CN111952736B - 一种可扩展的可控等离子体激励功率源 - Google Patents

Abstract

本发明属于等离子体激励电源的控制技术领域，具体地说，涉及一种可扩展的可控等离子体激励功率源，耦合环(3)套设在天线(1)上，套设有耦合环(3)的天线(1)插入激励腔体(2)；所述可控等离子体激励功率源包括一个控制器和多个与控制器相连接的激励功率源；多个激励功率源进行级联，一个激励功率源连接一个天线子阵，每个天线子阵包括多个等离子体天线，多个天线子阵组成天线阵；所述控制器，用于调节每个激励功率源的激励频率和激励功率；所述激励功率源，用于根据输出功率激励其连接的等离子体天线中的天线，从而动态重构每个等离子体天线，使其连接的天线子阵之间能够采用多种不同的工作模式工作。

Description

一种可扩展的可控等离子体激励功率源

技术领域

本发明属于等离子体激励电源的控制技术领域，具体地说，涉及一种可扩展的可控等离子体激励功率源。

背景技术

传统的无线电接收、发射天线都是由金属材料制作，制作完成后，其形状尺寸都不可改变，其安装位置也基本不可移动。因为由金属材料制作，所以在不工作时，也会反射电磁波，对附近的无线电通讯造成干扰，同时也不利于自己的隐身。为了克服上述缺点，产生了等离子体天线。

等离子体天线，是一门新技术，在数字通讯、天线控制、动态重构、隐身等方面与传统的金属天线相比有明显的优势。在特殊环境下，产生等离子体，其中的一种方法就是利用高频脉冲波激励充有特殊气体的密闭腔体，使其产生等离子体。在特定条件下，低温高密度等离子体可以作为天线使用。但是，天线中的低温高密度等离子体产生要求有稳定的激励源输出稳定的输出功率对其进行激励，以提供能量，同时，根据等离子体天线应用的需要，激励源的输出必须是可控的，因此，需要一种可控的等离子体激励功率源。

现有的可控的等离子体激励功率源通常是高压直流电源或脉冲电源，一般都是手动调节输出电压(或功率)的大小，来调节等离子体的状态；不能达到快速、准确的要求。

另外，传统的可控的等离子体激励功率源的控制方法，都是由人工手动调节实现的。由人调节激励源上的电位器、电容、电感或拨动各种开关组件来实现。但是，该方法只能用于设备参数的预先设置，无法在实际工作中快速、准确、实时调节，特别是在天线阵的动态重构时也是无法实时、动态地实现的。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种可扩展的可控等离子体激励功率源，所述等离子体天线包括：天线、激励腔体和耦合环；耦合环套设在天线上，套设有耦合环的天线插入激励腔体；

所述可控等离子体激励功率源包括一个控制器和多个与控制器相连接的激励功率源；多个激励功率源进行级联，一个激励功率源连接一个天线子阵，每个天线子阵包括多个等离子体天线；多个天线子阵组成天线阵；

所述控制器，用于调节每个激励功率源的激励频率和激励功率；

所述激励功率源，用于根据输出功率激励其连接的等离子体天线中的天线1，从而动态重构每个等离子体天线，使其连接的天线子阵之间能够采用多种不同的工作模式工作。

作为上述技术方案的改进之一，所述激励功率源包括：输入装置、单片机控制单元、多个信号发生电路、多个功率输出单元、多个隔离器和多个功率输出接口；

输入装置与单片机控制单元电连接，单片机控制单元与多路并联的功率输出链路电连接；其中，每个功率输出链路是由依次顺序连接的信号发生电路、功率输出单元、隔离器和功率输出接口组成的；

单片机控制单元外设扩展接收接口和扩展发送接口，用于将多个单片机控制单元彼此之间进行级联，多个单片机控制单元由控制器控制，控制器对每个单片机控制单元发出控制指令，单片机控制单元控制每个功率输出单元输出不同的频率和功率，进而控制对应的天线子阵内部的各天线的工作状态；

所述输入装置上设有面板按键和显示器，用于通过操作面板按键，在显示器上设置激励功率源的激励功率和规定参数，并启动激励功率源工作；

所述单片机控制单元，用于根据控制器发送的指令，通过其外设的D/A转换器，将单片机控制单元输出的每个频率控制数字信号转换成对应的频率控制模拟电压信号，并将其发送至对应的信号产生电路；还用于将单片机控制单元输出的每个功率控制数字信号转换成对应的功率控制模拟电压信号，并将其发送至对应的功率输出单元；

所述信号发生电路，用于根据的单片机控制单元发送的指令，利用由单片机控制单元实时发送的频率控制模拟电压信号，产生对应的功率输出单元所需的激励频率信号，同时输出时序信号和脉冲宽度信号；

所述功率输出单元，用于将对应的信号发生电路产生的激励频率信号进行放大，得到激励功率信号，并在对应输出的时序信号和脉冲宽度信号的控制下，将激励功率信号通过功率输出接口输出至对应的天线；

每个激励功率源中设置的每个功率输出接口通过贯穿开设在激励腔体上的射频端口的电缆，与对应的等离子体天线中的、套设在天线上的耦合环连接；

所述隔离器，用于阻断等离子体天线反射回的高频输出功率信号，防止烧坏功率输出单元；

所述功率输出接口，用于将功率输出单元输出的激励功率信号发送至对应的天线，并激励对应的天线，每个天线根据不同的激励频率信号和激励功率信号，采用不同的工作状态协调工作。其中，该激励频率信号是由信号发生电路利用由单片机控制单元实时发送的频率控制模拟电压信号，产生对应的功率输出单元所需的激励频率信号。

作为上述技术方案的改进之一，所述天线子阵内部的各天线的工作状态包括：联机工作模式A、联机工作模式B、单机连续工作模式和单机脉冲工作模式；

所述联机工作模式A为每一路与功率输出接口连接的天线之间交替工作；

所述联机工作模式B为每一路与功率输出接口连接的天线之间交替停止工作；

所述单机连续工作模式为每一路与功率输出接口连接的天线同时工作；

所述单机脉冲工作模式为每一路与功率输出接口连接的天线同时脉冲工作。

作为上述技术方案的改进之一，所述单片机控制单元还外设A/D转换器，采用闭环控制方式控制信号发生电路和功率输出单元：

输入装置设定规定参数，再通过单片机控制单元预先计算好所需要的频率控制数字信号和功率控制数字信号；单片机控制单元通过D/A转换器，将实时产生的频率控制数字信号转换为频率控制模拟电压信号，信号发生电路利用频率控制模拟电压信号产生激励频率信号，并将该激励频率信号通过功率输出单元进行放大，得到激励功率信号，单片机控制单元将输出的激励功率信号和激励频率信号经过A/D转换，得到激励功率数字信号和激励频率数字信号；

将转换得到的激励功率数字信号和激励频率数字信号分别与对应的、预先存储的、所需要的功率数字信号和频率数字信号进行对应比较，验证得到的激励功率数字信号是否和预先存储的、所需要的功率数字信号一致，且激励频率数字信号是否和预先存储的、所需要的频率数字信号一致；

如果得到的激励功率数字信号和预先存储的、所需要的功率数字信号一致，且激励频率数字信号和预先存储的、所需要的频率数字信号一致；，则直接输出对应的激励频率信号和激励功率信号，不需要调整参数；

如果得到的激励功率数字信号和预先存储的、所需要的功率数字信号不一致，或激励频率数字信号和预先存储的、所需要的频率控制数字信号不一致；则单片机控制单元重新调整计算实时产生的频率数字控制信号和功率数字控制信号；直至得到的激励功率数字信号和预先存储的、所需要的功率数字信号一致，且激励频率数字信号和预先存储的、所需要的频率数字信号一致。

作为上述技术方案的改进之一，所述多种的工作模式包括：工作模式X、工作模式Y和工作模式Z；

所述工作模式X为级联的不同激励功率源之间交替工作，其中一个激励功率源对应的天线工作，与该激励功率源级联的剩余的激励功率源对应的所有天线均停止工作；

所述工作模式Y为级联的不同激励功率源各自独立工作，每个激励功率源对应的天线可以采取不同的工作状态；

所述工作模式Z为级联的不同激励功率源采用相同的工作模式同步工作，每个激励功率源对应的所有天线均采用相同的工作状态同步工作。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明的方法为通过同时自动调节多个激励功率源的激励功率和激励频率，从而控制对应连接的等离子体天线采用不同的工作模式；调节级联起来的激励功率源的三种工作模式、激励功率源的扩展数量和激励功率源输出的激励频率和激励功率，实现等离子体天线的动态重构，在不改变单个的独立等离子体天线安装位置的情况下，可以组合出多种天线阵形，具有快速、随时调节的优点，使自动控制等离子体天线阵的快速动态重构成为可能。

附图说明

图1是本发明的一种可扩展的可控等离子体激励功率源的结构示意图；

图2是图1的一种可扩展的可控等离子体激励功率源的中的激励功率源的电路连接框图；

图3是本发明的一种可扩展的可控等离子体激励功率源的控制方法的简要流程图；

图4是图1的一种可扩展的可控等离子体激励功率源的中的激励功率源的控制方法中的其中一个激励功率源的控制方法的具体流程图；

图5是本发明实施例1中可扩展可控激励功率源两个基本激励功率源之间采用工作模式X下的输出结果示意图；

图6是本发明实施例2中可扩展的可控激励功率源两个基本激励功率源之间采用工作模式Y下的输出结果示意图；

图7是本发明实施例3中可扩展的可控激励功率源两个基本激励功率源之间采用工作模式Z下的输出结果示意图。

附图标记：

1、天线 2、激励腔体

3、耦合环

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种可扩展的可控等离子体激励功率源，所述等离子体天线包括：天线1、激励腔体2和耦合环3；耦合环3套设在天线1上，套设有耦合环3的天线1插入激励腔体2；

所述可控等离子体激励功率源包括一个控制器和多个与控制器相连接的激励功率源；多个激励功率源进行级联，一个激励功率源连接一个天线子阵，每个天线子阵包括多个等离子体天线；多个天线子阵组成天线阵；

所述控制器，用于调节每个激励功率源的激励功率和激励频率；

所述激励功率源，用于根据输出功率激励其连接的等离子体天线中的天线1，从而动态重构每个等离子体天线，使其连接的天线子阵之间能够采用多种不同的工作模式工作。

具体地，每个激励功率源中设置的每个功率输出接口通过贯穿开设在激励腔体上的射频端口的电缆，与对应的等离子体天线中的、套设在天线上的耦合环连接，控制器调节每个激励功率源中设置的每个功率输出单元，输出不同的激励功率，激励对应的天线，动态重构每个等离子体天线，并组成多个天线子阵，且使多个天线子阵同时采用多种不同的工作模式工作，进而动态重构等离子体天线阵，可组成多个不同的天线阵。

其中，等离子体天线是由非金属管材制成，内部充有惰性气体，将等离子体天线中的天线1插入激励腔体2内，激励功率源激励天线1，非金属管内部气体电离，此时管子内的等离子体可作为天线使用。调节激励功率源输出的激励功率信号和激励频率信号，改变等离子体的密度，等离子体天线的工作频段也进行改变，实现了等离子体天线的动态重构。激励功率源输出的激励功率消失时，管子内部的等离子体处于非电离状态，此时等离子体天线的发射、接收、反射电磁波的性能随之消失，这样既有利于隐身，也有利于消除不同等离子体天线间的干扰。

激励功率源中的一个功率输出接口连接一个等离子体天线，多个等离子体天线可以按照各种不同的排列方法组成天线子阵，例如有线阵、面阵等。

按照相同的几何排列方法，通过改变激励功率源的输出功率和频率，可以使等离子体天线组合出不同的阵列，进而构造出不同的天线方向图，达到不同的天线发射、接收效果。根据激励功率源所选择的不同的工作模式，天线子阵采用不同的组合，可以达到不同的发射、接收效果。

其中，如图2所示，所述激励功率源包括：输入装置、单片机控制单元、多个信号发生电路、多个功率输出单元、多个隔离器和多个功率输出接口；

输入装置与单片机控制单元电连接，单片机控制单元与多路并联的功率输出链路电连接；其中，每个功率输出链路是由依次顺序连接的信号发生电路、功率输出单元、隔离器和功率输出接口组成的；

单片机控制单元外设扩展接收接口和扩展发送接口，用于将多个单片机控制单元彼此之间进行级联，多个单片机控制单元由控制器控制，控制器对每个单片机控制单元发出控制指令，单片机控制单元控制每个功率输出单元输出不同的激励功率和激励频率，进而控制对应的天线子阵内部的工作状态；其中，某一个激励功率源中的单片机控制单元通过外设的扩展接收接口与同该激励功率源相级联的激励功率源中的单片机控制单元上外设的扩展发送接口相连接，形成级联，以此类推，将每个单片机控制单元进行级联。

所述天线子阵内部的各天线的工作状态包括：联机工作模式A、联机工作模式B、单机连续工作模式和单机脉冲工作模式；

所述联机工作模式A为每一路与功率输出接口连接的天线之间交替工作，多个天线顺序交替工作，即一个天线工作，其余天线停止工作；

所述联机工作模式B为每一路与功率输出接口连接的天线之间交替停止工作，多个天线顺序交替停止工作，即一个天线停止工作，其余天线均工作；

所述单机连续工作模式为每一路与功率输出接口连接的天线同时工作，互不影响；

所述单机脉冲工作模式为每一路与功率输出接口连接的天线同时脉冲工作，互不影响。

所述输入装置上设有面板按键和显示器，用于通过操作面板按键，在显示器上设置激励功率源的激励功率等规定参数，并启动激励功率源工作；

所述单片机控制单元，用于根据控制器发送的指令，通过其外设的D/A转换器，将单片机控制单元输出的每个频率控制数字信号转换成对应的频率控制模拟电压信号，并将其发送至对应的信号产生电路；还用于将单片机控制单元输出的每个功率控制数字信号转换成对应的功率控制模拟电压信号，并将其发送至对应的功率输出单元；

其中，单片机控制单元优选为采用8051单片机作为中央处理器。

其中，所述单片机控制单元还外设A/D转换器，如图3所示，采用闭环控制方式，控制信号发生电路和功率输出单元：

输入装置设定规定参数，再通过单片机控制单元预先计算好所需要的频率控制数字信号和功率控制数字信号；单片机控制单元通过D/A转换器，将实时产生的频率控制数字信号转换为频率控制模拟电压信号，信号发生电路利用频率控制模拟电压信号产生激励频率信号，并将该激励频率信号通过功率输出单元进行放大，得到激励功率信号，单片机控制单元将输出的激励功率信号和激励频率信号经过A/D转换，得到激励功率数字信号和激励频率数字信号；

将转换得到的激励功率数字信号和激励频率数字信号分别与对应的、预先存储的、所需要的功率数字信号和频率数字信号进行对应比较，验证得到的激励功率数字信号是否和预先存储的、所需要的功率数字信号一致，且激励频率数字信号是否和预先存储的、所需要的频率数字信号一致；

如果得到的激励功率数字信号和预先存储的、所需要的功率数字信号一致，且激励频率数字信号和预先存储的、所需要的频率数字信号一致；，则直接输出对应的激励频率信号和激励功率信号，不需要调整参数；并将激励功率信号通过功率输出接口输出至天线，激励天线；

如果得到的激励功率数字信号和预先存储的、所需要的功率数字信号不一致，或激励频率数字信号和预先存储的、所需要的频率控制数字信号不一致；则单片机控制单元重新调整计算实时产生的频率数字控制信号和功率数字控制信号；直至得到的激励功率数字信号和预先存储的、所需要的功率数字信号一致，且激励频率数字信号和预先存储的、所需要的频率数字信号一致。

所述信号发生电路，用于根据的单片机控制单元发送的指令，利用由单片机控制单元实时发送的频率控制模拟电压信号，产生对应的功率输出单元所需的激励频率信号，同时输出时序信号和脉冲宽度信号；脉冲宽度信号用于控制功率输出的持续时间；

所述功率输出单元，用于将对应的信号发生电路产生的激励频率信号进行放大，得到激励功率信号，并在对应输出的时序信号和脉冲宽度信号的控制下，将输出的激励功率信号通过功率输出接口输出至天线，激励天线；

所述隔离器，用于阻断等离子体天线反射回的高频输出功率信号，防止烧坏功率输出单元；

所述功率输出接口，用于将功率输出单元输出的激励功率信号发送至对应的天线，并激励对应的天线，每个天线根据不同的激励频率信号和激励功率信号，采用不同的工作状态协调工作。

其中，所述不同的工作模式包括：工作模式X、工作模式Y和工作模式Z；

所述工作模式X为级联的不同激励功率源之间交替工作，其中一个激励功率源的一个输出端对应的天线工作，与该激励功率源级联的剩余的激励功率源对应的所有天线均停止工作；

所述工作模式Y为级联的不同激励功率源各自独立工作，每个激励功率源对应的天线子阵采取不同的工作模式；

所述工作模式Z为级联的不同激励功率源采用相同的工作模式同步工作，每个激励功率源对应的所有天线子阵均采用相同的工作模式同步工作。

其中，工作模式X、Y、Z特指级联起来的不同激励功率源之间的工作模式。每一个激励功率源内部的四个输出端(即天线子阵)之间也有不同的工作状态协调工作。其中，该可扩展的可控激励功率源的规定参数包括：激励功率源的数量、工作模式、工作频率、输出功率、转换周期和脉冲宽度；

其中，利用单片机控制单元优选的单片机可以多路输出的特点，可以用一台单片机控制4路为一组的功率输出，每一路的功率输出单元输出对应的激励频率和激励功率。可扩展的可控等离子体激励功率源通过级联可以控制多个激励功率源，对应的天线根据不同的工作模式进行工作，每一个激励功率源可以分别激励一个由4个独立的等离子体天线组成的天线子阵，达到多个等离子体天线子阵动态重构的目的。

其中，功率输出单元的激励功率的范围为1W～15W，信号发生电路产生的激励频率信号的范围为130MHz～170MHz，功率输出单元输出的输出阻抗为50欧姆。

如图4所示，本发明提供的一种用于激励等离子体天线的可扩展的可控等离子体激励功率源的控制方法，具体如下：

步骤1、通过输入装置的面板按键将规定参数输入至单片机控制单元；其中，所述规定参数包括：激励功率源的数量、激励功率源的工作模式、工作频率、输出功率、转换周期和脉冲宽度；

步骤2、根据输入的规定参数，由单片机控制单元计算并存储所需要的激励功率数字信号和激励频率数字信号；

步骤3、单片机控制单元实时计算出实际产生的频率控制电压数字信号和功率控制电压数字信号；

步骤4、单片机控制单元对实时产生的频率控制电压数字信号和功率控制电压数字信号分别进行D/A转换，依次输出第一路控制数据、第二路控制数据、第三路控制数据和第四路控制数据，即四路实际产生的频率控制电压模拟信号和对应的四路实际产生的功率控制电压模拟信号，同时输出对应的时序信号和脉冲宽度；

其中，第一路控制数据包括第一路频率控制电压模拟信号和第一路功放控制电压模拟信号；第二路控制数据包括第二路频率控制电压模拟信号和第二路功放控制电压模拟信号；第三路控制数据包括第三路频率控制电压模拟信号和第三路功放控制电压模拟信号；第四路控制数据包括第四路频率控制电压模拟信号和第四路功放控制电压模拟信号；

步骤5、每一路信号发生电路根据步骤4中单片机控制单元输出的每一路的频率控制电压模拟信号产生对应的激励频率信号，并将每一路的激励频率信号发送至对应的功率输出单元；

其中，每一路信号发生电路根据步骤4中单片机控制单元输出的每一路的频率控制电压模拟信号产生对应的激励频率信号，具体为：

根据第一路的频率控制电压模拟信号，产生第一路的激励频率信号；根据第二路的频率控制电压模拟信号，产生第二路的激励频率信号；根据第三路的频率控制电压模拟信号，产生第三路的激励频率信号；根据第四路的频率控制电压模拟信号，产生第四路的激励频率信号。

步骤6、每一路的功率输出单元根据步骤4中单片机控制单元输出的功率控制电压模拟信号、时序信号和脉冲宽度，将每一路的激励频率信号放大，得到对应的激励功率信号，并将其经过隔离器后，提供给与功率输出接口连接的等离子体天线使用。

其中，每一路输出功率单元根据步骤4中单片机控制单元输出的、每一路的功率控制电压产生对应的输出功率信号，具体为：

根据第一路的功率控制电压模拟信号，产生第一路的激励功率信号；根据第二路的功率控制电压模拟信号，产生第二路的激励功率信号；根据第三路的功率控制电压模拟信号，产生第三路的激励功率信号；根据第四路的功率控制电压模拟信号，产生第四路的激励功率信号。

步骤7、单片机控制单元采集每一路功率输出单元输出的激励功率信号和激励频率信号，并经过A/D转换后，得到激励功率数字信号和激励频率数字信号；将得到的激励功率数字信号与步骤2中计算好的、所需要的功率数字信号比较，验证二者是否一致；

同时，将得到的激励频率数字信号与步骤2中计算好的、所需要的频率数字信号比较，验证二者是否一致；

如果得到的激励功率数字信号与步骤2中计算好的、所需要的功率数字信号一致，且得到的频率数字信号与步骤2中计算好的、所需要的频率数字信号一致，则直接将激励功率信号和激励频率信号输出；

如果得到的激励功率数字信号与步骤2中计算好的、所需要的功率数字信号不一致，或得到的激励频率数字信号与步骤2中计算好的、所需要的频率数字信不一致，则调整步骤3中计算出的实际产生的频率控制电压数字信号和功率控制电压数字信号，重复步骤4-7，直至得到的激励功率数字信号与步骤2中计算好的、所需要的功率数字信号一致，且得到的频率数字信号与步骤2中计算好的、所需要的频率数字信号一致。

利用单片机控制单元可以多路输出的特点，用一台单片机控制4路输出，以4路输出为一组，分别控制4个功率输出单元的输出功率。可扩展的可控激励功率源可以将多个单片机控制单元进行级联进行有序输出，达到有多组输出功率输出的目的，每一组输出的激励功率分别对应激励4个独立的等离子体天线，达到多个天线子阵动态重构的目的。

实施例1.

本发明提供了一种用于激励等离子体天线的可扩展的可控等离子体激励功率源，其包括控制器和与控制器相连接的2个等离子体激励功率源；2个等离子体激励功率源之间级联连接；等离子体天线包括：天线1、激励腔体2和耦合环3；耦合环3套设在天线1上，套设有耦合环3的天线1插入激励腔体2；

每个激励功率源设有四个功率输出接口，且每个功率输出接口通过贯穿开设在激励腔体2上的射频端口的电缆，与对应的等离子体天线中的、套设在天线1上的耦合环3连接，单片机控制单元调节每个激励功率源内的每个功率输出单元，输出不同的输出功率，激励对应的天线，动态重构每个等离子体天线，并组成2个天线子阵，且使2个天线子阵之间采用工作模式X，也就是交替顺序输出，实现最终2个激励功率源的共8个功率输出接口依次顺序输出对应的输出功率。

本发明的可控等离子体激励功率源的具体操作过程如下：

步骤1-1、将两台激励功率源级联，即第一激励功率源和第二激励功率源级联，控制器发送指令给第一激励功率源中的单片机控制单元，该第一激励功率源中的输入装置通过面板按键设定规定参数：将激励功率源的数量设置为2、采用工作模式X(即两个天线子阵交替工作)、通过第一激励功率源的输入装置的面板按键(即主机)将第一激励功率源对应的天线子阵的工作模式设置为顺序交替工作模式、天线子阵内部的各天线的工作状态设置为联机工作模式A或联机工作模式B、工作频率为150MHz、输出功率为5W、转换周期为100μs、脉冲宽度为50μs；将上述参数输入至第一激励功率源中的单片机控制单元；通过第二激励功率源的输入装置的面板按键将第二激励功率源对应的天线子阵的工作模式设置为顺序交替工作模式、天线子阵内部的各天线的工作状态设置为联机工作模式A或联机工作模式B、工作频率为150MHz、输出功率为5W、转换周期为100μs、脉冲宽度为50μs；将上述参数输入至第二激励功率源中的单片机控制单元；

步骤1-2、根据输入的规定参数，由单片机控制单元分别计算出每个功率输出链路所需要的输出功率、频率的数字量值，第一激励功率源的单片机控制单元控制与其相连接的4个功率输出链路，第二激励源组的单片机控制单元控制其余相连接的4个功率输出链路；

步骤1-3、单片机控制单元分别计算出输入至每个功率输出链路中实际产生的频率控制电压的数字量值和功率控制电压的数字量值、以及功率输出单元所需要的切换周期和脉冲宽度；

步骤1-4、两个单片机控制单元经D/A转换依次输出8路频率控制电压模拟信号和对应的8路功率控制电压模拟信号，

即第一激励功率源的单片机控制单元经D/A转换依次输出第一路控制数据、第二路控制数据、第三路控制数据和第四路控制数据，第二激励功率源的单片机控制单元经D/A转换依次输出第五路控制数据、第六路控制数据、第七路控制数据和第八路控制数据，每一路的控制数据都包含频率控制电压模拟信号和功率控制电压模拟信号。

步骤1-5、每一路信号发生电路根据步骤1-4中单片机控制单元依次输出的8路频率控制电压模拟信号分别产生对应的频率信号，

即根据第一路的频率控制电压模拟信号，产生第一路的频率信号；根据第二路的频率控制电压模拟信号，产生第二路的频率信号；根据第三路的频率控制电压模拟信号，产生第三路的频率信号；根据第四路的频率控制电压模拟信号，产生第四路的频率信号；根据第五路的频率控制电压模拟信号，产生第五路的频率信号；根据第六路的频率控制电压模拟信号，产生第六路的频率信号；根据第七路的频率控制电压模拟信号，产生第七路的频率信号；根据第八路的频率控制电压模拟信号，产生第八路的频率信号，并分别传输给对应的功率输出单元。

步骤1-6、每一路功率输出单元根据步骤1-4中得到的8路功率控制电压信号，分别对其进行放大处理，得到8路输出功率信号，即根据第一路的功率控制电压模拟信号，产生第一路的输出功率信号；根据第二路的功率控制电压模拟信号，产生第二路的输出功率信号；根据第三路的功率控制电压模拟信号，产生第三路的输出功率信号；根据第四路的功率控制电压模拟信号，产生第四路的输出功率信号；根据第五路的功率控制电压模拟信号，产生第五路的输出功率信号；根据第六路的功率控制电压模拟信号，产生第六路的输出功率信号；根据第七路的功率控制电压模拟信号，产生第七路的输出功率信号；根据第八路的功率控制电压模拟信号，产生第八路的输出功率信号。再根据时序信号、脉冲宽度，将输出功率信号经过隔离器后，提供给与功率输出接口连接的等离子体天线使用。

步骤1-7、单片机控制单元分别采集第一路到第八路的频率信号和输出功率信号，经过A/D转换后，得到实际频率值和输出功率值，并将其与步骤1-2中计算好的频率和功率数值进行比较，如果得到的实际频率值和步骤1-2中计算好的频率值一致，且得到的实际输出功率值和步骤1-2中计算好的功率值一致，则直接输出实际频率值和输出功率值；

如果得到实际频率值和步骤1-2中计算好的频率值不一致，或得到的实际输出功率值和步骤1-2中计算好的功率值不一致，则调整步骤1-3中的计算好的频率控制值和功率控制值，直至得到实际频率值和步骤1-2中计算好的频率值一致，且得到的实际输出功率值和步骤1-2中计算好的功率值一致。

则输出功率可以依次从输出端口11→12→13→14→21→22→23→24→11→12→…顺序切换输出，顺序交替工作模式、工作频率为150MHz、输出功率为5W、转换周期为100μs、脉冲宽度为50μs，其输出结果如图5所示。

实施例2：

本发明提供了一种用于激励等离子体天线的可扩展的可控等离子体激励功率源，其包括控制器和与控制器相连接的2个等离子体激励功率源；2个等离子体激励功率源之间级联连接；等离子体天线包括：天线1、激励腔体2和耦合环3；耦合环3套设在天线1上，套设有耦合环3的天线1插入激励腔体2；

每个激励功率源设有四个功率输出接口，且每个功率输出接口通过贯穿开设在激励腔体2上的射频端口的电缆，与对应的等离子体天线中的、套设在天线1上的耦合环3连接，单片机控制单元调节每个激励功率源内的每个功率输出单元，输出不同的输出功率，激励对应的天线，动态重构每个等离子体天线，并组成2个天线子阵，且使2个天线子阵之间采用工作模式Y，即其中一个激励功率源对应的天线子阵采用连续工作模式，该天线子阵中的4个天线采用单机连续工作模式，另外一个激励功率源对应的天线子阵采用联机交替顺序输出的工作模式，该天线子阵中的4个天线采用联机工作模式A或联机工作模式B，两个天线子阵之间互不影响。

本发明的可扩展的可控等离子体激励功率源的具体操作过程如下：

步骤2-1、将两台激励功率源级联，即第一激励功率源和第二激励功率源级联，控制器发送指令给第一激励功率源，该第一激励功率源中的输入装置通过面板按键设定规定参数：将激励功率源的数量设置为2、采用工作模式Y(两个天线子阵单独工作，互不影响)。通过第一激励功率源的输入装置的面板按键(即主控机)将第一激励功率源对应的天线子阵的工作模式设置为连续工作模式，该天线子阵内部的4个天线的工作模式设置为单机连续工作模式、其对应的激励频率为150MHz、输出功率为5W，将上述参数输入至第一激励功率源中的单片机控制单元；主控机发送指令给第二激励功率源，通过第二激励功率源的输入装置的面板按键，将第二激励功率源对应的天线子阵的工作模式设置为联机交替工作模式、该天线子阵内部的4个天线的工作模式设置为联机工作模式A或联机工作模式B、其对应的激励频率为150MHz、输出功率为5W、转换周期为100μs、脉冲宽度为50μs，将上述参数输入至第二激励功率源中的单片机控制单元；

步骤2-2、根据输入的规定参数，由单片机控制单元分别计算出每个功率输出链路所需要的输出功率、频率的数字量值，第一激励功率源的单片机控制单元控制与其相连接的4个功率输出链路，第二激励源组的单片机控制单元控制其余相连接的4个功率输出链路；

步骤2-3、单片机控制单元分别计算出输入至每个功率输出链路中实际产生的频率控制电压的数字量值和功率控制电压的数字量值、以及功率输出单元所需要的切换周期和脉冲宽度；

步骤2-4、两个单片机控制单元经D/A转换依次输出8路频率控制电压模拟信号和对应的8路功率控制电压模拟信号，即第一激励功率源的单片机控制单元经D/A转换依次输出第一路控制数据、第二路控制数据、第三路控制数据和第四路控制数据，第二激励功率源的单片机控制单元经D/A转换依次输出第五路控制数据、第六路控制数据、第七路控制数据和第八路控制数据，每一路的控制数据都包含频率控制电压模拟信号和功率控制电压模拟信号。

步骤2-5、每一路信号发生电路根据步骤2-4中单片机控制单元依次输出的8路频率控制电压模拟信号分别产生对应的频率信号，即根据第一路的频率控制电压模拟信号，产生第一路的频率信号；根据第二路的频率控制电压模拟信号，产生第二路的频率信号；根据第三路的频率控制电压模拟信号，产生第三路的频率信号；根据第四路的频率控制电压模拟信号，产生第四路的频率信号；根据第五路的频率控制电压模拟信号，产生第五路的频率信号；根据第六路的频率控制电压模拟信号，产生第六路的频率信号；根据第七路的频率控制电压模拟信号，产生第七路的频率信号；根据第八路的频率控制电压模拟信号，产生第八路的频率信号，并分别传输给对应的功率输出单元。

步骤2-6、每一路功率输出单元根据步骤2-4中得到的8路功率控制电压信号，分别对其进行放大处理，得到8路输出功率信号，即根据第一路的功率控制电压模拟信号，产生第一路的输出功率信号；根据第二路的功率控制电压模拟信号，产生第二路的输出功率信号；根据第三路的功率控制电压模拟信号，产生第三路的输出功率信号；根据第四路的功率控制电压模拟信号，产生第四路的输出功率信号；根据第五路的功率控制电压模拟信号，产生第五路的输出功率信号；根据第六路的功率控制电压模拟信号，产生第六路的输出功率信号；根据第七路的功率控制电压模拟信号，产生第七路的输出功率信号；根据第八路的功率控制电压模拟信号，产生第八路的输出功率信号。再根据时序信号、脉冲宽度，将输出功率信号经过隔离器后，提供给与功率输出接口连接的等离子体天线使用。

步骤2-7、单片机控制单元分别采集第一路到第八路的频率信号和输出功率信号，经过A/D转换后，得到实际频率值和输出功率值，并将其与步骤2-2中计算好的频率和功率数值进行比较，如果得到实际频率值和步骤2-2中计算好的频率值一致，且得到的实际输出功率值和步骤2-2中计算好的功率值一致，则直接输出实际频率值和输出功率值；

如果得到实际频率值和步骤2-2中计算好的频率值不一致，或得到的实际输出功率值和步骤2-2中计算好的功率值不一致，则调整步骤2-3中的计算好的频率值和功率值，直至得到实际频率值和步骤2-2中计算好的频率值一致，且得到的实际输出功率值和步骤2-2中计算好的功率值一致。

可控激励功率源输出功率为第一组的4路都是连续输出，第二组依次从输出端口21→22→23→24→21→22→…顺序切换输出，激励频率为150MHz、输出功率为5W、转换周期为100μs、脉冲宽度为50μs其输出结果如图6所示。

实施例3：

本发明提供了一种用于激励等离子体天线的可扩展的可控等离子体激励功率源，其包括控制器和与控制器相连接的2个等离子体激励功率源；2个等离子体激励功率源之间级联连接；等离子体天线包括：天线1、激励腔体2和耦合环3；耦合环3套设在天线1上，套设有耦合环3的天线1插入激励腔体2；

每个激励功率源设有四个功率输出接口，且每个功率输出接口通过贯穿开设在激励腔体2上的射频端口的电缆，与对应的等离子体天线中的、套设在天线1上的耦合环3连接，单片机控制单元调节每个激励功率源内的每个功率输出单元，输出不同的输出功率，激励对应的天线，动态重构每个等离子体天线，并组成2个天线子阵，且使2个天线子阵之间采用工作模式Z，即8个天线采用相同的工作模式同步输出。

本发明的可控等离子体激励功率源的具体操作过程如下：

步骤3-1、将两台激励功率源级联，即第一激励功率源和第二激励功率源级联，控制器发送指令给第一激励功率源，该激励功率源中的输入装置通过面板按键设定规定参数：将激励功率源的数量设置为2、采用工作模式Z(即两个天线子阵同步工作)，通过第一激励功率源的输入装置的面板按键(即主控机)将第一激励功率源对应的天线子阵的工作模式设置为同步脉冲工作模式，该天线子阵内部的4个天线的工作模式设置为单机脉冲工作模式、其对应的激励频率为150MHz、输出功率为5W、重复周期400μs、脉冲宽度为50μs，将上述参数输入至第一激励功率源中的单片机控制单元；

主控机发送指令给第二激励功率源，通过第二激励功率源的输入装置的面板按键，将第二激励功率源对应的天线子阵的工作模式设置为同步脉冲工作模式，该天线子阵内部的4个天线的工作模式设置为单机脉冲工作模式、其对应的激励频率为150MHz、输出功率为5W、重复周期400μs，脉冲宽度为50μs，将上述参数输入至第二激励功率源中的单片机控制单元；

步骤3-2、根据输入的规定参数，由单片机控制单元分别计算出每个功率输出链路所需要的输出功率、频率的数字量值，第一激励功率源的单片机控制单元控制与其相连接的4个功率输出链路，第二激励源组的单片机控制单元控制其余相连接的4个功率输出链路；

步骤3-3、单片机控制单元分别计算出输入至每个功率输出链路中实际产生的频率控制电压的数字量值和功率控制电压的数字量值、以及功率输出单元所需要的切换周期和脉冲宽度；

步骤3-4、两个单片机控制单元经D/A转换依次输出8路频率控制电压模拟信号和对应的8路功率控制电压模拟信号，即第一激励功率源的单片机控制单元经D/A转换依次输出第一路控制数据、第二路控制数据、第三路控制数据和第四路控制数据，第二激励功率源的单片机控制单元经D/A转换依次输出第五路控制数据、第六路控制数据、第七路控制数据和第八路控制数据，每一路的控制数据都包含频率控制电压模拟信号和功率控制电压模拟信号。

步骤3-5、每一路信号发生电路根据步骤3-4中单片机控制单元依次输出的8路频率控制电压模拟信号分别产生对应的频率信号，即根据第一路的频率控制电压模拟信号，产生第一路的频率信号；根据第二路的频率控制电压模拟信号，产生第二路的频率信号；根据第三路的频率控制电压模拟信号，产生第三路的频率信号；根据第四路的频率控制电压模拟信号，产生第四路的频率信号；根据第五路的频率控制电压模拟信号，产生第五路的频率信号；根据第六路的频率控制电压模拟信号，产生第六路的频率信号；根据第七路的频率控制电压模拟信号，产生第七路的频率信号；根据第八路的频率控制电压模拟信号，产生第八路的频率信号，并分别传输给对应的功率输出单元。

步骤3-6、每一路功率输出单元根据步骤3-4中得到的8路功率控制电压信号，分别对其进行放大处理，得到8路输出功率信号，即根据第一路的功率控制电压模拟信号，产生第一路的输出功率信号；根据第二路的功率控制电压模拟信号，产生第二路的输出功率信号；根据第三路的功率控制电压模拟信号，产生第三路的输出功率信号；根据第四路的功率控制电压模拟信号，产生第四路的输出功率信号；根据第五路的功率控制电压模拟信号，产生第五路的输出功率信号；根据第六路的功率控制电压模拟信号，产生第六路的输出功率信号；根据第七路的功率控制电压模拟信号，产生第七路的输出功率信号；根据第八路的功率控制电压模拟信号，产生第八路的输出功率信号。再根据时序信号、脉冲宽度，将输出功率信号经过隔离器后，提供给与功率输出接口连接的等离子体天线使用。

步骤3-7、单片机控制单元分别采集第一路到第八路的频率信号和输出功率信号，经过A/D转换后，得到实际频率值和输出功率值，并将其与步骤3-2中计算好的频率和功率数值进行比较，如果得到实际频率值和步骤3-2中计算好的频率值一致，且得到的实际输出功率值和步骤3-2中计算好的功率值一致，则直接输出实际频率值和输出功率值；

如果得到实际频率值和步骤3-2中计算好的频率值不一致，或得到的实际输出功率值和步骤3-2中计算好的功率值不一致，则调整步骤3-3中的计算好的频率值和功率值，直至得到实际频率值和步骤3-2中计算好的频率值一致，且得到的实际输出功率值和步骤3-2中计算好的功率值一致。

则可扩展的可控激励功率源的工作模式为同步工作模式，工作频率150MHz、输出功率5W、重复周期400μs、脉冲宽度50μs；8路同时输出。输出结果如图7所示。

实施例4.

在其他具体实施例中，不需要控制器去级联每个激励功率源中的单片机控制单元，而是先将第一激励功率源和第二激励功率源进行级联，第一激励功率源的单片机控制单元作为主控机，通过主控机的输入装置将激励功率源的数量设置为2，天线子阵之间采用工作模式X、工作模式Y或工作模式Z、通过主控机将第一激励功率源对应的天线子阵采用工作模式X、工作模式Y或工作模式Z、天线子阵内部采用联机工作模式A、联机工作模式B、单机连续工作模式或单机脉冲工作模式，工作频率为150MHz、输出功率为5W、转换周期为100μs、脉冲宽度为50μs；将上述参数输入至第一激励功率源的单片机控制单元；

通过主控机发送指令给第二激励功率源中的单片机控制单元，通过输入装置将第二激励功率源对应的天线子阵采用工作模式X、工作模式Y或工作模式Z、天线子阵内部采用联机工作模式A、联机工作模式B、单机连续工作模式或单机脉冲工作模式、工作频率为150MHz、输出功率为5W、转换周期为100μs、脉冲宽度为50μs，将上述参数输入至第二激励功率源中的单片机控制单元。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种可扩展的可控等离子体激励功率源，所述可控等离子体激励功率源包括一个控制器和多个与控制器相连接的激励功率源；多个激励功率源进行级联，一个激励功率源连接一个天线子阵，每个天线子阵包括多个等离子体天线；多个天线子阵组成天线阵；所述等离子体天线包括：天线(1)、激励腔体(2)和耦合环(3)；耦合环(3)套设在天线(1)上，套设有耦合环(3)的天线(1)插入激励腔体(2)；其特征在于，

所述控制器，用于调节每个激励功率源的激励频率和激励功率；

所述激励功率源，用于根据输出功率激励其连接的等离子体天线中的天线(1)，从而动态重构每个等离子体天线，使其连接的天线子阵之间能够采用多种不同的工作模式工作；

所述激励功率源还包括多个隔离器；所述隔离器，用于阻断等离子体天线反射回的高频输出功率信号；

所述激励功率源还包括：单片机控制单元；

单片机控制单元外设扩展接收接口和扩展发送接口，用于将多个单片机控制单元彼此之间进行级联，多个单片机控制单元由控制器控制，控制器对每个单片机控制单元发出控制指令，单片机控制单元控制每个功率输出单元输出不同的频率和功率，进而控制对应的天线子阵内部的各天线的工作状态。

2.根据权利要求1所述的可扩展的可控等离子体激励功率源，其特征在于，所述激励功率源还包括：输入装置、多个信号发生电路、多个功率输出单元和多个功率输出接口；

输入装置与单片机控制单元电连接，单片机控制单元与多路并联的功率输出链路电连接；其中，每个功率输出链路是由依次顺序连接的信号发生电路、功率输出单元、隔离器和功率输出接口组成的；

所述输入装置上设有面板按键和显示器，用于通过操作面板按键，在显示器上设置激励功率源的激励功率等规定参数，并启动激励功率源工作；

所述单片机控制单元，用于根据控制器发送的指令，通过其外设的D/A转换器，将单片机控制单元输出的每个频率控制数字信号转换成对应的频率控制模拟电压信号，并将其发送至对应的信号产生电路；还用于将单片机控制单元输出的每个功率控制数字信号转换成对应的功率控制模拟电压信号，并将其发送至对应的功率输出单元；

所述信号发生电路，用于根据的单片机控制单元发送的指令，利用由单片机控制单元实时发送的频率控制模拟电压信号，产生对应的功率输出单元所需的激励频率信号，同时输出时序信号和脉冲宽度信号；

所述功率输出单元，用于将对应的信号发生电路产生的激励频率信号进行放大，得到激励功率信号，并在对应输出的时序信号和脉冲宽度信号的控制下，将激励功率信号通过功率输出接口输出至对应的天线；

每个激励功率源中设置的每个功率输出接口通过贯穿开设在激励腔体上的射频端口的电缆，与对应的等离子体天线中的、套设在天线上的耦合环连接；

所述功率输出接口，用于将功率输出单元输出的激励功率信号发送至对应的天线，并激励对应的天线，每个天线根据不同的激励频率信号和激励功率信号，采用不同的工作状态协调工作。

3.根据权利要求2所述的可控等离子体激励功率源，其特征在于，所述天线子阵内部的各天线的工作状态包括：联机工作模式A、联机工作模式B、单机连续工作模式和单机脉冲工作模式；

所述联机工作模式A为每一路与功率输出接口连接的天线之间交替工作；

所述联机工作模式B为每一路与功率输出接口连接的天线之间交替停止工作；

所述单机连续工作模式为每一路与功率输出接口连接的天线同时工作；

所述单机脉冲工作模式为每一路与功率输出接口连接的天线同时脉冲工作。

4.根据权利要求2所述的可扩展的可控等离子体激励功率源，其特征在于，所述单片机控制单元还外设A/D转换器，采用闭环控制方式控制信号发生电路和功率输出单元：

输入装置设定规定参数，再通过单片机控制单元预先计算好所需要的频率控制数字信号和功率控制数字信号；单片机控制单元通过D/A转换器，将实时产生的频率控制数字信号转换为频率控制模拟电压信号，信号发生电路利用频率控制模拟电压信号产生激励频率信号，并将该激励频率信号通过功率输出单元进行放大，得到激励功率信号，单片机控制单元将输出的激励功率信号和激励频率信号经过A/D转换，得到激励功率数字信号和激励频率数字信号；

将转换得到的激励功率数字信号和激励数字信号分别与对应的、预先存储的、所需要的功率数字信号和频率数字信号进行对应比较，验证得到的激励功率数字信号是否和预先存储的、所需要的功率数字信号一致，且激励频率数字信号是否和预先存储的、所需要的频率数字信号一致；

如果得到的激励功率数字信号和预先存储的、所需要的功率数字信号一致，且激励频率数字信号和预先存储的、所需要的频率数字信号一致；则直接输出对应的激励频率信号和激励功率信号，不需要调整参数；

如果得到的激励功率数字信号和预先存储的、所需要的功率数字信号不一致，或激励频率数字信号和预先存储的、所需要的频率控制数字信号不一致；则单片机控制单元重新调整计算实时产生的频率数字控制信号和功率数字控制信号；直至得到的激励功率数字信号和预先存储的、所需要的功率数字信号一致，且激励频率数字信号和预先存储的、所需要的频率数字信号一致。

5.根据权利要求1所述的可扩展的可控等离子体激励功率源，其特征在于，所述多种的工作模式包括：工作模式X、工作模式Y和工作模式Z；

所述工作模式X为级联的不同激励功率源之间交替工作，其中一个激励功率源对应的天线工作，与该激励功率源级联的剩余的激励功率源对应的所有天线均停止工作；

所述工作模式Y为级联的不同激励功率源各自独立工作，每个激励功率源对应的天线可以采取不同的工作状态；

所述工作模式Z为级联的不同激励功率源采用相同的工作模式同步工作，每个激励功率源对应的所有天线均采用相同的工作状态同步工作。

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