CN106027002B - 一种纳秒级微波窄脉冲调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳秒级微波窄脉冲信号调制器，属于微波信号源领域。包括：时域脉冲产生模块、时域脉冲波形调理模块、微波窄脉冲产生模块以及微波脉冲波形调理模块；采用微波开关预调制串联极低频混频方案确保了优于80dB的调制信号开关比；实现了纳秒级脉冲脉宽可调，最高重频25MHz、调制信号开关比大于80dB，相比购买信号源特定脉冲调制选件可大幅度降低仪器成本。
Description
技术领域
本发明属于微波信号源领域，特别涉及一种纳秒级微波窄脉冲调制技术。
背景技术
脉冲调制是一项基本的微波信号源常用功能。对于高功率微波源、电磁环境效应研究等领域，常规脉冲调制参数(微秒级脉宽)已经不能满足应用需求。在高功率微波效应试验研究中，效应源通常为放大器类型，为产生特定波形参数窄带高功率微波输出，需要大范围内脉冲参数可调种子信号源，其最窄脉宽应不大于10ns；另一方面，效应源增益高，因此要求脉冲开关比大于70dB。少数商用微波信号源可以提供窄脉冲调制选件(如最低脉宽20ns，最小周期70ns)，但价格较高，且需要购置或升级该品牌微波信号发生器内置配套使用。由于是内置式选件，存在早期仪器型号不兼容的缺点。
发明内容
本发明提供了一种纳秒级微波窄脉冲信号调制器，实现纳秒级脉冲脉宽可调，最高重频25MHz、调制信号开关比大于80dB，相比购买信号源特定脉冲调制选件可大幅度降低仪器成本。
本发明采用技术方案如下：
一种纳秒级微波窄脉冲调制器,包括：时域脉冲产生模块、时域脉冲波形调理模块、微波窄脉冲产生模块以及微波脉冲波形调理模块。所述时域脉冲产生模块输出的时域脉冲通过1:2时钟缓冲器分成两路时域脉冲信号，一路时域脉冲信号通过反向器进入微波窄脉冲产生模块，对微波开关的开与关进行控制，从而实现对输入的连续波信号预调制；另一路时域脉冲信号首先通过时域脉冲波形调理模块，达到合适的脉冲幅值电平并与经过微波开关得到的预调制脉冲信号同步，然后也进入微波窄脉冲产生模块与该模块中的微波预调制脉冲信号进行混频调制，从而产生初始微波调制窄脉冲信号；该信号经过微波脉冲波形调理模块输出最终的微波调制窄脉冲信号。
其中，所述时域脉冲调理模块包括延时模块，以及调整脉冲幅值电平的衰减模块和运放模块。
所述微波脉冲波形调理模块包括滤波模块与功率放大模块。
所述时域脉冲产生模块产生的时域脉冲信号脉宽及周期参数可调，最窄脉宽10ns，最低周期40ns。
进一步地，所述时域脉冲产生模块采用FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程逻辑阵列)或者脉冲信号发生器(HP8114A)产生时域脉冲信号。
进一步地，所述延时模块通过精密可调延时芯片与逻辑控制电路完成，不同的逻辑代码对应不同的延时，以保证微波开关预调制信号输出与时域脉冲信号混频同步，由此获得准确的脉宽参数控制。
所述衰减模块为π型网络衰减器，运放模块包括高速运算放大器及其外围电路，通过优化调整运放模块中的精密反馈电阻获取混频器最佳工作状态下所需时域脉冲幅值电平。
所述滤波模块采用由扇形枝节、短路枝节、开路枝节、高低阻抗构成的超宽带微带带通滤波器，实现微波脉冲信号中时域低频泄漏与混频高次谐波成分滤波。功率放大模块包括宽带功率放大器芯片及其外围电路，调制后的微波窄脉冲信号输出最大功率大于10dBm。
本发明的有益效果是：
(1)高性价比：设计外置式微波窄脉冲调制器相比购买信号源整机或信号源升级窄脉冲调制相关选件大幅降低微波信号源的技术要求，任何一台具有连续波输出标准信号发生器即可满足应用需求。
(2)调制信号高关断比指标：所述纳秒级微波窄脉冲调制器窄脉冲调制部分采用微波开关预调制串联极低频混频方案确保了优于80dB的调制信号开关比；
(3)该调制器体积小、结构形式独立、应用灵活,功能更具针对性的特点。采用基于FPGA或脉冲信号发生器时域脉冲产生配合以微波开关与混频器为核心的窄脉冲调制技术实现了纳秒级微波窄脉冲输出，内置微波功率模块使得输出微波脉冲功率大于10dBm。
附图说明
图1为纳秒级微波窄脉冲调制器模块流程图。
图2为纳秒级微波窄脉冲调制器方案具体框图。
图3为微波开关预调制串联极低频混频方案效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明提供一种纳秒级微波窄脉冲调制器模块流程图，包含时域脉冲产生模块、时域脉冲波形调理模块、微波窄脉冲产生模块以及微波脉冲波形调理模块。
时域脉冲产生模块采用FPGA或脉冲信号发生器(HP8114A)产生时域脉冲信号，其产生的时域脉冲信号通过1:2时钟缓冲器一分为二，一路经电平偏移与反向器后控制微波窄脉冲产生模块中的微波开关，从而实现对输入的连续波信号预调制得到预调制脉冲信号；另一路进入时域脉冲波形调理模块，通过其中的延时模块、衰减模块和运放模块，达到合适的脉冲幅值电平并与经过微波开关得到的预调制脉冲信号同步，然后也进入微波窄脉冲产生模块与该模块中的微波预调制脉冲信号进行混频得到初始微波调制窄脉冲信号。
上述信号进入微波脉冲波形调理模块，通过其中的滤波模块和功放模块，输出最终符合脉宽、前后沿、脉冲功率的微波调制窄脉冲信号。
图3为微波开关预调制串联极低频混频方案效果图，时域脉冲控制微波开关并与微波开关预调制脉冲信号混频得到微波调制窄脉冲信号，在1GHz至5.8GHz的频率范围内，最小脉宽10ns，最低周期40ns，脉冲前后沿小于3ns,开关比(on off ratio)大于80dB。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种纳秒级微波窄脉冲调制器,包括：时域脉冲产生模块、时域脉冲波形调理模块、微波窄脉冲产生模块以及微波脉冲波形调理模块；所述时域脉冲产生模块输出的时域脉冲通过1:2时钟缓冲器分成两路时域脉冲信号，一路时域脉冲信号通过反向器进入微波窄脉冲产生模块，对微波开关的开与关进行控制，从而实现对输入的连续波信号预调制；另一路时域脉冲信号首先通过时域脉冲波形调理模块，达到合适的脉冲幅值电平并与经过微波开关得到的预调制脉冲信号同步，然后也进入微波窄脉冲产生模块与该模块中的微波预调制脉冲信号进行混频调制，从而产生初始微波调制窄脉冲信号；该经过微波脉冲波形调理模块输出最终的微波调制窄脉冲信号。
2.如权利要求1所述的一种纳秒级微波窄脉冲调制器,其特征在于：所述时域脉冲调理模块包括延时模块，以及调整脉冲幅值电平的衰减模块和运放模块。
3.如权利要求1所述的一种纳秒级微波窄脉冲调制器,其特征在于：所述微波脉冲波形调理模块包括滤波模块与功率放大模块。
4.如权利要求1所述的一种纳秒级微波窄脉冲调制器,其特征在于：所述时域脉冲产生模块产生的时域脉冲信号脉宽及周期参数可调，最窄脉宽10ns，最低周期40ns。
5.如权利要求1所述的一种纳秒级微波窄脉冲调制器,其特征在于：所述时域脉冲产生模块采用FPGA即Field－Programmable Gate Array，或者脉冲信号发生器产生时域脉冲信号。
6.如权利要求2所述的一种纳秒级微波窄脉冲调制器,其特征在于：所述延时模块通过精密可调延时芯片与逻辑控制电路完成，使微波开关预调制信号与时域脉冲信号混频同步，由此获得准确的脉宽参数控制。
7.如权利要求2所述的一种纳秒级微波窄脉冲调制器,其特征在于：所述衰减模块为π型网络衰减器，运放模块包括高速运算放大器及其外围电路，通过优化调整运放模块中的精密反馈电阻获取混频器最佳工作状态下所需时域脉冲幅值电平。
8.如权利要求3所述的一种纳秒级微波窄脉冲调制器,其特征在于：所述滤波模块采用由扇形枝节、短路枝节、开路枝节、高低阻抗构成的超宽带微带带通滤波器，实现微波脉冲信号中时域低频泄漏与混频高次谐波成分滤波；功率放大模块包括宽带功率放大器芯片及其外围电路。
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