测碳频率合成器制造技术

本发明专利技术涉及一种频率合成器，是一种基于锁相技术的微波测碳频率合成器，包括参考频率晶体振荡器、鉴相器、滤波器、压控振荡器、分频器和微处理器；参考频率晶体振荡器的输出接鉴相器的一路输入，压控振荡器的输出经过分频器后作为鉴相器的另一路输入，鉴相器的输出接滤波器的输入，滤波器的输出接压控振荡器的输入，压控振荡器输出稳定的信号频率。通过参考频率信号给鉴相器驱动振荡器精确跟踪所施加的参考频率。滤波器滤除误差电压的高频分量提高环路稳定性。分频器使输出频率为参考频率的倍数，使微波测碳系统的信号源保持高稳定地输出，实现稳定的高精度的在线测量。该发明专利技术用于微波测碳系统不仅易于集成化，体积小，功耗低，而且能提供高稳定度、低相位噪声和低杂散射频信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种频率合成器，具体的说是一种用于锅炉飞灰含碳量测量的基于锁 相技术的微波测碳频率合成器。
技术介绍
微波测碳频率合成器主要用于微波测碳系统中产生稳定的微波频率信号，现 有技术中，美国专利US5109201、US5173662都提供了一种微波测碳的传感器装置，通 过测量入射功率、反射功率、投射功率和飞灰重量给出飞灰含碳量的测量值；中国专利 00240532. 6，提出了一种谐振腔传感器，通过测量品质因数Q值来确定飞灰含碳量。中 国专利200410026275. 9，提出了一种不受煤种变化影响的微波测碳传感器，采用0. 3 1. 5GHz的电磁波，但没有给出频率合成器的实现方法。技术专利ZL200520079395. 5和 ZL200620078384. X等均是在200410026275. 9专利技术的基础上进行改进。上述专利均未 提及测碳系统的频率合成器，美国专利未有论述，中国专利则侧重于系统功能实现，对微波 测碳仪在实际应用中的重大测量误差没有给出解决方法。现有专利和产品都采用了开环的压控振荡器，由于压控灵敏度很高，电源的一点 纹波就会造成频率输出的抖动，所以频率稳定度和频率精度很差。而对于高Q值的微波谐 振腔，带宽很窄，射频信号的不稳定，将导致输入信号能量的衰减，从而影响碳颗粒吸收功 率的测量精度，甚至测量正确性。现有的微波测碳技术都是基于谐振腔的微扰，即谐振腔的谐振频率随腔内电介质 的介电常数变化发生偏移这一原理，采用微波频率合成器加高Q值的微波谐振腔(同轴谐 振腔或者矩形谐振腔)结构，通过测量飞灰中碳颗粒吸收微波功率的大小来确定飞灰的含 碳量，而目前微波频率合成器是基于直接频率合成(DS)或者基于压控振荡器来产生射频 信号。直接式频率合成其基本原理是利用一个或多个不同频率的晶体振荡器作为参考源， 经过一系列混频、倍频、分频及滤波等操作直接产生所需要的射频输出频率，它的缺点在于 制作多个具有相同频率稳定度和精度的参考频率源既复杂又困难，成本很高；压控振荡器 频率合成器由于是开环结构，也非常容易引起不稳定。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对以上现有技术存在的问题，提出一种基于锁 相技术的微波测碳频率合成器，可以实现微波测碳系统的高稳定微波频率合成，可以实现 的高精度高稳定度低杂散低相位噪声的微波测碳功能。本专利技术解决以上技术问题的技术方案是基于锁相技术的微波测碳频率合成器，包括参考频率晶体振荡器和反馈环路，参 考频率晶体振荡器的输出接反馈环路的输入，反馈环路包括鉴相器、滤波器、压控振荡器、 分频器和微处理器；参考频率晶体振荡器的输出接鉴相器的一路输入，用以输出稳定的射 频信号，为鉴相器的参考输入信号；压控振荡器的输出经过分频器后作为鉴相器的另一路3输入，鉴相器的输出接滤波器的输入，用以比较输出反馈信号与输入信号的相位，并产生输 出误差电压，驱动反馈环路的压控振荡器，使压控振荡器精确跟踪所施加的参考频率；滤波 器的输出接压控振荡器的输入，用以滤除鉴相器输出误差电压中的高频分量；压控振荡器 把电压转换为频率，输出稳定的信号频率；微处理器接分频器，用以编程实现分频的倍数。这样，参考频率晶振输出稳定的参考信号频率；鉴相器驱动反馈环路的压控振荡 器，使压控振荡器精确跟踪所施加的参考频率。滤波器对正或者负误差信号求积分使之平 坦，以提高环路稳定性。反馈路径中包含分频器，使输出频率为参考频率的倍数。分频的倍 数由微处理器单片机MCU来编程实现。反馈环路是负反馈控制环路，因此达到均衡时，频率 误差信号为零，以便在压控振荡器输出端产生精确且稳定的微波信号。作为本专利技术进一步限定的技术方案是参考频率晶体振荡器通过另一个分频器接鉴相器，用以将射频信号分频后作为鉴 相器的参考输入信号。参考频率晶体振荡器为温度补偿型晶体振荡器。鉴相器为正弦特性的鉴相器。分 频器的频率倍数是整数或小数。滤波器为运算放大器构成有源滤波器。滤波器为为RC积 分滤波器、无源比例积分滤波器或有源比例积分滤波器。分频器的频率倍数N可以是整数，也可以是小数，PLL相应地称为整数N分频PLL 或小数N分频PLL。本专利技术的有益效果是，采用锁相技术实现微波信号的频率合成，使微波测碳系统 的信号源保持高稳定地输出，实现稳定的高精度的在线测量。不仅易于集成化，体积小，功 耗低，而且能提供高稳定、低相噪、低杂散的射频信号。附图说明图1是本专利技术的连接框图。图2是本专利技术的信号流程图。具体实施例方式实施例一本实施例的实施框图如图1所示，包括参考频率晶体振荡器1和反馈环路2，参考 频率晶体振荡器1的输出接反馈环路2的输入，反馈环路2包括鉴相器、滤波器3、压控振荡 器、分频器和微处理器4;参考频率晶体振荡器的输出接鉴相器的一路输入，用以输出稳定 的射频信号，为鉴相.器的参考输入信号；压控振荡器的输出经过分频器后作为鉴相器的 另一路输入，鉴相器的输出接滤波器的输入，用以比较输出反馈信号与输入信号的相位，并 产生输出误差电压，驱动反馈环路的压控振荡器，使压控振荡器精确跟踪所施加的参考频 率；滤波器的输出接压控振荡器的输入，用以滤除鉴相器输出误差电压中的高频分量；压 控振荡器把电压转换为频率，输出稳定的信号频率；微处理器4接分频器，用以编程实现分 频的倍数。参考频率晶体振荡器1还可以通过另一个分频器接鉴相器，用以将射频信号分 频后作为鉴相器的参考输入信号。参考频率晶振1 (TXCO)输出稳定的参考信号频率；反馈环路2中相位比较器或鉴 相器驱动反馈环路的VC0，使振荡器(或相位)精确跟踪所施加的参考频率。滤波电路3对4正或者负误差信号求积分使之平坦，以提高环路稳定性。反馈路径中常包含分频器，使输出 频率(VC0的范围内)为参考频率的倍数。分频器的频率倍数N可以是整数，也可以是小数， PLL相应地称为整数N分频PLL或小数N分频PLL。分频的倍数由微处理器4单片机MCU 来编程实现。PLL是负反馈控制环路，因此达到均衡时，频率误差信号必须为零，以便在VCO 输出端产生精确且稳定的微波信号。本实施例的基于锁相技术的微波测碳频率合成器信号流程如图2所示，Fe为参考 信号频率，一般由高稳定度和高频谱纯度的晶振来提供，F。为环路输出的信号频率，R和N 为可编程分频器。Fk经过R分频后作为鉴.相器的参考输入信号，F。经过N分频后作为鉴 相器的另一路输入信号，在环路锁定的情况下，F。/N将锁定到FK/R频率上，所以有F0/N = Fe/R即F。=FK .N/R。通过设置合适的R和N值，便可以得到具有较高性能的信号频率。1、参考频率晶振稳定、精确的基准频率，RF输出将锁相于该频率；通常源于晶振 或温度控制晶体振荡器(TCXO)由于PLL是负反馈的频率合成器，输出频率是输入参考的整 数或者小数倍，同时，当环路锁定时，才能输出稳定的射频信号。所以要求参考输入也稳定。一般选用晶振的具体要求如下波形可以是正弦波，也可以是方波；功率满足参考输入灵敏度的要求；稳定性通常用TCX0，稳定性要求< 2ppm，几种参考的稳定性指标和相位噪声指 标如下表所示表 1名称频率范围 (MHz)频率稳定度 (ppm)相位噪声 dBc/Hz飢OkHz价格普通晶体振荡器 SPXO1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于锁相技术的微波测碳频率合成器，其特征在于：包括参考频率晶体振荡器和反馈环路，所述参考频率晶体振荡器的输出接反馈环路的输入，所述反馈环路包括鉴相器、滤波器、压控振荡器、分频器和微处理器；所述参考频率晶体振荡器的输出接鉴相器的一路输入，用以输出稳定的射频信号，为鉴相器的参考输入信号；所述压控振荡器的输出经过所述分频器后作为所述鉴相器的另一路输入，所述鉴相器的输出接滤波器的输入，用以比较输出反馈信号与输入信号的相位，并产生输出误差电压，驱动反馈环路的压控振荡器，使压控振荡器精确跟踪所施加的参考频率；所述滤波器的输出接压控振荡器的输入，用以滤除鉴相器输出误差电压中的高频分量；所述压控振荡器是把电压转换为频率，输出稳定的信号频率；所述微处理器接分频器，用以编程实现分频的倍数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟东，
申请(专利权)人：胡伟东，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]