[发明专利]一种频率幅度相位快速可调型微波发生器

说明书

技术领域

本发明涉及微波发生器的技术领域，具体涉及一种频率幅度相位快速可调型微波发生器，该微波发生器可用于X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪。

背景技术

脉冲式电子顺磁共振谱仪中，微波发生器用来产生微波信号，激励测试样品中的未成对电子，从而产生顺磁共振信号。随着电子顺磁共振应用领域不断扩展，微波发生器需要满足越来越苛刻的性能指标和功能要求。不仅要求微波的参数有很高的精度，而且要求微波的频率、幅度和相位能够具备纳秒量级的实时精确调制能力。

目前商用X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪中的微波发生器缺乏对微波的频率幅度和相位进行实时调制的能力。图1所示为目前国际脉冲式电子顺磁共振谱仪的唯一制造商Bruker公司出品的型号为ELEXSYS E580的商用X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪中的微波产生装置的原理框图。该装置能够产生+X，-X，+Y，-Y四个通道的微波信号，这四个通道微波的幅度和频率相同且可以预设，相位固定，不可更改。同时谱仪包含一个低频段的ELDOR微波通道，其幅度和相位在预配置时可以做一定调整。谱仪在进行脉冲电子顺磁共振实验时，无法对这些通道的幅度和相位进行实时的调制。

ELEXSYS E580谱仪提供MPFU(Microwave Pulse Forming Unit)单元选件。每一个单元包含两个通道，这两个通道均包含衰减器和相移器，可以在预配置阶段设定微波的功率和相位，MPFU单元的存在使谱仪的微波调制能力有所提高，但是仍然远远无法满足前沿科学研究的需求。在某些应用场合，需要产生参数实时变化的微波波形时(比如高斯波)，ELEXSYS E580谱仪无法胜任。

与此同时，现有的可以产生微波的产品大都不具有纳秒量级的快速频率、幅度和相位调制能力，而具有此能力的装置(如任意波发生器)则往往无法直接产生X波段的微波信号。而能产生X波段频率幅度相位任意调制的微波的装置(如矢量发生器)，则往往售价昂贵且体积庞大，难以集成到X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪系统中。

发明内容

本发明的目的是要解决：现有的X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪中的微波发生器所缺乏的对所产生微波的频率、幅度和相位进行纳秒级快速精确调制的能力，本发明提供一种频率幅度相位快速可调型微波发生器，该微波发生器可用于X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪。

本发明提供的技术方案为：一种频率幅度相位快速可调型微波发生器，该微波发生器可应用于X波段脉冲式电子顺磁共振谱仪中，其能够产生频率、幅度、相位可快速精确调制的X波段微波信号，该微波发生器包括控制模块和频率搬移模块，其中，

控制模块，其包括单片机、可编程逻辑器件和对外高速接口；该控制模块控制直接数字频率合成器或者任意波形发生器，使其产生频率、幅度、相位可快速精确调制的低频基带信号；

频率搬移模块，其将上述低频基带信号搬移到了X波段，从而实现了产生频率幅度相位纳秒级实时精确可调的X波段微波的功能。

进一步的，所述控制模块具有两种配置模式：通过串口进行的预配置模式和通过并行口进行的实时配置模式。

进一步的，当所述的控制模块处于串行预配置模式时，又具有三种子模式：

a)单频模式

在该模式下，用户通过串口将选定的频率，幅度和初始相位预先提供给直接数字频率合成器，然后通过串口在八组参数中进行慢速的选择，也可以通过对外高速接口进行高速的切换，其中，切换的频率可达250MHz，即频率幅度相位切换速度达到纳秒量级；

b)数字斜坡模式

在该模式下直接数字频率合成器可以输出频率或是幅度或是相位连续线性变化的波形；在输出前，可以通过串口对线性变化的速度和范围进行设定；在输出过程中，可以通过外部触发改为反向线性变化或是暂停；外部触发在我们的设计中可以通过串口或对外高速接口实现，使用对外高速接口时触发频率可以达到250MHz甚至是1GHz；

c)任意波形模式

在该模式下，用户可以通过串口将预配置的最多八个任意波形序列写入DDS的RAM中，并将对应的其他参数写入参数寄存器中，并通过外部高速接口实现播放控制；外部播放控制包括启动与停止以及八个任意波形序列之间的切换，其频率同样可以达到250MHz。