基于A(yíng)RM的微波頻率自動(dòng)測量系統設計

1.引言

通常微波所指的是分米波、厘米波和毫米波。關(guān)于其頻率范圍，一種說(shuō)法是：

300MHz ~ 300GHz(1MHz =106Hz,1GHz =109 )相應的自由空間中的波長(cháng)約為1m~1mm.

微波技術(shù)的興起和蓬勃發(fā)展，使得國內大多數高校都開(kāi)設微波技術(shù)課程。但還存在以下問(wèn)題：測量時(shí)，由手工逐點(diǎn)移動(dòng)探頭并記錄各點(diǎn)讀數，然后手工計算實(shí)驗結果并繪圖。測量項目單一、精度低、測量周期長(cháng)，操作也較為繁瑣。本文主要研究一種實(shí)用的基于Labview的速調管微波頻率自動(dòng)測量系統。

2.系統整體結構

系統的整體結構如圖2-1所示。由下位機跟上位機構成。微處理器通過(guò)驅動(dòng)電路來(lái)控制步進(jìn)電機，帶動(dòng)諧振式頻率計的套筒轉動(dòng)，處理器采樣檢波電流，傳送到上位機LabVIEW界面顯示，并利用PC機強大的數據處理功能，分析出電流最小值，計算出所測頻率。

3.系統硬件設計

3.1 微處理器系統電路的設計

本系統選用的微處理器是S3C44B0.2.5VARM7TDMI內核，3.0~3.6V的I/O操作電壓范圍?？赏ㄟ^(guò)PLL鎖相環(huán)倍頻高至66MHz;71個(gè)通用I/O口;內嵌有8通道10位ADC,本系統選取了通道1作為晶體檢波器電流輸入通道。

3.2 復位電路

系統沒(méi)有采用RC電路作為復位電路，而使用了電壓監控芯片SP708SE,提高了系統的可靠性。復位電路的RST 端連接到S3C44B0的復位引腳nRESET,因為S3C44B0的復位信號是低電平有效，所以當系統掉電或復位按鍵SW_RST被按下時(shí)，電源監控芯片RST 引腳立即輸出復位信號，使S3C44B0芯片復位。

3.3 諧振式頻率計自動(dòng)測量電路的設計

3.3.1 定標法測頻率原理

為了實(shí)現頻率的自動(dòng)化測量，本系統采用步進(jìn)電機帶動(dòng)頻率計的轉動(dòng)，當腔體轉到了諧振位置時(shí)候，到達檢波器的微波功率明顯下降，檢波電流出現明顯的下降，而這個(gè)位置對應的頻率就是所測頻率。步進(jìn)電機帶動(dòng)下的是非只讀式頻率計，所以先要用定標的方法，擬合出頻率與刻度的對應關(guān)系式。定標法：同時(shí)配合兩種頻率計，一種是只讀式的，可直接讀出頻率;另一種是非只讀式的，只有刻度，不能直接讀出頻率。首先手動(dòng)轉動(dòng)非只讀式頻率計到一個(gè)諧振的位置，記錄這時(shí)的刻度，然后再轉動(dòng)只讀式頻率計，到另外一個(gè)諧振位置，記錄對應的頻率。重復這種操作，測出盡量多的頻率和刻度對應點(diǎn)，根據測得數據再用最小二乘法擬合出兩者的對應關(guān)系式。最后改換用步進(jìn)電機帶動(dòng)非只讀式頻率計轉動(dòng)，當轉動(dòng)到檢波電流出現明顯的“吸收谷”時(shí)，讀得這時(shí)的刻度，根據擬合出來(lái)的刻度與頻率關(guān)系式，就可得所測頻率。

3.3.2 步進(jìn)電機及自動(dòng)控制電路

步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗一點(diǎn)講：當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數來(lái)控制角位移量，從而達到準確定位的目的;同時(shí)可通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機轉動(dòng)的速度，達到調速的目的。

本系統采用二相步進(jìn)電機，具有如下一些特點(diǎn)：只需將電機與驅動(dòng)器接線(xiàn)的A+和A-(或者B+和B-)對調即可實(shí)現電機的轉動(dòng)方向;步進(jìn)角為1.8°的兩相四線(xiàn)混合式步進(jìn)電機，并把細分驅動(dòng)器的細分數設置為8,電機的運轉分辨率為每個(gè)脈沖0.225°。為了有效驅動(dòng)電機，本文采用了基于TA8435H芯片的驅動(dòng)電路。實(shí)際應用電路如下圖3-2所示，芯片的輸入信號有使能控制、正反轉控制和時(shí)鐘輸入。

通過(guò)光耦器件TLP521可將驅動(dòng)芯片跟輸入級進(jìn)行電隔離，起到邏輯電平隔離和保護作用。

M1,M2分別接高電平，所以為1/8細分方式。

由于REF IN引腳接高電平，因此VNF為0.8V.

輸出級斬波電流為VNF/RNF=0.8/0.8=1A,因此R212、R213要選用功率大一些的電阻。選用不同的二相步進(jìn)電機時(shí)，應根據其電流大小選擇合適的R212和R213.R21和C5組成復位電路，D1~D4快恢復二極管可用來(lái)泄放繞組電流。

電路中用到微處理器S3C44B0引腳PC0,PC1,PC2給驅動(dòng)電路分別輸出使能，正反轉，時(shí)鐘信號，通過(guò)控制輸出脈沖的間隔可以控制電機轉動(dòng)的速率，而輸出脈沖個(gè)數可控制步進(jìn)電機走動(dòng)的步數，達到控制頻率計腔體位置目的。電路輸出端口A(yíng), A, B, B接二相步進(jìn)電機對應輸入端子。

3.3.3 檢波電流I/V轉換及放大電路

檢波晶體的作用是將微波微弱信號轉換成直流信號。故可觀(guān)察檢波電流是否出現“吸收波谷”來(lái)判斷腔體是否到達諧振位置。本系統將檢波電流經(jīng)過(guò)處理之后傳送到上位機的LabVIEW界面顯示，觀(guān)察是否到諧振位置。

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