针对无源Wi-Fi放射源管理的双频基站的制作方法

针对无源wi
‑
fi放射源管理的双频基站
技术领域
1.本实用新型涉及电磁波能量收集领域，尤其涉及针对无源wi
‑
fi放射源管理的双频基站。


背景技术：

2.放射源是指使用放射性物质制成的能够产生照射或者辐射的实体或物质，在国防、医疗、科研、工业、农业、能源等多个领域都有着广泛的应用，对维护国防安全、促进国民经济和社会发展发挥着重要作用。但是一旦放射源失控，会对环境造成放射性污染，引起社会恐慌，因此加强对放射源的监控和管理非常重要。
3.然而，能量收集(energy harvesting,eh)是实现放射源管理等低功耗电路系统长期免维护运行的一项关键技术。通过捕获环境中的这些能量，可以让低功耗电子器件正常工作。而在这些微功率能源中，来自射频发射器的能量具有独特的优势。
4.在这个过程中双频基站不仅要为各个放射源监测节点提供射频能量收集的能量来源，而且要为这些监测节点提供无源wi
‑
fi通信所需的射频载波。而双频基站的设计难点主要在于如何实现步进点切换和功率控制。


技术实现要素：

5.有鉴于此，针对以上技术问题，本实用新型提供的一种针对无源wi
‑
fi放射源管理的双频基站。
6.本实用新型提供的针对无源wi
‑
fi放射源管理的双频基站，包括：
7.频率信号源产生单元、衰减控制单元、主控单元和功率放大单元；
8.所述频率信号源产生单元包括两组频率，分别为第一频率信号产生单元和第二频率信号产生单元；所述衰减控制单元包括第一模拟衰减单元、第二模拟衰减单元和第一数控衰减单元、第二数控衰减单元；所述功率放大单元包括第一末级功率放大单元、第二末级功率放大单元和推动级放大单元；
9.所述主控单元与第一频率信号产生单元电性连接；所述第一频率信号产生单元与所述推动级放大单元电性连接；所述推动级放大单元与所述第一模拟衰减单元电性连接；所述第一模拟衰减单元与第一开关选择单元电性连接；所述第一开关选择单元与第一末级功率放大单元或者第一ook调制接口中的任意一个电性连接；所述第一末级功率放大单元与耦合单元电性连接；所述耦合单元与检波单元电性连接；所述检波单元与所述主控单元电性连接；
10.所述主控单元与第二频率信号产生单元电性连接；所述第二频率信号产生单元与第二模拟衰减单元电性连接；所述第二模拟衰减单元与第二开关选择单元电性连接；所述第二开关选择单元与第二末级功率放大单元或者第二ook调制接口中的任意一个电性连接；
11.所述主控单元与数模转换单元电性连接；所述数模转换单元与所述第一模拟衰减
单元和第二模拟衰减单元电性连接。
12.进一步地，第一频率信号产生单元的频段范围为410mhz至440mhz；第二频率信号产生单元的频段范围为2390mhz至2459mhz。
13.进一步地，所述主控单元通过串口uart与usb接口电性连接；所述主控单元通过串口uart和wifi与键盘电性连接。
14.进一步地，晶振与所述第一频率信号产生单元和第二频率信号产生单元电性连接。
15.所述第一开关选择单元和所述第二开关选择单元均为单刀双掷开关。
16.本实用新型提供的有益效果是：实现了双频基站的步进频点切换和功率控制。
附图说明
17.图1是本实用新型针对无源wi
‑
fi放射源管理的双频基站结构图。
具体实施方式
18.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。
19.请参考图1，针对无源wi
‑
fi放射源管理的双频基站，包括以下：
20.频率信号源产生单元、衰减控制单元、主控单元和功率放大单元；
21.所述频率信号源产生单元包括两组频率，分别为第一频率信号产生单元和第二频率信号产生单元；所述衰减控制单元包括第一模拟衰减单元、第二模拟衰减单元和第一数控衰减单元、第二数控衰减单元；所述功率放大单元包括第一末级功率放大单元、第二末级功率放大单元和推动级放大单元；
22.所述主控单元与第一频率信号产生单元电性连接；所述第一频率信号产生单元与所述推动级放大单元电性连接；所述推动级放大单元与所述第一模拟衰减单元电性连接；所述第一模拟衰减单元与第一开关选择单元电性连接；所述第一开关选择单元与第一末级功率放大单元或者第一ook调制接口中的任意一个电性连接；所述第一末级功率放大单元与耦合单元电性连接；所述耦合单元与检波单元电性连接；所述检波单元与所述主控单元电性连接；
23.所述主控单元与第二频率信号产生单元电性连接；所述第二频率信号产生单元与第二模拟衰减单元电性连接；所述第二模拟衰减单元与第二开关选择单元电性连接；所述第二开关选择单元与第二末级功率放大单元或者第二ook调制接口中的任意一个电性连接；
24.所述主控单元与数模转换单元电性连接；所述数模转换单元与所述第一模拟衰减单元和第二模拟衰减单元电性连接。
25.双频基站主要完成410mhz～440mhz和2390mhz～2459mhz两个频段的频率和功率可调步进发射，可通过按键、usb串口和wi
‑
fi三种控制方式控制输出信号频率和功率，同时有相应输出指示和显示屏，并预留两个频段的ook调制接口。
26.本实用新型重点解决双频基站的步进频点切换和功率控制问题。步进频点切换采用集成vco锁相环构架进行设计，保证其具有极低的相位噪声和频率稳定度。功率控制采用
数控衰减器和模拟衰减器联合控制，实现功率的稳定控制。
27.双频基站由晶体振荡器产生高稳定度的参考信号提供锁相环芯片(即频率信号产生单元)，通过单片机控制输出频率。
28.优选的，晶体振荡器可采用t100v
‑
010.0m温补晶振，高稳定度的参考信号可以保证输出信号具有较好的频率稳定性，其精度在中心频率
±
100hz内可调，输出lvcmos电平，频率温度稳定度为
±
0.1ppm。
29.第一频率信号产生单元和第二频率信号产生单元均选择ad公司集成 vco锁相环芯片adf4350，该芯片工作频段137.5m～4400m，可以覆盖载波信号源的两个频段，通过单片机来控制输出频率。
30.对于410mhz～440mhz频带(即第一频率信号产生单元的频带)，由于步进频率较小，采用小数分频fractional
‑
n模式，实现5khz频率步进。通过主控单元将adf4350鉴相频率选择5mhz，采用8分频输出，模数mod设置为 125，可实现步进5khz的需求。
31.对于2390mhz～2459mhz频带(即第二频率信号产生单元的频带)，由于步进频率较大，采用整数分频模式，实现1mhz频率步进。adf4350的鉴相频率选择1mhz，可实现步进1mhz的需求。
32.为了实现20dbm～33dbm的输出功率，并实现0.1dbm的步进控制，首先需要进行低频段、高频段的通道链路增益预算，在410mhz～440mhz频段，推动级放大单元选择集成放大器芯片bg20a，其在带内增益约23db左右， op1db为20dbm左右，功耗约5v/83ma。第一末级功率放大单元选择集成放大器芯片rfpa3800。工作频率150mhz～960mhz，参考450mhz左右的参数， rfpa3800在带内的1db压缩点大于36dbm，满足最大33dbm的输出功率要求。
33.在2390mhz～2459mhz频段，第一末级功率放大单元选择集成放大器芯片rfpa2026直接放大，参考其在2600mhz左右的参数，预计带内1db压缩点大于33dbm，增益大于37db，满足最大33dbm的输出功率要求。
34.功率控制部分采用模拟衰减器联合控制。第一模拟衰减单元和第二模拟衰减单元均选择rfsa2013，通过数模转换单元dac8531精确控制压控电压，0.1 db步进，35db控制范围。
35.第一末级功率放大单元和第二末级功率放大单元的输出信号经耦合单元耦合衰减后送至检波单元，使得检波单元输入功率在
‑
35dbm～
‑
22dbm(对应输出功率20～33dbm)，检波单元检波得到输出直流电压，经过采样至主控单元，得到输出功率的反馈值。主控单元根据反馈值调整数模转换单元dac8531的输出，最终使得功放输出等于设定值。
36.检波单元选择adi的ad8314，频率使用范围从100mhz～2.7ghz。
37.为了实现ook(on
‑
off keying)调制功能，设计中采用开关选择单元(包括第一开关选择单元和第二开关选择单元)单刀双掷射频开关控制载波信号的导通与断开，由调制信号控制开关通断。当调制信号为高电平1时，开关导通，当调制信号为低电平0时，开关关断，从而实现ook调制功能。
38.单刀双掷开关选择hmc349，工作频段dc～4ghz，可以覆盖两个频段的要求，在410mhz～440mhz和2390mhz～2459mhz两个频带内插损最大分别为0.9db和1.2db，隔离度大于50db，控制电平低电平为0v～0.8v，高电平为 2v～vdd。
39.双频基站可通过按键、usb串口和wi
‑
fi三种控制方式控制输出信号频率和功率，
另外可以根据实际需求配置显示屏以方便对输出信号进行显示。
40.下面介绍本实用新型双频基站通过按键实现调制的流程。
41.该双频基站的系统上电后，主控单元对键盘外设(键盘外设可以为内置的键盘，也可以为计算机对应的键盘；若为内置键盘，则其连接方式不需要wifi，直接电性连接即可，若为计算机对应的键盘，则计算机的键盘通过wifi模块与主控单元通信)进行初始化，之后等待用户输入wi
‑
fi的ssid，若没有设定则 10秒后使用默认ssid。之后主控单元初始化wi
‑
fi模块、pll和dac、adc。初始化完成后，mcu对进行按键扫描，根据按键设定对射频配置和显示进行更改。上位机的指令通过wi
‑
fi或者usb
‑
uart发送控制指令至mcu，触发 mcu的串口中断，mcu根据指令对射频配置进行更改，并对显示进行更新
42.(1)射频初始化
43.射频初始化完成板上两片pll和两片dac(控制压控衰减器)的控制，完成pll和dac的上电初始化配置，将两个pll分别初始化到410 mhz和2390mhz，将衰减初始为最小输出功率(20dbm)
44.并将射频开关切置打开状态。
45.(2)按键及显示初始化
46.按键及显示初始化完成矩阵键盘gpio的初始化以及oled显示屏配置的初始化，并在相应区域显示相应字符。
47.(3)串口及wi
‑
fi模块初始化
48.串口初始化完成串口波特率的初始化并开启串口中断。wi
‑
fi模块初始化将 wi
‑
fi模块初始化为ap模式，并开启串口透传模式。
49.(4)射频配置子程序
50.射频配置子程序根据射频参数_new中的参数对pll的频率和dac进行重新配置，配置完成后通过adc采样检波器的输出检测设定输出，若设定输出和反馈结果不一致，则根据反馈结果调整dac的输出电压直至设定输出等于实际输出。配置完成后串口发送0xaa0x01 0x55表示配置成功。
51.(5)串口中断服务程序
52.串口中断服务函数中，完成串口命令的解帧和射频参数更改标志的更改。其中，串口发送命令的帧格式为：串口共发送6次：首先发送一个字节帧头(0xaa)，然后发送通道选择和通道开关字节，之后发送两个字节的频率控制字，再发送一个字节的功率控制字，最后发送一个字节帧尾(0x55)，完成一次发送操作。若发送无效配置参数，则串口会返回0xaa 0x00 0x55；若发送的命令有效，则在射频配置完成后，返回0xaa 0x01 0x55。
53.对于(410mhz～440mhz)的低频通道，定义410m对应的fre[15:0]为 0x0000，频率每增加一个步进(5khz)，fre[15:0]的值加一，例如410.010mhz对应的fre[15:0]为0x0002；
[0054]
对于2390mhz～2459mhz的高频通道，定义2390m对应的fre[15:0]为 0x0000，频率每增加一个1mhz步进，fre[15:0]的值加一，例如2395mhz对应的fre[15:0]为0x0005。
[0055]
对于功率控制字，定义20dbm对应的pwr[7:0]为0x00，功率每增加0.1dbm， pwr[7:0]增加1，例如30dbm对应的pwr[7:0]为0x64。
[0056]
本实用新型的有益效果是：实现了双频基站的步进频点切换和功率控制。
[0057]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用
新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。