CN106841868B - 一种微波光纤延迟线电特性的测量装置 - Google Patents

一种微波光纤延迟线电特性的测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微波光纤延迟线电特性的测量装置，包括：微波信号源、待测微波光纤延迟线、参考微波传输线、微波信号处理电路和数据采集与处理及显示器模块。本发明的有益效果为：可以测量微波光纤延迟线的幅频和相频参数，计算其延迟参数；结构简单，成本低，体积小，便于现场测量；功能电路都为模块化设计，具有良好的可扩展和灵活性，对于具有同样电特性参数的测量都可以适用。

Description

一种微波光纤延迟线电特性的测量装置
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其是一种微波光纤延迟线电特性的测量装置。
背景技术
微波光纤延迟线是一种电-光-电转换的微波组件，当电信号尤其是微波电信号通过微波光纤延迟线时，会产生信号的衰减和相位移动，其电特性会产生恶化，因此，需要对其进行有效的测量。
目前关于微波光纤延迟线电特性这样的传输特性测量，通常采用频域法的电子测量方法，主要是由微波信号源、频谱分析仪和矢量网络分析仪构成测量装置。这些微波仪器结构复杂、价格昂贵、体积较大，不适用于现场测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种微波光纤延迟线电特性的测量装置，能够有效的测量微波光纤延迟线的幅频和相频的电特性参数。
为解决上述技术问题，本发明提供一种微波光纤延迟线电特性的测量装置，包括：微波信号源、待测微波光纤延迟线、参考微波传输线、微波信号处理电路和数据采集与处理及显示器模块；微波信号源在数据采集与处理及显示器模块的控制下，在设定的频率范围内输出正弦波扫描信号，该信号分两路输出，一路输入到参考微波传输线，另一路输入到待测微波光纤延迟线；两者的输出微波信号输入到微波信号处理电路，经过微波信号处理电路和数据采集与处理及显示器模块的模拟与数字化处理，得到微波光纤延迟线的幅频、相频的电特性参数值，进而计算出其延时特征参数值，最后由显示器显示其参数值和相关特性曲线。
优选的，微波信号源由锁相环频率合成器集成电路和单片机构成，产生频率范围为150MHz到2.7GHz的正弦波信号；外部控制信号按照RS232串口通信协议，将微波信号源输出的正弦波信号的幅度和频率设置参数传输给单片机，单片机控制微波信号源的输出。
优选的，微波信号处理电路对信号进行处理的方法包括如下步骤：
(1)微波光纤延迟线组件的传输特性可表示为下式：G(jω)＝Ke-jφ(jω)，其中φ(jω)表示光纤延迟线的延迟量，K为组件的总增益；
(2)微波信号处理电路将两路微波信号的增益比、相位差通过直流电压形式转化出来，增益与电压的关系如下：式中VMAG表示增益端输出电压，RFISLP＝60mV，VCP＝900mV；系统增益|G(jω)|表达式为：算出增益G(jω)与输出电压VMAG的关系为：相位与电压的关系如下：VPHS＝-RFIφ(|φINA-φINB|-90°)+VCP，VPHS表示相位端输出电压，RFIφ＝10mV/degree，VCP＝900mV；由于本装置默认输出相位滞后于输入，相位差可表示为：φ(jω)＝φINA-φINB；算出相位差φ(jω)与VPHS的关系如下：
(3)通过对比输出电压与相位的关系，选取相邻两测量点，对应的VPHS分别为Vi-1、Vi，则：ΔV＝Vi-1-Vi，当ΔV<0时，当ΔV>0时， 通过由群时延的表达式可知，群时延τg等于相频特性φ(jω)的一阶微分，即：可得式中的Vi必须是在同一周期内的点，在不同周期由于取值的原因会出现不连续可导。
优选的，数据采集与处理及显示器模块包括一个双通道的12位模数转换器和一个基于FPGA的数据处理器；模数转换器用于将反映幅值比和相位差的电压输出进行模数转换；数据处理器对采集到的数字信号进行处理，对微波信号源进行控制输出，对显示器的接口进行控制，对参数计算结果进行显示输出。
本发明的有益效果为：可以测量微波光纤延迟线的幅频和相频的电特性参数，计算其延迟参数；结构简单，成本低，体积小，便于现场测量；功能电路都为模块化设计，具有良好的可扩展和灵活性，对于具有同样电特性参数的测量都可以适用。
附图说明
图1为本发明的测量装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种微波光纤延迟线电特性的测量装置，包括：微波信号源、待测微波光纤延迟线、参考微波传输线、微波信号处理电路和数据采集与处理及显示器模块；微波信号源在数据采集与处理及显示器模块的控制下，在设定的频率范围内输出正弦波扫描信号，该信号分两路输出，一路输入到参考微波传输线，另一路输入到待测微波光纤延迟线；两者的输出微波信号输入到微波信号处理电路，经过微波信号处理电路和数据采集与处理及显示器模块的模拟与数字化处理，得到微波光纤延迟线的幅频、相频的电特性参数值，进而计算出其延时特征参数值，最后由显示器显示其参数值和相关特性曲线。
参考微波传输线微波电特性参数是已知且稳定的，作为该测量装置中与被测微波光纤延迟线进行对比测量使用。
微波信号源由锁相环频率合成器集成电路和单片机构成，产生频率范围为150MHz到2.7GHz的正弦波信号；外部控制信号按照RS232串口通信协议，将微波信号源输出的正弦波信号的幅度和频率设置参数传输给单片机，单片机控制微波信号源的输出。
微波信号处理电路对信号进行处理的方法包括如下步骤：
(1)微波光纤延迟线组件的传输特性可表示为下式：G(jω)＝Ke-jφ(jω)，其中φ(jω)表示光纤延迟线的延迟量，K为组件的总增益；
(2)微波信号处理电路将两路微波信号的增益比、相位差通过直流电压形式转化出来，增益与电压的关系如下：式中VMAG表示增益端输出电压，RFISLP＝60mV，VCP＝900mV；系统增益|G(jω)|表达式为：算出增益G(jω)与输出电压VMAG的关系为：相位与电压的关系如下：VPHS＝-RFIφ(|φINA-φINB|-90°)+VCP，VPHS表示相位端输出电压，RFIφ＝10mV/degree，VCP＝900mV；由于本装置默认输出相位滞后于输入，相位差可表示为：φ(jω)＝φINA-φINB；算出相位差φ(jω)与VPHS的关系如下：
(3)通过对比输出电压与相位的关系，选取相邻两测量点，对应的VPHS分别为Vi-1、Vi，则：ΔV＝Vi-1-Vi，当ΔV<0时，当ΔV>0时， 通过由群时延的表达式可知，群时延τg等于相频特性φ(jω)的一阶微分，即：可得式中的Vi必须是在同一周期内的点，在不同周期由于取值的原因会出现不连续可导。
数据采集与处理及显示器模块包括一个双通道的12位模数转换器和一个基于FPGA的数据处理器；模数转换器用于将反映幅值比和相位差的电压输出进行模数转换；数据处理器对采集到的数字信号进行处理，对微波信号源进行控制输出，对显示器的接口进行控制，对参数计算结果进行显示输出。
本发明采用频域法测量法对微波光纤延迟线的电特性参数进行测量，通过将被测组件与参考微波传输线的电特性的比较变化测得的。微波信号源在数据采集与处理模块及显示器模块的控制下，产生频率在150MHz～2.7GHz，幅度在-13dBm到0dBm的范围内可调的正弦波信号，同时分别接入被测微波光纤延迟线组件与参考微波传输线。测微波光纤延迟线组件与参考微波传输线的输出的微波信号分别输入到微波信号处理电路的集成电路(AD8302)的输入端A和输入端B，经微波信号处理电路处理后，得到二个输入的微波信号的幅度比和相位差的测量参数，并通过直流电压形式转化输出。
数据采集与处理模块及显示器模块将完成多项处理工作。(1)数据采集与处理模块及显示器模块的2通道12位AD转换器，将微波信号处理电路输出的电压进行模数转换，其转换出的数字信号送该模块内的现场可编程门阵列器件(FPGA)进行计算处理；(2)模块内的现场可编程门阵列器件(FPGA)将根据增益比的斜坡电压关系和相位差斜坡电压关系进行增益比和相位差的计算处理，得到被测微波光纤延迟线的幅频和相频特性参数，同时，还据此结果计算出他的延时参数；(3)模块内的现场可编程门阵列器件(FPGA)将计算得到的结果以参数值和曲线显示在彩色图形点阵液晶显示器上。
本发明的一种由集成化的电子元器件和微处理器构成的测量装置，在满足使条件下可以对微波光纤延迟线的幅频、相频的电特性参数进行测量与显示，这种装置相比于传统的测量方法，具有结构简单、集成化高、成本低、体积小、便于现场测量等优点。在该装置中，采用集成电路、微处理器等电子元器件，实现了微波光纤延时线的幅频、相频的电特性参数进行测量与显示。
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (3)

1.一种微波光纤延迟线电特性的测量装置，其特征在于，包括：微波信号源、待测微波光纤延迟线、参考微波传输线、微波信号处理电路和数据采集与处理及显示器模块；微波信号源在数据采集与处理及显示器模块的控制下，在设定的频率范围内输出正弦波扫描信号，该信号分两路输出，一路输入到参考微波传输线，另一路输入到待测微波光纤延迟线；两者的输出微波信号输入到微波信号处理电路，经过微波信号处理电路和数据采集与处理及显示器模块的模拟与数字化处理，得到微波光纤延迟线的幅频、相频的电特性参数值，进而计算出其延时特征参数值，最后由显示器显示其参数值和相关特性曲线；微波信号处理电路对信号进行处理的方法包括如下步骤：
(1)微波光纤延迟线组件的传输特性可表示为下式：G(jω)＝Ke-jφ(jω)，其中φ(jω)表示光纤延迟线的延迟量，K为组件的总增益；
(2)微波信号处理电路将两路微波信号的增益比、相位差通过直流电压形式转化出来，增益与电压的关系如下：式中VMAG表示增益端输出电压，RFISLP＝60mV，VCP＝900mV；系统增益|G*jω)|表达式为：算出增益G(jω)与输出电压VMAG的关系为：相位与电压的关系如下：VPHS＝-RFIφ(|φINA-φINB|-90°)+VCP，VPHS表示相位端输出电压，RFIφ＝10mV/degree，VCP＝900mV；由于本装置默认输出相位滞后于输入，相位差可表示为：φ(jω)＝φINA-φINB；算出相位差φ(jω)与VPHS的关系如下：
(3)通过对比输出电压与相位的关系，选取相邻两测量点，对应的VPHS分别为Vi-1、Vi，则：ΔV＝Vi-1-Vi，当ΔV<0时，当ΔV>0时，通过由群时延的表达式可知，群时延τg等于相频特性φ(jω)的一阶微分，即：可得式中的Vi必须是在同一周期内的点，在不同周期由于取值的原因会出现不连续可导。
2.如权利要求1所述的微波光纤延迟线电特性的测量装置，其特征在于，微波信号源由锁相环频率合成器集成电路和单片机构成，产生频率范围为150MHz到2.7GHz的正弦波信号；外部控制信号按照RS232串口通信协议，将微波信号源输出的正弦波信号的幅度和频率设置参数传输给单片机，单片机控制微波信号源的输出。
3.如权利要求1所述的微波光纤延迟线电特性的测量装置，其特征在于，数据采集与处理及显示器模块包括一个双通道的12位模数转换器和一个基于FPGA的数据处理器；模数转换器用于将反映幅值比和相位差的电压输出进行模数转换；数据处理器对采集到的数字信号进行处理，对微波信号源进行控制输出，对显示器的接口进行控制，对参数计算结果进行显示输出。
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