MMC-6120-W10, FET1-FET3為單結晶體管，R12-R16為電阻，C7-C12為電 容，Ll-LlO為電感。
[0031] 圖3所示的前置放大電路輸出為33dBm。
[0032] 在本實施例中，射頻驅動模塊采用國產(chǎn)國光B系列行波管，輸出功率可達到 15001
[0033] 本實施例的工作原理如下： 一、鎖相環(huán)芯片U4內(nèi)部的分頻器設計 鎖相環(huán)芯片U4內(nèi)部設有22位的分數(shù)模數(shù)寄存器，程序分頻寄存器有：RF_N(10:0)表 示N.F的整數(shù)部分，RF_FN(21:0)表示N.F小數(shù)部分的分子，RF_FD(21:0)表示N.F小數(shù) 部分的分母，RF_R(5:0)為參考分頻器。在本實施例中，要求輸出頻率為8~14 GHz，頻率分 辨率為100 Hz。采用4~7 GHz YTO，在輸出級加上二倍頻電路，在鎖相環(huán)芯片U4的射頻 輸入端增加四分頻器U3。鎖相環(huán)芯片U4內(nèi)使用倍頻控制，RF_R固定為1，RF_FD固定為 4000000,則按照下述公式（1)計算本裝置輸出頻率f Q; =IQxlI RF _Rx(RF__N\ RF _FN I RF _FD)^\k1{MHz) ? O X 2 X (RF _ N f RF _ FM14000<MKi x 4 x 2{MHz) (I) 公式（I)中X4)C2是由于鎖相環(huán)電路中增加了四分頻器和最終輸出端增加了二倍頻 電路。當RF_N=50，RF_FN=0時，鎖相環(huán)芯片U4的頻率為1GHz，本裝置輸出頻率為8 GHz。當 RF_N=87, RF_FN=2000000時，鎖相環(huán)芯片U4的頻率為1750 MHz，本裝置輸出頻率為14GHz。 本裝置的分辨率20MHz /4000000X8=40Hz，滿足應用要求。RF_N的選擇范圍為50~87，RF_ FN的選擇范圍為0~3999999。
[0034] 二、鎖相環(huán)芯片U4內(nèi)部的數(shù)字鑒相器 該鑒相器采用小數(shù)分頻，最大鑒相頻率限于50 MHz，本實施例實際使用20MHz。設計 鑒相頻率需要折中考慮，如果鑒相頻率太高，雖然相位噪聲可以降低，但鎖定時間會延長很 大，同時頻率分辨率性能降低。該鑒相器之后是充電泵，其輸出為高阻電流，經(jīng)過低通濾波 器輸出頻率控制信號，再經(jīng)過YTO副線圈驅動電路驅動YTO產(chǎn)生所需頻率。
[0035] 三、調諧振蕩器YTO及其驅動電路 YTO由于具有比VCO更好的性能因此在微波儀器中得到廣泛的應用。YTO內(nèi)部具有 主、副線圈，相應地外部需要主線圈驅動電路和副線圈驅動電路，YTO主線圈引起頻率的大 范圍變化，副線圈帶動頻率的微小變化，從而獲得更好的性能。主線圈驅動電路的控制電壓 由單片機按公式（3 )計算出相應的電壓，再通過DAC7545進行設置，公式（2 )中左是 常量，由YTO特性確定。
[0036] r=(f^m..........................................??⑵ YTO的副線圈是為了 YTO輸出頻率的微小變動，因此副線圈控制電壓由鑒相器輸出的 兩路頻率相位差值再通過低通濾波后的電壓來控制，從而達到輸出信號源的頻率和參考晶 振頻率有固定的相位關系，即使得鎖相環(huán)鎖定在固定的頻率上。
[0037] &為本裝置頻率輸出值（8-14GHZ)，也就是說&定了，本裝置的輸出頻率范圍就定 了，例如10GHz。f為根據(jù)霧霾顆粒大小而輸出的頻率，如果蘆 <，那么就是本裝置設定的 輸出。如果/辛4那么根據(jù)上面的公式（3)算出的V就可以通過單片機來進行頻率調整， 本實施例的輸出頻率的可調范圍在8-14GHZ范圍，對艮據(jù)鎖相環(huán)確定。
[0038] 四、單片機控制 單片機Ul主要實現(xiàn)人機接口和鎖相環(huán)控制，采用C8051F120,其內(nèi)核為100 MIPS的 8051微控制器。通過SPI接口和人機接口芯片ZLG7289獲得輸入的頻率值，按照該頻率 值計算鎖相環(huán)芯片U4 (LMX2485 )對應的寄存器值，然后按圖4所示時序進行LMX2485的 三線配置，LMX2485自動進行鎖相跟蹤，最終鎖定于設置的頻率值。頻率值及鎖定結果通過 顯示屏（ZLG7289)顯示。當LE信號為高電平時，存儲在移位寄存器的數(shù)據(jù)加載到內(nèi)部鎖存 器，用于鎖相環(huán)路使用。
[0039] 單片機Ul針對輸入的頻率值計算YTO主線圈對應的控制電壓，通過D/A轉換器 (DAC7545 )輸出。AD7545是12 bit分辨率的單電壓控制CMOS數(shù)模轉換芯片，參考電壓 設為12 V，單片機Ul通過并行接口即可方便地進行控制。
[0040] 人機交互電路主要實現(xiàn)信息的輸入、數(shù)據(jù)顯示及警示作用，采用ZLG7289實現(xiàn)，其 內(nèi)部包含數(shù)碼管顯示驅動及鍵盤掃描管理電路，可直接驅動8位共陰式數(shù)碼管或64個獨立 LED，同時還可以掃描管理多達64個按鍵，采用SPI串行總線與單片機Ul接口。本裝置頻 率最大為14GHz，因此采用兩個ZLG7289并接實現(xiàn)。
[0041] 五、鎖相環(huán)（見圖2) YTO輸出頻率通過四分頻器U3進行四分頻后進入LMX2485的射頻輸入。兩路信號通 過內(nèi)部鑒相器鑒相，充電泵輸出后，再通過低通濾波器和運算放大器U6去控制YTO副線 圈驅動。
[0042] 具體實現(xiàn)時，由于工作頻率較高，電路板需要四層以上。
[0043] 六、本裝置的軟件 本裝置的程序流程圖如圖5所示，由鍵盤輸入設定頻率^后經(jīng)單片機Ul計算后配置 LMX2485小數(shù)分頻數(shù)字鎖相環(huán)電路和D/A轉換器，然后經(jīng)過鎖相環(huán)電路的跟蹤鎖定，使得 YTO輸出需要的頻率。
【主權項】
1. 一種利用大功率微波電磁波消除霧霾的裝置，其特征在于包括單片機Ul、D/A轉換 器、YTO主線圈驅動電路、調諧振蕩器YTO、二倍頻電路、前置功放電路、射頻驅動模塊、天 線、參考頻率晶振U2、四分頻器U3、鎖相環(huán)電路、低通濾波器、YTO副線圈驅動電路、鍵盤和 顯不屏； 所述鍵盤和顯示屏分別接單片機Ul的相應接口；所述單片機Ul的一路輸出依次經(jīng)D/A轉換器、YTO主線圈驅動電路接調諧振蕩器YTO的主線圈，所述調諧振蕩器YTO的輸出端 分別接二倍頻電路和四分頻器U3的輸入端，所述四分頻器U3的輸出端接鎖相環(huán)電路的射 頻輸入端，所述參考頻率晶振U2的輸出端接鎖相環(huán)電路的相應輸入端，所述鎖相環(huán)電路的 輸出端依次經(jīng)低通濾波器、YTO副線圈驅動電路接調諧振蕩器YTO的副線圈； 所述二倍頻電路的輸出端依次經(jīng)前置功放電路、射頻驅動模塊接天線。
2. 根據(jù)權利要求1所述的利用大功率微波電磁波消除霧霾的裝置，其特征在于所述 單片機Ul的型號為C8051F120,D/A轉換器的型號為DAC7545,調諧振蕩器YTO的型號為 AvantekS080-0655,四分頻器U3 的型號為HMC433。
3. 根據(jù)權利要求2所述的利用大功率微波電磁波消除霧霾的裝置，其特征在于所述參 考頻率晶振U2采用高精度溫補IOMHz晶振，其型號為3225。
4. 根據(jù)權利要求3所述的利用大功率微波電磁波消除霧霾的裝置，其特征在于所述鎖 相環(huán)電路由小數(shù)分頻數(shù)字鎖相環(huán)芯片U4及其外圍元件電阻R1-R6、電容C1-C3組成；所述 小數(shù)分頻數(shù)字鎖相環(huán)芯片U4的輸入端6-8腳、12腳分別經(jīng)電阻R1-R6接單片機Ul的I/O 口U5,所述小數(shù)分頻數(shù)字鎖相環(huán)芯片U4的射頻輸入端4腳依次經(jīng)電阻R2、電容C2、四分頻 器U3接調諧振蕩器YTO的輸出端，所述電容C3接在小數(shù)分頻數(shù)字鎖相環(huán)芯片U4的5腳與 地之間；所述小數(shù)分頻數(shù)字鎖相環(huán)芯片U4的型號為LMX2485 ; 所述低通濾波器由電容C4-C6、電阻R7-R8組成；電容C4接在小數(shù)分頻數(shù)字鎖相環(huán)芯 片U4的輸出端1腳與地之間，電阻R7與電容C5串聯(lián)后與電容C4并聯(lián)，電容C6與電阻R8串 聯(lián)后與電容C4并聯(lián)；所述YTO副線圈驅動電路由運算放大器U6及其外圍元件電阻R9-R11 組成；運算放大器U6的正向輸入端3腳經(jīng)電阻R9接電容C6與電阻R8的節(jié)點，電阻RlO接 在運算放大器U6的反向輸入端2腳與地之間，電阻Rll接在運算放大器U6的輸出端與反 向輸入端2腳之間，運算放大器U6的輸出端接調諧振蕩器YTO的副線圈；所述運算放大器 U6的型號為0P07。
5. 根據(jù)權利要求4所述的利用大功率微波電磁波消除霧霾的裝置，其特征在于所述調 諧振蕩器YTO輸出的微波信號的頻率為4-7GHz，所述前置功放電路的輸出功率為100W，所 述射頻驅動模塊的輸出功率為1500W。
6. 根據(jù)權利要求5所述的利用大功率微波電磁波消除霧霾的裝置，其特征在于所述射 頻驅動模塊采用國光B系列行波管。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用大功率微波電磁波消除霧霾的裝置，包括單片機U1、D/A轉換器、YTO主線圈驅動電路、調諧振蕩器YTO、二倍頻電路、前置功放電路、射頻驅動模塊、天線、參考頻率晶振U2、四分頻器U3、鎖相環(huán)電路、低通濾波器、YTO副線圈驅動電路、鍵盤和顯示屏。本發(fā)明的有益效果是可以方便地調整微波電磁波的頻率，以適應各種直徑的霧霾顆粒；為人們消除霧霾提供了一種新的方法。
【IPC分類】B03C3-34
【公開號】CN104759349
【申請?zhí)枴緾N201510127056
【發(fā)明人】趙華, 呂清, 陳嘉興, 李韶華, 靳慧龍, 黃戰(zhàn)平, 孫軍英, 劉亞川, 楊麗坤, 劉金星
【申請人】河北師范大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月23日