[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

本發明公開了一種高靈敏度的微波功率檢測系統，包括微波發射模塊、微波接收模塊、磁隧道結敏感元件、功率檢測電路、信號調理電路、數據采集模塊和控制微波信號及顯示檢測電壓的計算機。其中，所述的微波發射模塊中使用四象限射頻乘法調制器來產生雙邊帶調幅信號，微波發射器件和微波接收模塊中的微波接收器件均使用平衡對踵式Vivaldi平面端射天線，所述的磁隧道結敏感元件使用MgO勢壘層磁隧道結，并對其施加面內短軸方向磁場作用，所述的功率檢測電路、信號調理電路用來對微波小信號進行放大、濾波以及信號調理，最后通過計算機進行信號采集和處理，本發明可在室溫和平面內磁場下，對微波功率實現高靈敏度檢測，構建結構簡單、集成度高。

技術領域

本發明屬于微電子機械系統技術領域，具體涉及一種高靈敏度的微波功率檢測系統。

背景技術

隨著科學技術的進步和信息化時代的到來，微波技術取得了高速的發展，已經成為一門比較成熟并且應用范圍極為廣泛的技術。經過在原本廣泛的無線通訊領域之外的不斷發展，微波技術的應用已滲透到了科學領域的許多方面，如全球定位系統、雷達以及電子和計算機工程學科都與微波技術密不可分。另外各種分子、原子和原子核的諧振都發生在微波頻段下，這使得微波在基礎科學領域、遙感、氣象、醫學診斷和治療以及加熱方法等方面也具有獨特的應用。

微波信號的參量有很多，而微波功率便是其中非常重要的一個性能參數，微波電路中常用功率這一指標來表示信號的特征，這與傳統集總電路中經常使用電流電壓不同。比如在雷達發射機和接收機的系統中，微波功率就是一個至關重要的參數，通過對微波發射功率和接收功率進行檢測，可以計算雷達微波信號的作用距離，還可以根據信號功率值的大小來對微波發射電路和接收電路的一些參數進行必要的調整，而從起到提高微波檢測靈敏度等性能和改變微波傳輸距離的作用。此外，通過測量振蕩源、放大器和各種微波元器件的輸入輸出功率可以確定插入損耗、增益和隔離度等主要技術指標。在這些微波系統中，通過對功率的測量和控制，可以使系統更智能化和自動化，并提高系統運行的可靠性，因而微波功率的檢測具有重要的意義。

隨著微波系統應用要求的提高，對微波功率檢測系統提出了很多新要求。比如檢測條件苛刻時需要檢測微弱信號的功率，還要實現較大的檢測靈敏度和寬頻帶，對于系統集成方面要求實現便攜式、小型化與標準制造工藝兼容等特點。傳統的微波功率檢測方法有輻射熱測量、熱電偶法以及晶體管檢波的方法，這些常規的微波檢測方法不可避免的存在一個最致命的缺點，就是檢測過程中能量耗散大，特別是前兩種微波功率檢測方法，在能量傳遞的過程中可能有相當大一部分微波能量轉化成其它的無用能量，因此檢測靈敏度不高，通常只有μV/mW量級。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種高靈敏度的微波功率檢測系統，使用時域特性穩定、端射特性較好的平衡對踵式Vivaldi平面天線進行微波信號的發射和接收，并在電子自旋特性的基礎上，使用基于原子制造技術的MgO勢壘層磁隧道結作為微波敏感元件，加之以高精度、低噪聲的微波信號處理電路，來實現一套小型化、可集成的高精度微波功率探測系統，該系統理論上具備有微波探測精度優于μW量級的能力，在雷達、導航、國防和武器檢測等領域有著良好的應用潛力。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種高靈敏度的微波功率檢測系統，包括微波發射模塊、微波接收模塊、磁隧道結敏感元件、功率檢測電路、信號調理電路、數據采集模塊、控制微波信號及顯示檢測電壓的計算機。

微波發射模塊包括微波信號源、乘法調制器、正弦波發生器以及發射天線，所述微波信號源產生的射頻微波載波信號和正弦波發生器產生的低頻正弦波信號通過乘法調制器進行乘法調制得到雙邊帶調幅信號，最后通過發射天線發射信號；