[發(fā)明專利]超寬帶沖激窄脈沖功率測量方法

有效

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• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109596213B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設計）人: 呂波;王全民;王朝珉;王凱新;劉佳;何宏章
• 申請（專利權）人: 北京宏動科技有限公司
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 北京棧橋知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11670
• 代理人: 余柯薇

本發(fā)明公開了一種超寬帶沖激窄脈沖功率測量技術，可用于超寬帶雷達、超寬帶無線電探測器和超寬帶通信等領域。該測量技術由中控單元、同步脈沖形成、掃描脈沖形成、延遲線、積分積累、中頻處理、中頻功率檢波和AD量化組成。中控單元控制可編程延遲線，使掃描脈沖在超寬帶脈沖的重復周期內(nèi)滑動，對被測窄脈沖實施取樣、積分積累和脈沖展寬，轉換為中頻寬脈沖；經(jīng)中頻濾波、放大、包絡檢波、AD采樣，送入中控單元進行數(shù)字域處理，根據(jù)校準的超寬帶沖激窄脈沖幅度?中頻寬脈沖幅度關系曲線，查表確定被測窄脈沖功率。與現(xiàn)有技術相比，該技術可實現(xiàn)納秒甚至皮秒量級窄脈沖的功率測量，并具有體積小，重量輕，成本低等諸多優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及脈沖功率測量領域，具體涉及一種超寬帶沖激窄脈沖功率測量技術及測量設備。該超寬帶沖激窄脈沖功率測量方法，可實現(xiàn)對納秒甚至皮秒量級沖激窄脈沖功率的測量，避免使用昂貴的大帶寬、高采樣率示波器，為超寬帶雷達、超寬帶無線電探測器、超寬帶通信設備等提供一種低成本、便攜、可靠、通用的沖激窄脈沖功率測量方法。

背景知識技術

目前對信號功率的測量常用兩種方法：熱量測量法和檢波測量法。熱量測量法中主要用到熱效應功率傳感器，如熱敏電阻、鎮(zhèn)流電阻、熱電偶和量熱計等。但是，這些傳感器的輸出與輸入射頻脈沖相比，都有較大的時間常數(shù)，其響應跟不上脈沖包絡的變化，故不能準確實時測量脈沖峰值功率，只能顯示穩(wěn)態(tài)時射頻脈沖重復周期內(nèi)的平均功率。檢波測量法，可以檢波出一般脈沖信號的幅度包絡，從而根據(jù)輸入功率與輸出電壓的線性關系測出峰值功率。該方法通過射頻檢波器檢測出射頻脈沖包絡，然后A/D采集被測脈沖包絡，采集結果輸入到處理器進行數(shù)據(jù)處理，得到脈沖功率的測量值。

對于超寬帶沖激窄脈沖信號，脈沖寬度在納秒甚至皮秒量級，目前射頻檢波器的響應速度通常在十幾納秒到幾十納秒，顯然無法滿足如此窄的脈沖包絡檢測要求。如果采用AD直接采集射頻脈沖，對AD采樣速度、處理器的處理速度、大容量數(shù)據(jù)存取等都提出了很高的要求。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，AD采樣率至少要幾個GHz甚至幾十GHz，處理器的數(shù)據(jù)吞吐率將達到幾個Gbps到十幾個Gbps，數(shù)據(jù)存儲和處理難度陡增，成本高昂，且實現(xiàn)的技術難度很大。目前市售高采樣率、大帶寬的示波器，如是的科技InfiniiVision 6000系列、泰克MSO64等，均是采用這種“高速AD采集+高速處理器”的方案，其售價接近二十萬人民幣。這些高速示波器測量超寬帶沖激窄脈沖功率雖然準確可靠，但是普通用戶難以接受其高成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有功率測量方法無法測量超寬帶沖激窄脈沖的缺陷，且通用大帶寬、高采樣率示波器成本高、體積大的問題，本發(fā)明提出了一種適用于超寬帶沖激窄脈沖信號的功率測量方法，滿足超寬帶體制雷達、超寬帶無線電探測器、超寬帶通信等設備的功率檢測需求。

為實現(xiàn)上述功能，本發(fā)明采用以下技術方案：同步脈沖形成電路產(chǎn)生與被測超寬帶沖激窄脈沖同步的時間基準，中控單元控制程控延遲線實現(xiàn)脈沖掃描，該掃描脈沖在超寬帶脈沖的重復周期內(nèi)線性滑動掃描，對被測超寬帶沖激窄脈沖進行取樣、積分積累和脈沖展寬，實現(xiàn)超寬帶沖激窄脈沖到中頻寬脈沖的變換。中頻電路對生成的中頻寬脈沖信號進行濾波、放大，再由中頻檢波二極管變換為視頻包絡。AD對視頻包絡采樣后送入中控單元處理，通過提前校準的“超寬帶沖激窄脈沖幅度-中頻寬脈沖幅度”對應關系曲線，查表確定被測超寬帶沖激窄脈沖的真實功率。整個功率測量系統(tǒng)由中控單元、同步脈沖形成、掃描脈沖形成、延遲線、積分積累、中頻處理、中頻功率檢波和AD量化等組成。

為保證功率測量精度，上述超寬帶沖激窄脈沖功率測量設備通過自動化測試程序，預先測量出沖激窄脈沖功率與中頻寬脈沖功率的對應曲線并保存，當測量未知功率的沖激窄脈沖時，只需測出中頻寬脈沖的功率，通過插值或查表即可獲得沖激窄脈沖的功率。

為實現(xiàn)中頻寬脈沖的功率測量，設計了基于“AD+MCU”的低成本中頻功率測量電路，該電路利用低成本、16bit大動態(tài)范圍模數(shù)變換器(AD)采集中頻信號，在微程序控制器(MCU)中利用門限檢測、數(shù)字濾波、均值去噪、數(shù)值計算等數(shù)字處理技術檢測出中頻脈沖的起止時間和寬度，并準確計算出中頻脈沖的功率。