CN105606885B - 一种基于中频替代技术的脉冲功率测量系统 - Google Patents

一种基于中频替代技术的脉冲功率测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于中频替代技术的脉冲功率测量系统，该系统包括被测脉冲输入接口、本振信号输入接口、混频器、定向耦合器、程控衰减器、第一功分器、第二功分器、被测脉冲功率输出接口、第一混合信号输出接口和第二混合信号输出接口。本发明所述技术方案更适用于更高频段脉冲功率的测量，能有效降低脉冲功率测量对微波器件频带的依赖，提高脉冲功率测量的不确定度。

Description

一种基于中频替代技术的脉冲功率测量系统
技术领域
本发明涉及一种功率测量系统，特别是涉及一种基于中频替代技术的脉冲功率测量系统。
背景技术
脉冲功率测量是微波功率测量的一种形式，是由于不断增多的脉冲调制信号的应用而逐渐发展起来的测量技术。近年来，随着脉冲调制信号载频的不断升高，由于微波器件带宽的限制，脉冲功率的测量难度不断增大。目前，国内进行脉冲功率测量的脉冲功率标准主要采用取样比较法，如图1所示，将脉冲调制的微波信号与一个辅助的幅度可调的连续波信号，通过高速射频开关分别取样和检波，通过幅度比较完成的。
中频替代法是衰减计量中的一种常用方法。其基本工作原理是采用外差变频方法将微波或高频信号线性地变换成固定的中频信号，用准确度很高的中频标准衰减器的衰减量来替代被测衰减量。其中，混频器的变频损耗所引入的测量不确定度很小，相对于测量结果可忽略不计。衰减计量中的中频替代法原理框图如图2所示。
采用取样比较法进行脉冲功率测量有诸多限制，首先，利用连续波功率计测量脉冲信号受到脉冲占空比的影响很大；其次，脉冲信号的宽带特性，使得高频微波器件的带宽对快沿脉冲功率的测量有很大的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于脉冲功率测量的中频替代技术能解决目前高频微波信号(18GHz～50GHz)对快沿脉冲功率测量的影响，解决50GHz以上频段脉冲功率测量的难题，有效提高高频段脉冲功率的测量精度，还能作为脉冲功率标准的验证手段。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种基于中频替代技术的脉冲功率测量系统，该系统包括被测脉冲输入接口、本振信号输入接口、混频器、定向耦合器、程控衰减器、第一功分器和第二功分器、被测脉冲功率输出接口、第一混合信号输出接口和第二混合信号输出接口；
定向耦合器的输入端与被测脉冲输入接口连接，其第一输出端与混频器的射频信号输入端连接，所述本振信号输入接口与混频器的本振信号输入端连接；
所述定向耦合器的第二输出端与程控衰减器的输入端连接，所述程控衰减器的输出端与被测脉冲功率输出接口连接；
混频器的输出端与第一功分器的输入端连接，第一功分器的第一输出端与第二功分器的输入端连接，第二功分器的第一输出端和第二输出端分别与第一混合信号输出接口和第二混合信号输出接口连接。
优选的，该系统进一步包括连接在本振信号输入接口与混频器本振信号输入端之间的功率放大器。
优选的，该系统进一步包括连续小功率传递标准单元，该电源包括脉冲功率敏感器和脉冲功率指示器；
脉冲功率敏感器的输入端与被测脉冲功率输出接口连接，脉冲功率敏感器的输出端与脉冲功率指示器的第一输入端连接；
第一功分器的第二输出端与脉冲功率指示器的第二输入端连接。
优选的，该系统进一步包括脉冲产生器和脉冲调制器，所述脉冲产生器通过脉冲调制器与被测脉冲输入接口连接。
优选的，该系统进一步包括PIN电调衰减器，该衰减器的输入端与脉冲功率指示器连接，其输出端与脉冲调制器连接。
优选的，该系统进一步包括与第一混合信号输出接口连接的频谱仪。
优选的，该系统进一步包括与第二混合信号输出接口连接的示波器。
优选的，该系统进一步包括控制单元，基于脉冲功率指示器中的被测脉冲的功率读数，对本振信号的频率、被测脉冲信号的频率和程控衰减器的衰减步进量进行调节。
优选的，保证混频器本振信号输入端的信号功率比射频输入端的信号功率高25dB。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案为脉冲功率测试设备的检定或校准提供技术保障；本发明基于中频替代技术，能解决目前高频微波信号对快沿脉冲功率测量的影响，解决更高频段脉冲功率测量的难题，有效提高高频段脉冲功率的测量精度，并且可以作为脉冲功率标准的验证手段。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出现有技术中采用取样比较法建立的脉冲功率标准原理的示意图；
图2示出中衰减计量中的中频替代法的原理示意图；
图3示出本发明所述脉冲功率测量系统的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图3所示，本发明公开了一种基于中频替代技术的脉冲功率测量系统，该系统包括被测脉冲输入接口、本振信号输入接口、混频器、定向耦合器、程控衰减器、第一功分器、第二功分器、被测脉冲功率输出接口、第一混合信号输出接口和第二混合信号输出接口；定向耦合器的输入端与被测脉冲输入接口连接，其第一输出端与混频器的射频信号输入端连接，所述本振信号输入接口与混频器的本振信号输入端连接；所述定向耦合器的第二输出端与程控衰减器的输入端连接，所述程控衰减器的输出端与被测脉冲功率输出接口连接；混频器的输出端与第一功分器的输入端连接，第一功分器的第一输出端与第二功分器的输入端连接，第二功分器的第一输出端和第二输出端分别与第一混合信号输出接口和第二混合信号输出接口连接。该系统进一步包括连接在本振信号输入接口与混频器本振信号输入端之间的功率放大器。该系统进一步包括连续小功率传递标准单元，该单元包括脉冲功率敏感器和脉冲功率指示器；脉冲功率敏感器的输入端与被测脉冲功率输出接口连接，脉冲功率敏感器的输出端与脉冲功率指示器的第一输入端连接，第一功分器的第二输出端与脉冲功率指示器的第二输入端连接。该系统进一步包括脉冲产生器和脉冲调制器，所述脉冲产生器通过脉冲调制器与被测脉冲输入接口连接。该系统进一步包括PIN电调衰减器，该衰减器的输入端与脉冲功率指示器的功率信号输出端连接，其输出端与脉冲调制器连接。该系统进一步包括与第一混合信号输出接口连接的频谱仪。该系统进一步包括与第二混合信号输出接口连接的示波器。该系统进一步包括控制单元，基于脉冲功率指示器中的被测脉冲的功率读数，对本振信号的频率、被测脉冲信号的频率和程控衰减器的衰减步进量进行调节。本方案中，脉冲产生器、脉冲调制器、连续波小功率传递标准、计算机和脉冲功率指示器通过总线连接，实现相互之间的数据交互或控制。
本发明所述技术方案是基于中频替代技术的脉冲功率测量装置。其中，对于中频替代技术需要与两个微波信号源配合使用，首先，关闭脉冲调制器中的脉冲调制开关，控制脉冲调制器的输出和本振信号源的输出均为连续波信号，信号频率分别是f1和f2，且使f1-f2＝fL，其中，fL是下变频后的中频信号频率，即通过混频器后的信号频率；为了使混频器的变频损耗对于脉冲功率测量忽略不计，需要使混频器本振输入端的信号功率比射频输入端的信号功率高25dB以上。本方案中，在本振信号源的输出端连接功率放大器用来增大本振信号功率PL，在脉冲调制器的输出端连接定向耦合器，耦合端的输出信号作为混频器射频输入端的输入功率PR，使PL-PR≥25dB；定向耦合器的直通端连接程控衰减器，一方面能有效减小测试端面的失配误差，一方面可实现脉冲线性度的校准。为了保证测量系统中信号幅度的稳定性，在系统中进一步设置有稳幅环路。混频器的输出端连接第一功分器，第一功分器的两路输出分别送入连续波小功率传递标准中的脉冲功率指示器和第二功分器中，第二功分器的两路输出分别送入示波器和频谱分析仪，用来显示脉冲信号的波形和频谱，同时可实现脉冲上升(下降)时间的校准；连续波小功率传递标准由功率敏感器和功率指示器组成，第一功分器的第二路输出送入连续波小功率传递标准的脉冲信号，可在功率指示器中显示平均功率值，并基于第一功分器的第二路输出，利用功率指示器后端的记录输出电压控制PIN电调衰减器，进而对脉冲产生器产生的信号进行控制，由此完成稳幅环路的设计。如图3所示，本方案中，利用计算机作为控制单元，通过总线读取连续波小功率传递标准的功率读数，并控制脉冲调制器输出和本真信号源的信号频率变化、脉冲发生器的脉冲特性(如脉冲周期、占空比、上升时间等)及程控衰减器的衰减量步进。
在进行脉冲功率测量前，需要先对系统定标。首先，程控衰减器的衰减量和输出端口的反射系数可通过矢量网络分析仪定标得到，数据可保存在计算机中作为修正计算；第二、定向耦合器的耦合度C和直通插损S21、第一功分器的插损S'21也需要通过矢量网络分析仪定标得到，数据可保存在计算机中作为修正计算；第三、从示波器中可得到脉冲信号的上升(下降)时间、脉冲占空比λ，可用来计算脉冲波形的修正因子k；最后、将各器件的耦合度、插损和占空比换算成分贝数值，置于功率指示器的偏置量中，可在功率指示器中显示脉冲功率值。
通过实验测试证明，本发明所述技术方案可应用于18GHz～50GHz脉冲峰值功率标准中，校准因子的测量不确定度3.5％～6.5％，能实现不小于5ns快沿脉冲信号功率的测试，脉冲宽度覆盖0.1us～20us。本发明首次实现了中频替代技术在功率测量中的应用。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种基于中频替代技术的脉冲功率测量系统，其特征在于，该系统包括被测脉冲输入接口、本振信号输入接口、混频器、定向耦合器、程控衰减器、第一功分器和第二功分器、被测脉冲功率输出接口、第一混合信号输出接口和第二混合信号输出接口；
定向耦合器的输入端与被测脉冲输入接口连接，其第一输出端与混频器的射频信号输入端连接，所述本振信号输入接口与混频器的本振信号输入端连接；
所述定向耦合器的第二输出端与程控衰减器的输入端连接，所述程控衰减器的输出端与被测脉冲功率输出接口连接；
混频器的输出端与第一功分器的输入端连接，第一功分器的第一输出端与第二功分器的输入端连接，第二功分器的第一输出端和第二输出端分别与第一混合信号输出接口和第二混合信号输出接口连接；
该系统进一步包括连续小功率传递标准单元，该单元包括脉冲功率敏感器和脉冲功率指示器；
脉冲功率敏感器的输入端与被测脉冲功率输出接口连接，脉冲功率敏感器的输出端与脉冲功率指示器的第一输入端连接；
第一功分器的第二输出端与脉冲功率指示器的第二输入端连接。
2.根据权利要求1所述的脉冲功率测量系统，其特征在于，该系统进一步包括连接在本振信号输入接口与混频器本振信号输入端之间的功率放大器。
3.根据权利要求1所述的脉冲功率测量系统，其特征在于，该系统进一步包括脉冲产生器和脉冲调制器，所述脉冲产生器通过脉冲调制器与被测脉冲输入接口连接。
4.根据权利要求3所述的脉冲功率测量系统，其特征在于，该系统进一步包括PIN电调衰减器，该衰减器的输入端与脉冲功率指示器连接，其输出端与脉冲调制器连接。
5.根据权利要求1所述的脉冲功率测量系统，其特征在于，该系统进一步包括与第一混合信号输出接口连接的频谱仪。
6.根据权利要求1所述的脉冲功率测量系统，其特征在于，该系统进一步包括与第二混合信号输出接口连接的示波器。
7.根据权利要求1所述的脉冲功率测量系统，其特征在于，该系统进一步包括控制单元，基于脉冲功率指示器中的被测脉冲的功率读数，对本振信号的频率、被测脉冲信号的频率和程控衰减器的衰减步进量进行调节。
8.根据权利要求1所述的脉冲功率测量系统，其特征在于，保证混频器本振信号输入端的信号功率比射频输入端的信号功率高25dB。
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