[实用新型]一种射频电压电流检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及射频离子源和加速器领域的射频电压、电流检测，更 具体地，涉及一种中频至高频范围内双导体传输系统中电压、电流的检测 装置。

背景技术

目前主要的射频电压、电流检测方法如下：

对射频传输线的电压和电流分别进行采样，然后进行后续计算处理。 具体地说，在传输线双导体之间串接若干数量电容器，对传输线电压进行 分压取样；采用带有磁芯的环形螺线管套在传输线的内导体上，对传输线 电流进行取样。这种检测方法需要在双导体传输线的两个导体之间焊接电 容，同时让内导体穿过环形螺线管，会对已经集成安装在射频系统中的射 频传输线结构造成破坏，安装和调试不方便；实际电容受到寄生电阻的影 响，导致电压取样的分压比随频率的变化而改变，由此带来的误差不容忽 视，也很难消除，需对不同频率下的检测信号进行修正；线圈磁芯材料存 在磁滞损耗和涡流损耗等非线性特性，其等效电阻随频率、功率的不同而 变化，对电流大小和相位的测量精度带来影响。此外，该检测方案的频带 宽度受磁芯工作频率的限制。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种射频电压电流 检测装置，旨在解决现有射频电压检测装置安装、调试和检测精度受限的 问题，以及现有射频电流检测装置由于线圈磁芯材料特性所导致的工作频 率和检测精度受限的问题。

本实用新型提供了一种射频电压电流检测装置，包括电压取样单元、 电流取样单元、缓冲单元和信号处理单元；所述电压取样单元用于对双导 体传输线中导体之间的电压进行采集；所述电流取样单元用于感应传输线 内导体周围的磁场强度，并根据空心线圈两端的感应电压获得所述内导体 的电流；所述缓冲单元的第一输入端连接所述电压取样单元，所述缓冲单 元的第二输入端连接所述电流取样单元，用于对电压和电流的采样信号进 行缓冲处理；所述信号处理单元的第一输入端连接至所述缓冲单元的第一 输出端，所述信号处理单元的第二输入端连接至所述缓冲单元的第二输出 端，用于对所述缓冲单元输出的信号进行处理后获得待检测射频电压、电 流的幅值、频率和相位差。

更进一步地，所述电压取样单元包括金属片，所述金属片分别与内导 体、外导体构成等效电容。

更进一步地，所述电压取样单元还包括电容C10，所述电容C10的一 端与外导体相接，所述电容C10的另一端连接所述金属片。

更进一步地，金属片与内导体之间的耐压强度，需要满足大于或等于 传输线两导体间电压两倍的要求。

更进一步地，所述金属片与内导体平行放置。

更进一步地，在金属片与内导体之间的气隙中插入电介质材料。

更进一步地，所述电流取样单元为空心线圈，所述空心线圈的一个引 脚与外导体相接，所述空心线圈的另一个引脚作为所述电流取样单元的输 出端。

更进一步地，所述空心线圈为平面线圈或空心螺线管线圈。

更进一步地，缓冲单元包括第一缓冲单元和第二缓冲单元，所述第一 缓冲单元的输入端作为所述缓冲单元的第一输入端，所述第一缓冲单元的 输出端作为所述缓冲单元的第一输出端；所述第二缓冲单元的输入端作为 所述缓冲单元的第二输入端，所述第二缓冲单元的输出端作为所述缓冲单 元的第二输出端。

更进一步地，所述第一缓冲单元和所述第二缓冲单元的结构相同，均 包括运算放大器U1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C7、电 容C8、电容C9、电阻R1、电阻R3和电阻R4；所述运算放大器U1包括8 个引脚，第1引脚悬空，第2引脚通过所述电阻R1连接至第6引脚，第3 引脚作为缓冲单元的输入端，第4引脚接-5V电源，第5引脚接-5V电源， 第6引脚作为缓冲单元的输出端，第7引脚和第8引脚均接+5V电源；所 述电容C1、电容C2和电容C3并联后一端接地，另一端接+5V电源；所述 电容C7、电容C8和电容C9并联后一端接地，另一端接-5V电源；所述电 阻R3的一端接地，另一端连接至所述U1的第3引脚；所述电阻R4与所 述电容C4并联连接后一端接地，另一端连接至所述运算放大器U1的第5 引脚。