[發明專利]一種高靈敏度的微波功率檢測系統

有效

• 申請號: 202011495430.7
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112684246B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 梁金星;趙立業;朱棟;李坤宇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R21/08
• 分類號: G01R21/08;G01R21/09;G01R21/133
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

1.一種高靈敏度的微波功率檢測系統，其特征在于：包括微波發射模塊(A)、微波接收模塊(B)、磁隧道結敏感元件(C)、功率檢測電路(D)、信號調理電路(E)、數據采集模塊(F)、控制微波信號及顯示檢測電壓的計算機(G)；

其中微波發射模塊(A)包括微波信號源(1)、乘法調制器(3)、正弦波發生器(2)以及發射天線(4)，所述微波信號源(1)產生的射頻微波信號和正弦波發生器(2)產生的低頻正弦波信號通過乘法調制器(3)進行乘法器調制得到雙邊帶調幅信號，最后通過發射天線(4)發射信號；

微波接收模塊(B)，包括接收天線(5)、直流偏置電流信號(6)、T型偏置器(7)，所述接收天線(5)接收的信號與直流偏置電流信號(6)通過T型偏置器(7)輸出的射頻+直流偏置電流信號饋入到磁隧道結敏感元件(C)，并對磁隧道結加載平面內短軸方向的磁場(8)作用，

功率檢測電路(D)，包括低噪聲放大器(10)、信號檢波、放大(11)，射頻微波信號通過低噪聲放大器和信號檢波、放大進入信號調理電路(E)進行信號調理，信號調理電路(E)主要用來實現信號整流及調理(12)；

數據采集模塊(F)，包括ADC模數轉換器(13)、MCU單片機(14)，經過調理后的直流電壓信號通過ADC模數轉換器、MCU單片機進行采集，再通過USB總線與計算機(15)進行數據傳輸，通過面板(16)顯示檢測數據。

2.根據權利要求1所述的一種高靈敏度的微波功率檢測系統，其特征在于：微波信號源(1)是基于高性能、低噪聲的鎖相環頻率合成器LMX2582來集成實現的，頻率帶寬范圍是20MHz-5GHz，使用計算機(15)上的信號源控制上位機(17)軟件來實現微波信號功率和頻率值的調節。

3.根據權利要求1所述的一種高靈敏度的微波功率檢測系統，其特征在于：正弦波發生器(2)產生低頻正弦波調制信號，由精密振蕩集成電路ICL8038實現；微波信號源(1)產生射頻微波載波信號，由高性能RF合成器LMX2582集成實現；雙邊帶調幅微波信號是通過四象限射頻乘法調制器調制而成，乘法調制器(3)由ADL5391芯片實現。

4.根據權利要求1所述的一種高靈敏度的微波功率檢測系統，其特征在于：微波發射天線(4)和微波接收天線(5)均使用平衡對踵式Vivaldi平面端射天線；兩天線均通過標準SMA接口與其它模塊連接，兩天線端口的指向一致，主極化方向也一致；天線的接收功率與發射功率及收、發天線之間的距離有關，具體的如式1所示

式(1)中，G表示天線增益，λ表示波長，r表示收發天線之間的距離，P_t表示發射天線的發射功率，P_r表示接收天線的接收功率。

5.根據權利要求1所述的一種高靈敏度的微波功率檢測系統，其特征在于：磁隧道結敏感元件(C)具體為納米級MgO勢壘層磁隧道結，對其饋入帶有直流偏置電流的射頻信號，直流偏置電流的加載使用T型偏置器來實現。

6.根據權利要求1所述的一種高靈敏度的微波功率檢測系統，其特征在于：通過加載平臺對磁隧道結加載平面內短軸方向磁場(8)，所述加載平臺為空心框架結構，在加載平臺的兩側各裝配一塊25mm*25mm*5mm的方形鐵永磁體，中空處插入裝配有磁隧道結的PCB塊，加載平臺底部設有4個用作固定的安裝孔，加載平臺材質為6061鋁材。

7.根據權利要求1所述的一種高靈敏度的微波功率檢測系統，其特征在于：信號檢波、放大部分(11)的具體實現為：使用射頻肖特基二極管HSMS-2852進行檢波，使用低噪聲運算放大器AD8599來進行信號放大和帶通濾波；信號調理電路(E)具體實現為：使用快速開關二極管1N4148來進行低頻信號的整流，使用高輸入阻抗運算放大器CA3140來進行信號調理電路的集成。

8.根據權利要求1所述的一種高靈敏度的微波功率檢測系統，其特征在于：數據采集電路部分使用MSC1210芯片來實現ADC模數轉換器(13)和MCU單片機(14)，通過USB總線與計算機(15)進行數據傳輸，通過LabVIEW軟件面板(16)進行輸出電壓顯示，并通過線性擬合得到輸出電壓與檢測微波功率之間的線性關系，進而實現微波功率的檢測。