CN104049151B - 基于比较法的高功率微波辐射场测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于比较法的高功率微波辐射场测量方法及装置，该装置利用工作在线性区域检波器输入功率与输出电压呈线性的特性，在常用高功率微波辐射场测量装置中引入合成器和脉冲微波信号源，通过比较示波器同屏记录的待测脉冲微波检波波形与基准脉冲微波检波波形幅值，无须检波器灵敏度系数即可获得待测脉冲微波功率值。这种测量装置可以有效改善因检波器性能改变对功率测量结果的影响，适用于环境温度变化较大情况下的外场高功率微波精确测量。

Description

基于比较法的高功率微波辐射场测量方法及装置

技术领域

本发明涉及高功率微波功率测量方法和测量装置。

背景技术

高功率微波是指频率范围从300MHz到300GHz、峰值功率大于100MW或平均功率大于1MW的强电磁辐射。高功率微波在雷达、通信、核聚变加热、材料处理及定向能等领域都有重要的应用。

辐射场测量是获取高功率微波***技术指标的主要手段，但由于高功率微波辐射场具有峰值功率高、脉冲时间短、测量环境复杂等特点，准确测量辐射场功率一直是一个技术难题。目前的高功率微波辐射场测量的基本思路是将天线接收的大功率微波衰减至低功率进行检波，根据示波器记录的波形和检波器灵敏度曲线确定检波器输入功率，再结合测量***衰减环节的衰减量计算得到测量***接收的微波功率。检波器是高功率微波辐射场测量***的核心器件，其主体是微波二极管，目前使用较多的是面接触型肖特基势垒二极管。作为一种半导体器件，检波器性能易受环境温度的影响。通常检波器的灵敏度标定是在室内进行的，当将其用于环境温度变化较大的外场时，检波器性能会发生改变，仍使用室内标定的灵敏度曲线计算功率值会引入较大的误差。

改善检波器温度特性的方法通常有：(1)在不同温度下对检波器灵敏度进行标定，得到一系列标定曲线，然后根据检波器实际使用温度选择相应的灵敏度曲线；(2)使用恒温设备使检波器工作一个恒定温度。这两种方法都有一些不足之处，如数据补偿法需要事先累积大量标定数据，恒温设备引入会增加测量***复杂程度。

发明内容

本发明目的是提供一种基于比较法的高功率微波辐射场测量方法及装置，其主要解决在复杂测量环境下因检波器性能改变影响高功率微波辐射场测量结果的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于比较法的高功率微波辐射场测量方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)待测脉冲微波信号经过检波器检波；

2)示波器显示该待测脉冲微波检波波形；

3)示波器在记录待测脉冲微波检波波形后触发脉冲微波信号源产生一个基准脉冲微波信号；

4)基准脉冲微波信号经过检波器检波；

5)示波器同屏显示基准脉冲微波信号；

6)根据待测脉冲微波信号检波幅值V_x和基准脉冲微波信号检波幅值V_s,结合基准脉冲微波信号功率P_s，按公式P_x＝P_s*V_x/V_s计算出待测脉冲微波信号功率。

上述待测脉冲微波信号和基准脉冲微波信号分别经合成器进入同一个检波器；所述合成器包括第一输入端口1、第二输入端口2以及输出端口3，其中第一输入端口1、第二输入端口2相互隔离；所述第一输入端口1和第二输入端口2分别与输出端口3相通；所述待测脉冲微波信号和基准脉冲微波信号分别经合成器第一输入端口1和第二输入端口2进入合成器。

上述基准脉冲微波信号相对待测脉冲微波信号的时间延迟在数十纳秒级。

一种基于比较法的高功率微波辐射场测量装置，包括接收天线、衰减环节、检波器和示波器；所述接收天线的输出端接衰减环节的输入端，所述检波器的输出端接示波器的输入端；所述接收天线用于接收待测脉冲微波信号；其特殊之处在于：

还包括合成器和带外部触发功能的脉冲微波信号源；

所述示波器能够产生触发信号；

所述合成器包括第一输入端口1、第二输入端口2以及输出端口3，其中第一输入端口1、第二输入端口2相互隔离；所述第一输入端口1和第二输入端口2分别与输出端口3相通；

所述衰减环节的输出端接合成器的第一输入端口1，所述合成器的输出端3接检波器的输入端；

所述示波器在记录待测脉冲微波信号时同步产生触发信号，并将触发信号送入脉冲微波信号源的触发端；

所述脉冲微波信号源的输出端接合成器的第二输入端口。

本发明的优点：

1、本发明无须检波器灵敏度系数即可获得待测脉冲微波功率值。

2、本发明测量装置可以有效改善因检波器性能改变对功率测量结果的影响，适用于环境温度变化较大情况下的外场高功率微波精确测量。

附图说明

图1为常用的高功率微波辐射场测量装置组成框图，该装置主要由接收天线、衰减环节、检波器、示波器等组成。

图2为本发明基于比较法的高功率微波辐射场测量装置组成框图，该装置主要由接收天线、衰减环节、合成器、检波器、示波器和脉冲微波信号源等组成。

图3为基于比较法的辐射场测量装置典型波形，示波器屏幕左边为待测脉冲微波检波波形，右边为基准脉冲微波检波波形。

具体实施方式

基于比较法的辐射场测量装置组成如图2所示，在衰减环节和检波器之间设置一个合成器，该合成器包括第一输入端口1、第二输入端口2以及输出端口3，其中第一输入端口1、第二输入端口2相互隔离，第一输入端口1和第二输入端口2分别与输出端口3相通。示波器在记录第一个检波波形后触发脉冲微波信号源工作，脉冲微波信号源的输出功率和脉冲宽度可设置。

本发明方法步骤如下：天线接收的脉冲微波经衰减环节和合成器(第一输入端口1输入后从输出端口3输出)后由检波器检波，示波器记录该待测脉冲微波检波波形后触发脉冲微波信号源产生一个基准脉冲微波信号，基准脉冲微波信号由合成器第二输入端口2输入后从输出端口3输出，经检波器检波后由示波器显示。这样在示波器上可同时记录两个脉冲微波波形，通过比较这两个波形幅值，结合基准脉冲微波信号功率即可推算出待测脉冲微波功率。

需要注意的是该装置要求检波器工作在线性区域，合成器引入的插损在测量***校准时需要考虑。

本发明的基本原理：

1.工作在线性区域的检波器输出电压幅值与输入功率呈线性关系，即V＝KP，K为灵敏度系数，是温度的函数。设待测脉冲微波信号和基准脉冲微波信号的功率分别为P_x和P_s，对应的检波幅值分别为V_x和V_s，当检波器温度恒定时，系数K为常数，则有P_x＝P_s*V_x/V_s，由于基准脉冲微波功率已知，V_x/V_s值可以通过示波器给出，这样不需要知道具体的灵敏度系数即可方便给出待测脉冲微波功率。

2.在待测脉冲微波信号后增加一路功率已知(或可以准确测量)的基准脉冲微波信号，使其先后经过检波器并在示波器上同屏显示，通过比较两个检波波形幅值即可得到检波器输入功率。两个脉冲微波信号时间间隔数十纳秒，在如此短的时间内可以认为检波器工作环境温度和检波器性能没有发生变化。

3.脉冲微波信号源的输出功率、检波器的线性工作范围及对应的检波电压幅值均是已知量，根据基准脉冲微波信号检波幅值V_s值可以判断出检波器性能是否发生改变及V_x的有效性(是否位于检波器线性工作区域)。

Claims (4)

1.一种基于比较法的高功率微波辐射场测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)待测脉冲微波信号经过检波器检波；

2)示波器显示该待测脉冲微波检波波形；

3)示波器在记录待测脉冲微波检波波形后触发脉冲微波信号源产生一个基准脉冲微波信号；

4)基准脉冲微波信号经过检波器检波；

5)示波器同屏显示基准脉冲微波信号；

6)根据待测脉冲微波信号检波幅值V_x和基准脉冲微波信号检波幅值V_s,结合基准脉冲微波信号功率P_s，按公式P_x＝P_s*V_x/V_s计算出待测脉冲微波信号功率。

2.根据权利要求1所述的基于比较法的高功率微波辐射场测量方法，其特征在于：所述待测脉冲微波信号和基准脉冲微波信号分别经合成器进入同一个检波器；所述合成器包括第一输入端口(1)、第二输入端口(2)以及输出端口(3)，其中第一输入端口(1)、第二输入端口(2)相互隔离；所述第一输入端口(1)和第二输入端口(2)分别与输出端口(3)相通；所述待测脉冲微波信号和基准脉冲微波信号分别经合成器第一输入端口(1)和第二输入端口(2)进入合成器。

3.根据权利要求2所述的基于比较法的高功率微波辐射场测量方法，其特征在于：基准脉冲微波信号相对待测脉冲微波信号的时间延迟在数十纳秒级。

4.一种基于比较法的高功率微波辐射场测量装置，包括接收天线、衰减环节、检波器和示波器；所述接收天线的输出端接衰减环节的输入端，所述检波器的输出端接示波器的输入端；所述接收天线用于接收待测脉冲微波信号；

其特征在于：

还包括合成器和带外部触发功能的脉冲微波信号源；

所述示波器能够产生触发信号；

所述合成器包括第一输入端口(1)、第二输入端口(2)以及输出端口(3)，其中第一输入端口(1)、第二输入端口(2)相互隔离；所述第一输入端口(1)和第二输入端口(2)分别与输出端口(3)相通；

所述衰减环节的输出端接合成器的第一输入端口(1)，所述合成器的输出端(3)接检波器的输入端；

所述示波器在记录待测脉冲微波信号时同步产生触发信号，并将触发信号送入脉冲微波信号源的触发端；

所述脉冲微波信号源的输出端接合成器的第二输入端口。