CN114264325A - 一种基于快速跳频技术的多模微波检测***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于快速跳频技术的多模微波检测***及方法，属于微波传感器检测技术领域。所述***包括扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2、混频电路、具有多个谐振膜的微波传感器、射频检波电路以及相应的控制电路；通过两个基准本振与混频器实现对每个谐振模的工作区间的快速扫频，对无关频段进行跳频处理，解决了多模微波检测技术中的实时性和混叠问题的矛盾；基于该多模微波检测***，使用检波电路与检波算法实现对单谐振模微波参量的快速提取。实现了在较广的频率区间内对微波器件的快速跳频与扫频并维持了较低的杂散和相位噪声水平，保证了微波检测的实时性与精确度。

Description

一种基于快速跳频技术的多模微波检测***及方法
技术领域
本发明涉及一种基于快速跳频技术的多模微波检测***及方法，属于微波传感器检测技术领域。
背景技术
微波检测技术凭借其高检测精度、优秀的实时性以及良好的可靠性，被广泛应用于多种严苛的检测场景中。微波检测的原理是当环境中的待测参量(Device Under Test，DUT)改变时，微波器件的谐振频率、回波损耗和***损耗等微波参数也会随之发生改变。因此，可以通过测量谐振点频移、谐振模幅度的损耗来表征待测量的变化程度。
传统的微波检测器件往往只有一个用于检测的谐振模，用于表征DUT的微波参数较少。当DUT成分复杂或者测试环境严苛时，单一的微波参量往往不能良好的表征DUT。使用多谐振模微波检测技术可以有效的解决上述问题，通过对微波器件进行结构设计，可以实现多个谐振模在各自的频率区间内独立的工作。
然而，多模微波检测技术中需要保证谐振模之间不会发生混叠现象，因此相邻的谐振模之间需要设置足够的频率间隔，这就要求驱动电路必须在一个更广的频率区间内对微波器件进行扫频激励。但同时考虑到微波检测的实时性，对微波器件的单个扫频周期需要尽可能短，而驱动电路在更广的频率区间内对微波器件进行扫频激励会导致无法满足这一实时性要求。
因此，针对多模微波检测技术需要解决上述实时性和混叠问题的矛盾。
发明内容
为了解决目前多模微波检测技术中存在的问题，本发明提供了一种基于快速跳频技术的多模微波检测***及方法。
一种基于快速跳频技术的多模微波检测***，所述***包括：
扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2、混频电路、具有多个谐振模的微波传感器、射频检波电路以及相应的控制电路；其中，扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2和射频检波电路分别与控制电路相连；扫频本振基准电路LO1和跳频基准本振电路LO2分别和混频电路相连；
所述混频电路用于实现LO1、LO2输出频率的搬移与合成，即实现LO1的输出频率与LO2的输出频率的频域叠加；所述射频检波电路用于将微波传感器输出的微波信号转换为直流模拟信号，并通过实时的模数转换将微波传感器的输出数据传输至控制电路；所述控制电路用于控制整个***的射频逻辑与检波逻辑以实现多模微波检测过程对于微波传感器的快速跳频与扫频操作以及传感器的数据采集操作。
可选的，所述扫频本振基准电路LO1采用含有Sigma-Delta调制模块的宽带小数分频锁相环，用于单个谐振模工作区间内的快速扫频；所述跳频基准本振电路LO2采用含有多个压控振荡器的窄带整数分频锁相环，用于实现不同谐振模工作区间之间的快速跳频切换。
可选的，所述含有Sigma-Delta调制模块的宽带小数分频锁相环采用三阶无源结构的宽带环路带宽；所述含有多个压控振荡器的窄带整数分频锁相环采用三阶无源结构的窄带环路带宽。
可选的，所述含有Sigma-Delta调制模块的宽带小数分频锁相环采用四阶二型小数分频锁相环，包括鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP、环路滤波器LF1、压控振荡器VCO1以及小数分频器F_DIV，同时在环路中设置Sigma-Delta调制模块用于抑制小数分频器F_DIV产生的小数杂散。
可选的，所述含有多个压控振荡器的窄带整数分频锁相环采用四阶二型整数分频锁相环，包括鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP、环路滤波器LF2、多路复用器MUX、不同输出频率范围的多个压控振荡器以及整数分频器N_DIV。
可选的，所述LO1和LO2中的压控振荡器后均设置有低噪声放大器，其通频带各自匹配对应的压控振荡器。
可选的，所述混频电路对扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2的输出频率做进行频域叠加，并通过SMA接口将射频信号加载到微波传感器上。
本申请还提供一种基于快速跳频技术的多模微波检测方法，所述方法采用上述多模微波检测***实现，所述方法中，控制电路通过对扫频本振基准电路LO1中的小数分频器F_DIV和Sigma-Delta调制模块、跳频本振基准电路LO2中的整数分频器N_DIV进行实时控制，实现在每个谐振模工作频率区间内的快速扫频操作与无关频段的快速跳频操作。
可选的，所述多模微波检测方法为n模微波检测方法，所述多模微波检测***中的微波传感器具有n个谐振膜，所述方法包括：
控制电路对扫频本振基准电路LO1中的小数分频器F_DIV和Sigma-Delta调制模块、跳频本振基准电路LO2中的整数分频器N_DIV进行参数配置，使其相互配合为微波传感器的当前谐振模的工作频率区间提提供扫频激励；
微波传感器在LO1和LO2提供的扫频激励下发出当前谐振模的工作频率区间的微波信号对DUT进行检测；射频检波电路实时获取检测数据并传输至控制电路；所述检测数据包括微波传感器的谐振频率以及微波***损耗或者回波损耗；
控制电路实时更新并存储当前谐振模的工作频率区间的检测数据，当获取到当前谐振模的工作频率区间的最小值及其对应的射频频点后，对扫频本振基准电路LO1中的小数分频器F_DIV和Sigma-Delta调制模块、跳频本振基准电路LO2中的整数分频器N_DIV进行参数配置，使其相互配合为微波传感器的下一谐振模的工作频率区间提提供扫频激励。
10、根据权利要求9所述的多模微波检测方法，其特征在于，控制电路以中断方式接收射频检波电路传输来的检测数据。
本发明有益效果是：
本申请提供一种基于快速跳频技术的多模微波检测***及方法，通过两个基准本振与混频器实现对每个谐振模的工作区间的快速扫频，对无关频段进行跳频处理，解决了多模微波检测技术中的实时性和混叠问题的矛盾；对于多模微波检测***中的扫频本振基准电路LO1，采用含有Sigma-Delta调制(SDM)模块的宽带小数分频锁相环PLL，SDM模块实现了对于小数杂散的抑制，而选择宽环路带宽则缩短了PLL的瞬态响应时间，提高微波检测的实时性；对于多模微波检测***中的跳频基准本振电路LO2，则采用含有多个压控振荡器(VCO)的窄带整数分频锁相环(PLL)，其选择窄环路带宽有效抑制了环路噪声，考虑单个VCO的调谐能力有限，而跳频基准本振电路LO2具有广阔的跳频范围，因此LO2中设置有多个压控振荡器。本申请基于该多模微波检测***，使用检波电路与检波算法实现对单谐振模微波参量的快速提取。实现了在较广的频率区间内对微波器件的快速跳频与扫频并维持了较低的杂散和相位噪声水平，保证了微波检测的实时性与精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的基于快速跳频技术的多模微波检测电路的基本示意框图；
图2本发明一个实施例提供的一种4谐振模微波检测的频域工作原理示意图；
图3是是本发明一个实施例提供的一种4谐振模微波传感器的基本结构示意图；
图4是本发明一个实施例提供的检测电路的各模块的具体实施方式的示意图；
图5是本发明一个实施例提供的控制电路中整个电路***的跳频与扫频逻辑的运行流程图；
图6是本发明一个实施例提供的控制电路中整个电路***的检波逻辑的运行流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明针对多模微波检测技术，通过两个基准本振与混频器实现对每个谐振模的工作区间的快速扫频，对无关频段进行跳频处理，并使用检波电路与检波算法实现对单谐振模微波参量的快速提取。实现了在较广的频率区间内对微波器件的快速跳频与扫频并维持了较低的杂散和相位噪声水平，保证了微波检测的实时性与精确度。
实施例一：
本实施例提供一种基于快速跳频技术的多模微波检测电路，如图1所示，所述电路包括：扫频本振基准电路(LO1)301、跳频基准本振电路(LO2)305、混频电路302、微波传感器303、射频检波电路304以及相应的控制电路306。
控制电路306通过控制线307与扫频本振基准电路(LO1)301相连，通过控制线309与跳频基准本振电路(LO2)305相连；射频检波电路304通过数据传输线308与控制电路306相连。
其中，扫频本振基准电路LO1采用含有Sigma-Delta调制(SDM)模块的宽带小数分频锁相环(PLL)，用于单个谐振模工作区间内的快速扫频。跳频基准本振电路LO2采用含有多个压控振荡器(VCO)的窄带整数分频锁相环(PLL)，用于实现不同谐振模之间的快速跳频切换。混频电路，用于实现LO1、LO2输出频率的搬移与合成，并将合成后的频率传输至微波传感器，使得微波传感器输出对应频率范围内的微波信号。射频检波电路，用于实现将微波传感器输出的微波信号转换为直流模拟信号。控制电路用于实现对整个电路***的射频逻辑与检波逻辑的控制。
控制电路306通过控制线307实现对LO1中宽带小数分频锁相环(PLL)中的SDM模块和小数分频器(F_DIV)的配置，通过控制线309实现对LO2窄带整数分频锁相环(PLL)中的整数分频器(N_DIV)的配置。
射频检波电路304通过数据传输线308向控制电路306传输数据，控制电路306中的控制器以中断的方式接受数据，并实时执行检波算法、更新并存储单个谐振模工作频率区间内的最小值及其对应的射频频点，实时获取每个谐振模工作频率区间内的谐振频率和***损耗等微波参量。
相对于单模微波检测，本申请提供的多模微波检测电路在一个扫频周期内可以获得多个微波参量，从而更好的表征DUT。
实施例二：
本实施例提供一种基于快速跳频技术的多模微波检测的方法，以一个4谐振模的微波检测为例进行介绍如下，参见图2，图2中，101、102、103和104分别对应了4个不同工作频率区间内的谐振模。
其中101对应的DET_MODE1工作频率区间为(f0,f1)，102对应的DET_MODE2工作频率区间为(f2,f3)，103对应的DET_MODE3工作频率区间为(f4,f5)，104对应的DET_MODE4工作频率区间为(f6,f7)。此外，相邻谐振模之间需要保留足够的频率间隔，这个间隔定义为无关频段，表现在图1即为(f1,f2)、(f3,f4)和(f5,f6)。
图3为对应图2所示的4谐振模工作频率的多模微波传感器的基本结构示意图。其中，201、202、203和204电特征尺寸不同，分别对应不同的基准谐振频率，实际应用中，技术人员通过对谐振器的结构和尺寸进行设计可依次产生图2所示的101、102、103和104谐振模。其中205是微波传感器的馈线，用于射频信号的输入输出。
利用图1所示的基于快速跳频技术的多模微波检测电路实现多模微波检测，所述电路包括：扫频本振基准电路(LO1)301、混频电路302、混频电路302、微波传感器303、射频检波电路304、跳频基准本振电路(LO2)305、以及相应的控制电路306。
控制电路306通过控制线307与扫频本振基准电路(LO1)301相连，通过控制线309与跳频基准本振电路(LO2)305相连；射频检波电路304通过数据传输线308与控制电路306相连。
具体的：
扫频本振基准电路(LO1)301，其采用含有Sigma-Delta调制(SDM)模块的宽带小数分频锁相环PLL，用于单个谐振模工作区间内的快速扫频。
跳频基准本振电路(LO2)305，采用含有多个压控振荡器(VCO)的窄带整数分频锁相环PLL，用于实现不同谐振模之间的快速跳频切换。
混频电路302，用于实现LO1、LO2输出频率的搬移与合成。
射频检波电路304，用于实现将高频微波信号转换为直流模拟信号。
控制电路306，用于实现对整个电路***的射频逻辑与检波逻辑的控制。
此外，307为控制器用于控制LO1的控制线，主要用于配置LO1的SDM和小数分频器(F_DIV)，用于实现在单个谐振模工作频率区间内的快速扫频操作。308为数据传输线，用于射频检波器向控制器传输数据，控制器以中断的方式接受数据，并实时执行检波算法。309为控制器用于控制LO2的控制线，主要用于配置LO2的整数分频器(N_DIV)，用于实现对无关频段的快速跳频操作。
图4给出了图1所示的基于快速跳频技术的多模微波检测电路的一种具体实施方式，其中，扫频本振基准电路(LO1)301采用一个四阶二型小数分频锁相环PLL，而且环路中设置了Sigma Delta调制器(SDM)用于抑制小数杂散。
该四阶二型小数分频锁相环PLL包括鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LF)以及压控振荡器(VCO)。401为LO1的环路滤波器(为了和LO2中的环路滤波器区分，LO1中的环路滤波器标记为LF1)，环路滤波器LF1由电容C1、C2、C3、电阻R1和R2组成三阶无源低通滤波器，实际应用中，技术人员通过合理配置环路的零极点可以有效的抑制环路噪声。同时LF1选择宽环路带宽以缩短PLL的瞬态响应时间，提高微波检测的实时性。
图4中402为LO1的压控振荡器VCO(为了和LO2中的压控振荡器进行区分，LO1中的压控振荡器标记为VCO1)，工作在低频段，结合图2，其输出频率范围为(0，MAX(f1-f1,f3-f2,f5-f4,f7-f6))。VCO1的输出信号经过低噪声放大器(LNA)403后输入到混频器(MIXER)404中，而混频器404主要用于实现对LO1和LO2的输出信号的频率加法合成，表现在频域即实现了频谱的线性搬移。
图4中305为跳频基准本振电路LO2的一种具体实施方式，其采用一个四阶二型整数分频锁相环PLL。该四阶二型整数分频锁相环PLL包括鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(标记为LF2)、多路复用器(MUX)以及多个压控振荡器(VCO)
412为LO2的环路滤波器LF2，由C4、C5、C6、R3和R4组成的三阶无源低通滤波器。由于LO2有足够的跳频时间裕量，LF2选择窄环路带宽可以有效的抑制环路噪声。
图4中的411为多路复用器(MUX)，跳频基准本振电路LO2的PFD的产生的鉴频信号经电荷泵CP和环路滤波器LF2后需要经过多路复用器MUX后才能进入压控振荡器VCO，MUX的选通信号由控制器产生。由于应用于LO2的多路复用器MUX需要有较宽通频带，以图1所示的实施例其通频带范围为(f1,f6)。引入多路复用器MUX的原因是由于单个VCO的调谐能力有限，而跳频基准本振电路LO2具有广阔的跳频范围，因此需要引入三个压控振荡器VCO，分别记为VCO2、VCO3和VCO4。
410中压控振荡器VCO2的频率输出范围为(0,f0)，压控振荡器VCO3的频率输出范围为(f2,f4)，压控振荡器VCO3的频率输出范围为(f5,f6)。
跳频基准本振电路LO2的输出频率经过低噪声放大器LNA409放大后输入到混频电路的混频器MIXER中。混频器MIXER将扫频本振基准电路LO1的输出频率与跳频基准本振电路LO2输出频率进行混频，输出频率信号加载到微波传感器405(SENSOR)上，为每个谐振模的工作频率区间提提供扫频激励。
图4中304为射频检波电路304的一种具体实施方式，其中包括射频检波器406(RF_DET)和模数转换器407(ADC)。射频检波器RF_DET用于将微波传感器405的高频微波信号转换为直流模拟信号，射频检波器RF_DET的检出速度需要匹配射频电路的跳频与扫频速度。该实施方式中，模数转换器ADC采用一个12Bit的模数转换器，用于将直流模拟信号转换为数字信号，传输给控制电路408，执行检波算法。
图4中408为控制电路，整个电路***的扫频与跳频算法逻辑以及检波算法逻辑均由本模块实现。
控制电路408执行跳频扫频算法时，其分别通过416、417两条控制线实现对LO1的SDM模块和小数分频器(F_DIV)的控制，使其配合为每个谐振模的工作频率区间提提供扫频激励。采用小数分频器F_DIV可以保证更高的扫频分辨率，同时引入SDM模块有效的抑制因为采用小数分频器F_DIV而导致的小数杂散。
控制电路408执行跳频扫频算法时，还通过418控制线实现对跳频基准本振电路LO2的整数分频器(N_DIV)的控制，使其对无关频段进行跳频操作。
控制电路408执行检波算法时，需要接受来自模数转换器ADC407的数据，并对来自射频检波器RF_DET的数据进行实时比较，更新并存储单个谐振模工作频率区间内的最小值及其对应的射频频点，实时获取微波传感器扫频周期内每个谐振模工作频率区间内的谐振频率和***损耗等微波参量。
图5示出了控制电路中整个电路***的跳频与扫频逻辑的运行流程图。其流程如下：首先，控制电路306(图5中表现为控制器408)对扫频基准本振电路LO1与跳频基准本振电路LO2进行初始化；
初始化后，多模检测电路进入DET_MODE1模式，此时，控制器408配置跳频基准本振电路LO2的整数分频器N_DIV与多路复用器MUX，使能其压控振荡器VCO2，从而使得跳频基准本振电路LO2的输出频率为f0，随后控制器408配置扫频本振基准电路LO1的SDM模块与小数分频器F_DIV，使能其压控振荡器VCO1，从而使得扫频本振基准电路LO1的输出频率为(0,f1-f0)，最后使能混频器MIXER404，LO1的输出与LO2的输出通过混频器MIXER404加载到微波传感器405上，混频器MIXER404的输出频率为(f0,f1)，微波传感器405工作于DET_MODE1模式。
微波传感器405工作于DET_MODE1模式过程中，控制电路408接受来自模数转换器ADC407的数据，并对来自射频检波器RF_DET的数据进行实时比较，当获取到(f0,f1)工作频率区间内的最小值及其对应的射频频点后，控制电路408更新并存储该最小值及其对应的射频频点，同时通过对LO2的N_DIV与MUX和LO1的SDM与F_DIV进行配置，使得微波传感器405工作于DET_MODE2模式中，具体的：
控制器408配置跳频基准本振电路LO2的整数分频器N_DIV与多路复用器MUX，使能其压控振荡器VCO3，从而使得跳频基准本振电路LO2的输出频率为f2，随后控制器408配置扫频本振基准电路LO1的SDM模块与小数分频器F_DIV，使能其压控振荡器VCO1，从而使得扫频本振基准电路LO1的输出频率为(0,f3-f2)，最后使能混频器MIXER404，LO1的输出与LO2的输出通过混频器MIXER404加载到微波传感器405上，混频器MIXER404的输出频率为(f2,f3)，微波传感器405工作于DET_MODE2模式。
同样的，微波传感器405工作于DET_MODE2模式过程中，控制电路408接受来自模数转换器ADC407的数据，并对来自射频检波器RF_DET的数据进行实时比较，当获取到(f2,f3)工作频率区间内的最小值及其对应的射频频点后，控制电路408更新并存储该最小值及其对应的射频频点，同时通过对LO2的N_DIV与MUX和LO1的SDM与F_DIV进行配置，使得微波传感器405工作于DET_MODE3模式中，具体的：
控制器408配置跳频基准本振电路LO2的整数分频器N_DIV与多路复用器MUX，使能其压控振荡器VCO4，从而使得跳频基准本振电路LO2的输出频率为f4，随后控制器408配置扫频本振基准电路LO1的SDM模块与小数分频器F_DIV，使能其压控振荡器VCO1，从而使得扫频本振基准电路LO1的输出频率为(0,f5-f4)，最后使能混频器MIXER404，LO1的输出与LO2的输出通过混频器MIXER404加载到微波传感器405上，混频器MIXER404的输出频率为(f4,f5)，微波传感器405工作于DET_MODE3模式。
同样的，微波传感器405工作于DET_MODE3模式过程中，控制器408接受来自模数转换器ADC407的数据，并对来自射频检波器RF_DET的数据进行实时比较，当获取到(f4,f5)工作频率区间内的最小值及其对应的射频频点后，控制电路408更新并存储该最小值及其对应的射频频点，同时通过对LO2的N_DIV与MUX和LO1的SDM与F_DIV进行配置，使得微波传感器405工作于DET_MODE4模式中，具体的：
控制器408配置跳频基准本振电路LO2的整数分频器N_DIV与多路复用器MUX，使能其压控振荡器VCO4，从而使得跳频基准本振电路LO2的输出频率为f6，随后控制器408配置扫频本振基准电路LO1的SDM模块与小数分频器F_DIV，使能其压控振荡器VCO1，从而使得扫频本振基准电路LO1的输出频率为(0,f7-f6)，最后使能混频器MIXER404，LO1的输出与LO2的输出通过混频器MIXER404加载到微波传感器405上，混频器MIXER404的输出频率为(f6,f7)，微波传感器405工作于DET_MODE4模式。
同样的，微波传感器405工作于DET_MODE4模式过程中，控制器408接受来自模数转换器ADC407的数据，并对来自射频检波器RF_DET的数据进行实时比较，当获取到(f6,f7)工作频率区间内的最小值及其对应的射频频点后，控制电路408更新并存储该最小值及其对应的射频频点，同时通过对LO2的N_DIV与MUX和LO1的SDM与F_DIV进行配置，使得微波传感器405工作于DET_MODE1模式中，循环上述工作过程。
图6展示了控制电路中整个电路***的检波逻辑的运行流程图。其基本逻辑如下：检波算法执行后，控制器首先会初始化ADC以及射频检波器等外设，然后接收多模检测电路的工作模式位DET_MODE，判定微波传感器的工作频率区间，其后，读取来自ADC的数据，并依据分频算法确定当前数据对应的PLL频率，保存数据。其中，工作模式位DET_MODE在本实施例中包括DET_MODE1、DET_MODE2、DET_MODE3和DET_MODE4。
然后控制器会判断当前的谐振模工作频率区间是否扫频结束。若结束则保存当前频率区间内的数据最小值(即***损耗最小值)与其对应的频率，并进入下一谐振模的工作频率区间执行扫频操作。若未结束，则继续以中断方式接受ADC数据，并根据算法，选择保持或更新当前最小值数据。
当前谐振模工作频率区间扫频结束时，控制器会判断当前周期是否结束，若结束则证明所有的谐振模工作频率区间全部扫频结束，单周期检波算法结束。若当前周期未结束，控制器会查询当前工作模式位DET_MODE，判定传感器工作频率区间并重复上述操作。
运行逻辑：
1、电路的启动与初始化：由分布式电源为整个电路进行供电，两个本振电路的参考晶振(Fref)开始起振。其次，控制器初始化各个硬件模块，包括407模数转换器(ADC)、411多路复用器(MUX)、413小数分频器(F_DIV)、414Sigma-Delta调制器(SDM)以及415整数分频器(N_DIV)。
2、控制器扫频算法启动，控制器通过416控制线控制SDM，通过417控制线控制F_DIV，通过418控制线控制N_DIV。扫频算法逻辑如下：
①多模检测电路进入DET_MODE1模式，此时，控制器LO2的N_DIV与MUX，使能VCO2，LO2的输出频率为f0，随后配置LO1的SDM与F_DIV，使能VCO1，LO1的输出频率(0,f1-f0)，最后使能MIXER，LO1输出与LO2输出通过MIXER加载到微波传感器上，MIXER输出频率(f0,f1)，传感器工作于DET_MODE1模式。
②多模检测电路进入DET_MODE2模式，此时，控制器LO2的N_DIV与MUX，使能VCO3，LO2的输出频率为f2，随后配置LO1的SDM与F_DIV，使能VCO1，LO1的输出频率(0,f3-f2)，最后使能MIXER，LO1输出与LO2输出通过MIXER加载到微波传感器上，MIXER输出频率(f2,f3)，传感器工作于DET_MODE2模式。
③多模检测电路进入DET_MODE3模式，此时，控制器LO2的N_DIV与MUX，使能VCO3，LO2的输出频率为f4，随后配置LO1的SDM与F_DIV，使能VCO1，LO1的输出频率(0,f5-f4)，最后使能MIXER，LO1输出与LO2输出通过MIXER加载到微波传感器上，MIXER输出频率(f4,f5)，传感器工作于DET_MODE3模式。
④多模检测电路进入DET_MODE4模式，此时，控制器LO2的N_DIV与MUX，使能VCO4，LO2的输出频率为f6，随后配置LO1的SDM与F_DIV，使能VCO1，LO1的输出频率(0,f7-f6)，最后使能MIXER，LO1输出与LO2输出通过MIXER加载到微波传感器上，MIXER输出频率(f6,f7)，传感器工作于DET_MODE4模式。至此，针对四模微波传感器的单周期扫频算法结束。
3、405微波传感器的输出信号经过406射频检波器(RF_DET)将高频微波信号转换为直流模拟信号。模拟信号通过407模数转换器(ADC)将信号转换为数字信号并传输给408控制器。
4、控制器检波算法启动。控制器内部接收多模检测电路的工作模式位DET_MODE，判定传感器工作频率区间，其后，读取来自ADC的数据，并依据分频算法确定当前数据对应的PLL频率，保存数据，此处保存的数据包括频率点(表征传感器的谐振频率)和直流模拟量(表征***损耗或者回波损耗)。然后控制器会判断当前的谐振模工作频率区间是否扫频结束。若结束则保存当前频率区间内的数据最小值(即***损耗最小值)与其对应的频率，并进入下一谐振模的工作频率区间执行扫频操作。若未结束，则继续以中断方式接受ADC数据，并根据算法，选择保持或更新当前最小值数据。
当前谐振模工作频率区间扫频结束时，控制器会判断当前周期是否结束，若结束则证明所有的谐振模工作频率区间全部扫频结束，单周期检波算法结束。若当前周期未结束，控制器会查询当前工作模式位DET_MODE，判定传感器工作频率区间并重复上述操作。
5、多模微波检测的单个运行周期结束。
实施例三：
本实施例提供一种基于快速跳频技术的n模微波检测方法，引入n个谐振模，每个谐振模都能够独立的对DUT的变化做出响应，从而在一个扫描周期内获取n个检测参量(即最小***损耗和谐振频率偏移)。
f(DUT)＝a1f(MODE1)+a2f(MODE2)+a3f(MODE3)+···+anf(MODEn)
其中，a1,a2,a3……,an分别为多元线性回归方程对应项的拟合系数。
当DUT发生变化时，n个谐振模会在各自的频率区间内发生不同程度的频率偏移以及***损耗的变化。不同谐振模各自谐振频率的偏移以及***损耗的变化通过多模微波检测***获取后，通过相应的计算过程，可以获知DUT的变化量。
根据获得的每个扫描周期内的n组最小***损耗和谐振频率偏移计算出DUT的变化量，本申请对此部分计算不做限定；本申请通过提供一种基于快速跳频技术的多模微波检测电路，实现了在较广的频率区间内对微波器件的快速跳频与扫频，并维持了较低的杂散和相位噪声水平，保证了微波检测的实时性与精确度。
本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于快速跳频技术的多模微波检测***，其特征在于，所述***包括：
扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2、混频电路、具有多个谐振模的微波传感器、射频检波电路以及相应的控制电路；其中，扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2和射频检波电路分别与控制电路相连；扫频本振基准电路LO1和跳频基准本振电路LO2分别和混频电路相连；
所述混频电路用于实现LO1、LO2输出频率的搬移与合成，即实现LO1的输出频率与LO2的输出频率的频域叠加；所述射频检波电路用于将微波传感器输出的微波信号转换为直流模拟信号，并通过实时的模数转换将微波传感器的输出数据传输至控制电路；所述控制电路用于控制整个***的射频逻辑与检波逻辑以实现多模微波检测过程对于微波传感器的快速跳频与扫频操作以及传感器的数据采集操作。
2.根据权利要求1所述的多模微波检测***，其特征在于，所述扫频本振基准电路LO1采用含有Sigma-Delta调制模块的宽带小数分频锁相环，用于单个谐振模工作区间内的快速扫频；所述跳频基准本振电路LO2采用含有多个压控振荡器的窄带整数分频锁相环，用于实现不同谐振模工作区间之间的快速跳频切换。
3.根据权利要求2所述的多模微波检测***，其特征在于，所述含有Sigma-Delta调制模块的宽带小数分频锁相环采用三阶无源结构的宽带环路带宽；所述含有多个压控振荡器的窄带整数分频锁相环采用三阶无源结构的窄带环路带宽。
4.根据权利要求3所述的多模微波检测***，其特征在于，所述含有Sigma-Delta调制模块的宽带小数分频锁相环采用四阶二型小数分频锁相环，包括鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP、环路滤波器LF1、压控振荡器VCO1以及小数分频器F_DIV，同时在环路中设置Sigma-Delta调制模块用于抑制小数分频器F_DIV产生的小数杂散。
5.根据权利要求3所述的多模微波检测***，其特征在于，所述含有多个压控振荡器的窄带整数分频锁相环采用四阶二型整数分频锁相环，包括鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP、环路滤波器LF2、多路复用器MUX、不同输出频率范围的多个压控振荡器以及整数分频器N_DIV。
6.根据权利要求4所述的多模微波检测***，其特征在于，所述LO1和LO2中的压控振荡器后均设置有低噪声放大器，其通频带各自匹配对应的压控振荡器。
7.根据权利要求6所述的多模微波检测***，其特征在于，所述混频电路对扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2的输出频率做进行频域叠加，并通过SMA接口将射频信号加载到微波传感器上。
8.一种基于快速跳频技术的多模微波检测方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1-7任一所述的多模微波检测***实现，所述方法中，控制电路通过对扫频本振基准电路LO1中的小数分频器F_DIV和Sigma-Delta调制模块、跳频本振基准电路LO2中的整数分频器N_DIV进行实时控制，实现在每个谐振模工作频率区间内的快速扫频操作与无关频段的快速跳频操作。
9.根据权利要求8所述的多模微波检测方法，其特征在于，所述多模微波检测方法为n模微波检测方法，所述多模微波检测***中的微波传感器具有n个谐振膜，所述方法包括：
控制电路对扫频本振基准电路LO1中的小数分频器F_DIV和Sigma-Delta调制模块、跳频本振基准电路LO2中的整数分频器N_DIV进行参数配置，使其相互配合为微波传感器的当前谐振模的工作频率区间提提供扫频激励；
微波传感器在LO1和LO2提供的扫频激励下发出当前谐振模的工作频率区间的微波信号对DUT进行检测；射频检波电路实时获取检测数据并传输至控制电路；所述检测数据包括微波传感器的谐振频率以及微波***损耗或者回波损耗；
控制电路实时更新并存储当前谐振模的工作频率区间的检测数据，当获取到当前谐振模的工作频率区间的最小值及其对应的射频频点后，对扫频本振基准电路LO1中的小数分频器F_DIV和Sigma-Delta调制模块、跳频本振基准电路LO2中的整数分频器N_DIV进行参数配置，使其相互配合为微波传感器的下一谐振模的工作频率区间提提供扫频激励。
10.根据权利要求9所述的多模微波检测方法，其特征在于，控制电路以中断方式接收射频检波电路传输来的检测数据。
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