CN107732402A - 一种连续电控谐振腔及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种连续电控谐振腔及其控制系统，其中，所述谐振腔包括由钛酸锶钡构成的圆柱体，所述圆柱体沿轴心线的方向开设有圆柱形空洞，所述圆柱体的外侧附有第一电极，所述圆柱形空洞的内壁上附有第二电极；其中，所述第一电极与外导体相接触，所述第二电极与中心导体相接触；所述谐振腔内还设置有第一耦合环和第二耦合环，其中，所述第一耦合环用于向所述谐振腔内注入微波信号，所述第二耦合环用于从所述谐振腔内输出微波信号。本发明提供的技术方案，能够对谐振腔的谐振频率进行电控调节。
Description
技术领域
本申请涉及微波技术领域，特别涉及一种连续电控谐振腔及其控制系统。
背景技术
目前，微波谐振腔探测器及微波谐振腔窄带滤波器实现调频的方式主要有：改变谐振腔的长度、添加介质、选择高次谐波等。
其中，在改变谐振腔的长度时，可以通过增大或减小谐振腔的尺寸来降低提高频率，但由于截止频率和使用场景的限制，谐振腔的尺寸不能无限增大或减小。此外，尺寸越小，对元件的精度以及制作工艺的要求也就越高，因此，通过尺寸的调节来提高谐振频率也受到了限制。
通过填充介质来实现谐振频率的偏移，难以实现电控化，因为谐振频率的偏移量与填充介质的介电常数及其体积有关，以填充白宝石为例，填充的体积越多谐振频率减低越多。因此，调谐过程电控化是难以实现的。
通过高次谐波来实现谐振频率的调整在理论上是可行的。但是，在实际应用的过程中，由于加工工艺等因素，高次谐波往往频率选择性变差、杂波多、品质因数降低等问题，因此多次谐波的调谐方式很难得到利用。
由此可见，当前亟需一种有效的谐振腔调谐方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续电控谐振腔及其控制系统，能够对谐振腔的谐振频率进行电控调节。
为实现上述目的，本申请提供一种连续电控谐振腔，所述谐振腔包括由钛酸锶钡构成的圆柱体，所述圆柱体沿轴心线的方向开设有圆柱形空洞，所述圆柱体的外侧附有第一电极，所述圆柱形空洞的内壁上附有第二电极；其中，所述第一电极与外导体相接触，所述第二电极与中心导体相接触；所述谐振腔内还设置有第一耦合环和第二耦合环，其中，所述第一耦合环用于向所述谐振腔内注入微波信号，所述第二耦合环用于从所述谐振腔内输出微波信号。
进一步地，所述谐振腔内设置有与所述谐振腔的轴心线相垂直的上端盖，所述上端盖的中心开设有用于将所述中心导体穿过的通孔；所述上端盖上通过SMA接头连接所述第一耦合环和所述第二耦合环。
进一步地，所述中心导体的上端通过联轴器与电机相连，所述中心导体的下端呈倒锥形，并且在所述中心导体的下端内嵌有探针，所述探针下方耦合有待测样品。
为实现上述目的，本申请还提供一种控制系统，所述控制系统包括供电组件、放大电路以及控制板，其中：所述供电组件与220V交流电源相连，以将所述220V交流电源转换为5V、15V以及200V的直流输出电源；所述控制板与上位机相连，以接收所述上位机下发的控制指令，并生成与所述控制指令相对应的模拟电压；所述控制板还与所述放大电路相连，以向所述放大电路提供所述模拟电压；所述控制板还与所述供电组件相连，以接收所述供电组件提供的5V和15V直流输出电源；所述放大电路与所述控制板相连，以接收所述控制板发来的模拟电压，并将所述模拟电压放大之后，将放大后的电压提供给所述连续电控谐振腔，以在所述连续电控谐振腔的第一电极和第二电极之间产生电场；所述放大电路还与所述供电组件相连，以接收所述供电组件的200V直流输出电源。
进一步地，所述供电组件中包括依次相连的整流电路、滤波电路以及稳压电路，所述整流电路与所述220V交流电源相连，所述稳压电路的输出端提供5V、15V以及200V的直流输出电源。
进一步地，所述控制板中包括中央处理器和数模转换器，其中，所述中央处理器与所述上位机相连，以接收所述上位机下发的控制指令；所述中央处理器与所述数模转换器相连，以向所述数模转换器发送与所述控制指令相对应的数字信号，所述数字信号由所述数模转换器转换为所述模拟电压。
进一步地，所述控制板中还包括模数转换器，所述模数转换器分别与所述放大电路的输出端以及所述中央处理器相连；所述模数转换器用于对所述放大电路的输出电压进行采样，并将采样结果反馈至所述中央处理器，以使得所述中央处理器对发送的数字信号进行修正。
与现有技术相比，本申请的技术方案包含以下优点：本发明采用钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO4)作为同轴谐振腔填充介质材料，把介质填充材料做成空心圆柱形以适用同轴谐振腔体由内外导体组成的内部结构，并在空心圆柱形的介质材料的内外侧面加上电极。电极在不同的电压下，形成不同强度的电场，从而实现介电常数的改变，进而实现谐振腔谐振频率的调整。
附图说明
图1为本发明实施例提供的连续电控谐振腔的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的连续电控谐振腔的剖面图；
图3为本发明实施例提供的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种连续电控谐振腔，所述谐振腔包括由钛酸锶钡构成的圆柱体，所述圆柱体沿轴心线的方向开设有圆柱形空洞，所述圆柱体的外侧附有第一电极2，所述圆柱形空洞的内壁上附有第二电极4；其中，所述第一电极2与外导体1相接触，所述第二电极4与中心导体11相接触；所述谐振腔内还设置有第一耦合环141和第二耦合环142，其中，所述第一耦合环用于向所述谐振腔内输入微波信号，所述第二耦合环用于从所述谐振腔内输出微波信号。
请参阅图2，在本实施方式中，所述谐振腔内设置有与所述谐振腔的轴心线相垂直的上端盖124，所述上端盖124的中心开设有用于将所述中心导体11穿过的通孔；所述上端盖124上通过SMA接头15连接第一耦合环141和所述第二耦合环142。
在本实施方式中，所述中心导体11的上端通过联轴器22与电机21相连，所述中心导体11的主体111的下端呈倒锥形112，并且在所述中心导体的下端内嵌有探针113，所述探针113下方耦合有待测样品31。在图2中，腔体壁12到中心导体11的轴心之间的距离为b，中心导体11的主体111的宽度为2a，中心导体11的底端与上端盖124之间的距离为h。谐振腔的腔内19可以填充钛酸锶钡。
请参阅图3，本申请还提供一种控制系统，所述控制系统包括供电组件、放大电路以及控制板，其中：所述供电组件与220V交流电源相连，以将所述220V交流电源转换为5V、15V以及200V的直流输出电源；所述控制板与上位机相连，以接收所述上位机下发的控制指令，并生成与所述控制指令相对应的模拟电压；所述控制板还与所述放大电路相连，以向所述放大电路提供所述模拟电压；所述控制板还与所述供电组件相连，以接收所述供电组件提供的5V和15V直流输出电源；所述放大电路与所述控制板相连，以接收所述控制板发来的模拟电压，并将所述模拟电压放大之后，将放大后的电压提供给所述连续电控谐振腔，以在所述连续电控谐振腔的第一电极和第二电极之间产生电场；所述放大电路还与所述供电组件相连，以接收所述供电组件的200V直流输出电源。
在本实施方式中，所述供电组件中包括依次相连的整流电路、滤波电路以及稳压电路，所述整流电路与所述220V交流电源相连，所述稳压电路的输出端提供5V、15V以及200V的直流输出电源。
在本实施方式中，所述控制板中包括中央处理器和数模转换器，其中，所述中央处理器与所述上位机相连，以接收所述上位机下发的控制指令；所述中央处理器与所述数模转换器相连，以向所述数模转换器发送与所述控制指令相对应的数字信号，所述数字信号由所述数模转换器转换为所述模拟电压。
在本实施方式中，所述控制板中还包括模数转换器，所述模数转换器分别与所述放大电路的输出端以及所述中央处理器相连；所述模数转换器用于对所述放大电路的输出电压进行采样，并将采样结果反馈至所述中央处理器，以使得所述中央处理器对发送的数字信号进行修正。
在实际应用场景中，钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO4)材料既具有钛酸钡(BaTiO3)的高介电常数和低介质损耗，又具有钛酸锶(SrTiO3)结构稳定的特点，是非常理想的高压陶瓷电容器材料。其介电常数随温度和电场强度的变化而变化。本申请正是应用了其介电常数随其所受电场强度的增强而减小这一特性，通过控制其所受电场强度来调整其介电常数，进而控制谐振腔的谐振频率的。
本发明的所设计的谐振腔以1/4波长的同轴谐振腔为例展示其原理。其主要包括外导体、中心导体、耦合环或者耦合针，以及介质材料钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO4)。其中，钛酸锶钡介质材料被加工成中空的圆柱形，并中其内外侧面附上电极，最终使其能放入谐振腔的内外导体之间。在腔体的上部安装两个耦合环，分别用于微波的注入和调理后的微波输出
在本发明中，供电组件是由交变直电路整流电路、滤波电路以及稳压电路组成，其输为出5V、15V、200V直流电压，为芯片供电和提供电压基准。放大电路是主要包括线性放大和功率放大两部分。控制板主要包括中央处理器和一个16位的数模转换器(DAC)以及两个模数转换器(ADC)以及外围电路。其工作原理为：上位机向中央处理器发送控制指令(需要的电压值)，控制中央处理器向DAC发送对应的数字信号，经16位DAC转换为1-5V的模拟信号，模拟信号经过放大电路放大40倍，使得驱动电源板向压电促动器输出0-200V的直流信号，因为钛酸锶钡介质两端的电极板通电后会在其中间形成均匀电场，通过控制两极之间的电压从而控制谐振腔钛酸锶钡介质两端的电场强度，从而改变介电常数，进而改变谐振腔的谐振频率。为了保证输出电压的准确性，需在放大电路的电压输出端加模数转换器，将输出电压采样反馈到中央处理器，中央处理器可以通过Fuzzy-PID算法对输出电压进行修正。
与现有技术相比，本申请的技术方案包含以下优点：本发明采用钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO4)作为同轴谐振腔填充介质材料，把介质填充材料做成空心圆柱形以适用同轴谐振腔体由内外导体组成的内部结构，并在空心圆柱形的介质材料的内外侧面加上电极。电极在不同的电压下，形成不同强度的电场，从而实现介电常数的改变，进而实现谐振腔谐振频率的调整。
上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。
Claims (7)
1.一种连续电控谐振腔，其特征在于，所述谐振腔包括由钛酸锶钡构成的圆柱体，所述圆柱体沿轴心线的方向开设有圆柱形空洞，所述圆柱体的外侧附有第一电极，所述圆柱形空洞的内壁上附有第二电极；其中，所述第一电极与外导体相接触，所述第二电极与中心导体相接触；所述谐振腔内还设置有第一耦合环和第二耦合环，其中，所述第一耦合环用于向所述谐振腔内输入微波信号，所述第二耦合环用于从所述谐振腔内输出微波信号。
2.根据权利要求1所述的连续电控谐振腔，其特征在于，所述谐振腔内设置有与所述谐振腔的轴心线相垂直的上端盖，所述上端盖的中心开设有用于将所述中心导体穿过的通孔；所述上端盖上通过SMA接头连接所述第一耦合环和所述第二耦合环。
3.根据权利要求2所述的连续电控谐振腔，其特征在于，所述中心导体的上端通过联轴器与电机相连，所述中心导体的下端呈倒锥形，并且在所述中心导体的下端内嵌有探针，所述探针下方耦合有待测样品。
4.一种应用于如权利要求1至3中任一项所述的连续电控谐振腔的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括供电组件、放大电路以及控制板，其中：
所述供电组件与220V交流电源相连，以将所述220V交流电源转换为5V、15V以及200V的直流输出电源；
所述控制板与上位机相连，以接收所述上位机下发的控制指令，并生成与所述控制指令相对应的模拟电压；所述控制板还与所述放大电路相连，以向所述放大电路提供所述模拟电压；所述控制板还与所述供电组件相连，以接收所述供电组件提供的5V和15V直流输出电源；
所述放大电路与所述控制板相连，以接收所述控制板发来的模拟电压，并将所述模拟电压放大之后，将放大后的电压提供给所述连续电控谐振腔，以在所述连续电控谐振腔的第一电极和第二电极之间产生电场；所述放大电路还与所述供电组件相连，以接收所述供电组件的200V直流输出电源。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述供电组件中包括依次相连的整流电路、滤波电路以及稳压电路，所述整流电路与所述220V交流电源相连，所述稳压电路的输出端提供5V、15V以及200V的直流输出电源。
6.根据权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述控制板中包括中央处理器和数模转换器，其中，所述中央处理器与所述上位机相连，以接收所述上位机下发的控制指令；所述中央处理器与所述数模转换器相连，以向所述数模转换器发送与所述控制指令相对应的数字信号，所述数字信号由所述数模转换器转换为所述模拟电压。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述控制板中还包括模数转换器，所述模数转换器分别与所述放大电路的输出端以及所述中央处理器相连；所述模数转换器用于对所述放大电路的输出电压进行采样，并将采样结果反馈至所述中央处理器，以使得所述中央处理器对发送的数字信号进行修正。
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| PB01 | Publication | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20190322 Address after: 610000 North Section of Tianfu Avenue, Chengdu High-tech Zone, Sichuan Province, 1700, 3 blocks, 3 units, 9 floors, 910 Applicant after: Chengdu New Energy Technology Co., Ltd. Wall-E Address before: No.6 Building, 29 Kechuang Qijie, Daxing Economic and Technological Development Zone, Beijing, 100176 Applicant before: Yizhuang Beijing material Gene Research Institute Co Ltd |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180223 |