本發(fā)明涉及大功率微波技術(shù)，特別是一種基于包絡(luò)波形特征的大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
大功率微波被廣泛應(yīng)用于電子通信、等離子體加熱、受控?zé)岷司圩?、工業(yè)材料處理等領(lǐng)域，具有十分重要的應(yīng)用前景。在上述各種微波系統(tǒng)中，均會(huì)涉及到大功率微波信號在傳輸波導(dǎo)中的傳輸問題。由于傳輸波導(dǎo)中能量密度較大，環(huán)境的溫度、濕度，波導(dǎo)耐受場強(qiáng)，負(fù)載狀態(tài)變化等因素都可能會(huì)造成空氣擊穿打火，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成傳輸波導(dǎo)或者微波源設(shè)備損壞，帶來十分嚴(yán)重的后果。因此進(jìn)行大功率傳輸波導(dǎo)中的打火保護(hù)，及時(shí)切斷功率激勵(lì)和電源系統(tǒng)，對于提高大功率系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。
目前的傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)手段中，最常用的是基于駐波保護(hù)方式，通過雙向耦合器提取傳輸波導(dǎo)中的正向、反向信號，并檢測正、反向耦合信號功率的比值v正向/v反射，當(dāng)?shù)陀谝欢ㄩ撝禃r(shí)，即認(rèn)為駐波系數(shù)過大。但是對于不同的大功率傳輸系統(tǒng)、工作頻率、耦合器頻響曲線，需要進(jìn)行繁瑣的頻響校正和測試工作。另外也有基于頻域特征的諧波檢測保護(hù)手段，由于空氣擊穿打火形成的空間等離子體會(huì)調(diào)制正、反向傳輸波，引起新頻譜成分。但是這種檢測手段裝置復(fù)雜，需要邊緣陡峭的濾波器和大動(dòng)態(tài)范圍的低頻檢波器，如高動(dòng)態(tài)檢波二極管等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種基于包絡(luò)波形特征的大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置，該裝置簡單通用化，能夠?qū)崿F(xiàn)在空氣擊穿打火初期數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)完成保護(hù)響應(yīng)，解決了傳統(tǒng)駐波保護(hù)、諧波檢測方式的不足，能提高大功率微波傳輸系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種基于包絡(luò)波形特征的大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置，其特征在于：所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的信號輸入端連接傳輸波導(dǎo)中的耦合器，大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的信號輸出端連接至功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)；當(dāng)發(fā)生傳輸波導(dǎo)空氣擊穿打火時(shí)，所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置送出保護(hù)光信號給功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)，完成保護(hù)響應(yīng)動(dòng)作；
包括微波檢波器、低通濾波器、波形處理判斷模塊，微波檢波器的信號輸入端通過微波傳輸線纜連接前端耦合器的信號輸出端，低通濾波器的輸入端連接微波檢波器的信號輸出端，波形處理判斷模塊的信號輸入端連接低通濾波器的信號輸出端，波形處理判斷模塊的信號輸出端連接至功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)。
所述耦合器為大功率雙向耦合器，用于提取傳輸波導(dǎo)中的正向、反向信號，耦合器的寬帶特性與工作頻段一致。
所述微波檢波器對通過微波傳輸線纜傳輸?shù)恼?、反向信號進(jìn)行檢波，通過包絡(luò)檢波得到檢波波形；所述微波檢波器的工作頻率與工作頻段一致，且具有較大的視頻帶寬，能適用于短脈沖到cw工作模式的傳輸系統(tǒng)。
在保證檢波基本波形前提下，所述低通濾波器用于濾出檢波波形上面毛刺、雜波或者檢波過程中的諧波信號，避免對后續(xù)波形采集和處理判斷造成影響；根據(jù)檢波波形特性優(yōu)化設(shè)計(jì)，所述低通濾波器選取合適的截止頻率。
所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想是基于時(shí)域的包絡(luò)波形檢測手段，相比基于頻譜諧波特征的諧波檢測，結(jié)構(gòu)更加簡單。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)際系統(tǒng)測試，傳輸波導(dǎo)打火對應(yīng)到檢波波形上，最明顯的特征就是脈沖檢波波形垮塌或者凹陷。傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置即通過監(jiān)測波形電平的變化，來實(shí)現(xiàn)打火保護(hù)。所述波形處理判斷模塊是傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置中的重要環(huán)節(jié)，對經(jīng)過低通低通濾波器后的檢波信號進(jìn)行分析處理和判斷，具體是：在給定正常的脈沖寬度、重復(fù)頻率和電平范圍后，通過adc不斷采集波形幅度，并通過電平分析比較，當(dāng)由于傳輸波導(dǎo)空氣擊穿打火而導(dǎo)致脈沖內(nèi)幅度異常時(shí)，及時(shí)送出保護(hù)信號。
本發(fā)明的有益效果如下：
本發(fā)明基于時(shí)域波形特征，設(shè)計(jì)了一種簡單通用化的傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)方案，相比于傳統(tǒng)駐波檢測方案，省去了復(fù)雜的頻響校正流程和測試；經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)測試和驗(yàn)證，具有較高的準(zhǔn)確性和有效性，能在數(shù)微秒的時(shí)間內(nèi)快速切斷供電系統(tǒng)；能夠適用于各種頻段大功率微波傳輸系統(tǒng)，簡單且具備普遍適用性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的原理示意圖。
圖中附圖標(biāo)記為：1—微波傳輸線纜，2—微波檢波器，3—低通濾波器，4—波形處理判斷模塊。
具體實(shí)施方式
一種基于包絡(luò)波形特征的大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置，所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的信號輸入端連接傳輸波導(dǎo)中的耦合器，大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的信號輸出端連接至功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)；當(dāng)發(fā)生傳輸波導(dǎo)空氣擊穿打火時(shí)，所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置送出保護(hù)光信號給功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)，完成保護(hù)響應(yīng)動(dòng)作。
所述大功率傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置包括微波檢波器2、低通濾波器3、波形處理判斷模塊4，微波檢波器2的信號輸入端通過微波傳輸線纜1連接前端耦合器的信號輸出端，低通濾波器3的輸入端連接微波檢波器2的信號輸出端，波形處理判斷模塊4的信號輸入端連接低通濾波器3的信號輸出端，波形處理判斷模塊4的信號輸出端連接至功率激勵(lì)和供電系統(tǒng)。
如圖1所示，首先根據(jù)大功率微波傳輸系統(tǒng)的工作頻段，設(shè)計(jì)對應(yīng)的帶寬的大功率耦合器，實(shí)現(xiàn)對傳輸波導(dǎo)中正向、反向信號的提取，然后通過微波檢波器2實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波，得到傳輸?shù)臅r(shí)域波形。微波檢波器2的工作頻率也應(yīng)與工作頻段一致，且具有較大的視頻帶寬。
檢波波形后續(xù)通過低通濾波器3，濾出其中的毛刺和其他雜波或檢波過程中的諧波信號，避免對波形處理造成影響。經(jīng)過低通濾波器3后的檢波信號，送入波形處理判斷模塊4進(jìn)行分析。傳輸波導(dǎo)打火保護(hù)裝置的處理判斷思路是基于時(shí)域的包絡(luò)波形檢測手段，針對檢波波形垮塌或者凹陷特征。即通過監(jiān)測波形電平的變化，來實(shí)現(xiàn)檢測和保護(hù)。在給定正常的脈沖寬度、重復(fù)頻率和電平范圍后，通過不斷采集波形幅度，并通過電平分析比較，當(dāng)由于空氣擊穿傳輸波導(dǎo)打火導(dǎo)致脈沖內(nèi)幅度異常時(shí)，及時(shí)送出保護(hù)信號至供電系統(tǒng)，快速的切斷高壓系統(tǒng)，保護(hù)大功率微波系統(tǒng)的安全。
最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。