CN106950434A - 一种微波辐射场参数自动测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波辐射场参数自动测试系统及测试方法，属于高功率微波测量技术领域，测试系统包括接收系统、信号处理系统和主控系统，所述主控系统分别与接收系统、信号处理系统连接，所述接收系统包括并联设置的超宽带信号接收系统、低频窄带信号接收系统、高频窄带信号接收系统，本发明在建立不同接收系统的基础上，采用标准信号源对各接收系统进行标定，采用插值法建立衰减曲线数据库，采用主控系统直接读取实时数据，能够实现微波辐射场参数的自动化控制以及信号参数的实时测试处理，具有结构简单、性能可靠、自动化程度高、测试信号范围广的特点，同时，在微波辐射场参数测试过程中无需人员操作。

Description

一种微波辐射场参数自动测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于高功率微波测量技术领域，具体地说涉及一种微波辐射场参数自动测试系统及测试方法。

背景技术

在高功率微波及其相关技术研究的过程中，微波辐射参数测试系统用于外场静态测量微波电子防御系统的辐射频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、等效辐射峰值功率、电场强度、峰值功率密度等辐射参数，用于测试大功率雷达信号和干扰机。

为防止大功率信号直接进入接收测试系统烧毁接收设备，需要在接收设备前端接入衰减器(固定衰减器或程控衰减器)，一般的通用雷达和干扰机都属于窄带范畴。信号接收处理的过程是：微波天线接收到的低频窄带、高频窄带、超宽带信号经过固定衰减器、程控衰减器和馈线衰减后，功分两路信号，一路送频谱分析仪处理，得到辐射频率参数，另一路经检波器检波后送入示波器处理，得到脉冲宽度、重复频率和峰值功率密度等参数。而传统的微波辐射场参数测试在信号接收处理过程中，存在以下问题：一、测试系统主要用于测试窄带信号，不包括超宽带信号，存在一定的局限性，有些超宽带信号参数无法获取；二、根据信号的频率手动更换接收通道中的微波线缆，手动开环调节衰减倍数，人工读取示波器、频谱分析仪等测试设备上的参数，事后进行信号处理分析，获得需要的微波辐射场参数。因此，传统的微波辐射场参数测试一方面未能涵盖超宽带信号的测试，存在信号测试的局限性；另一方面，从信号的采集、传输和处理未能形成自动信号接收、数据测试、信号处理的一体化系统，实时性差、自动化程度低。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种微波辐射场参数自动测试系统及测试方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微波辐射场参数自动测试系统，包括接收系统、信号处理系统和主控系统，所述主控系统分别与接收系统、信号处理系统连接，所述接收系统包括并联设置的超宽带信号接收系统、低频窄带信号接收系统、高频窄带信号接收系统，所述信号处理系统包括示波器和频谱分析仪；

所述超宽带信号接收系统包括依次串联的第一接收线、第一固定衰减器和第一程控衰减器，所述第一程控衰减器的输出端与示波器的输入端连接；

所述低频窄带信号接收系统包括依次串联的第二接收线、第二固定衰减器、第二程控衰减器以及第一功分器，所述第一功分器的输出端分别连接有第一检波器和频谱分析仪，所述第一检波器的输出端与示波器的输入端连接，所述第二接收线的频率接收范围为0.3GHz-2GHz；

所述高频窄带信号接收系统包括依次串联的第三接收线、第三固定衰减器、第三程控衰减器以及第二功分器，所述第二功分器的输出端分别连接有第二检波器和频谱分析仪，所述第二检波器的输出端与示波器的输入端连接，所述第三接收线的频率接收范围为2GHz-18GHz。

进一步，所述第一固定衰减器、第二固定衰减器和第三固定衰减器构成固定衰减器单元，所述第一程控衰减器、第二程控衰减器和第三程控衰减器构成程控衰减器单元，所述固定衰减器单元、程控衰减器单元位于2U机箱内，所述2U机箱外接220V交流电源。

进一步，所述固定衰减器单元、程控衰减器单元分别通过串行数据接口与主控系统连接。

进一步，所述数据接口为RS-232接口。

进一步，所述主控系统分别与示波器、频谱分析仪连接。

进一步，所述第一接收线、第二接收线和第三接收线均包括接收天线和微波线缆。

另，本发明还提供一种微波辐射场参数自动测试系统的测试方法，包括如下步骤：

S1：采用标准信号源标定超宽带信号接收系统、低频窄带信号接收系统、高频窄带信号接收系统的衰减倍数和衰减曲线；

S2：根据待测信号的频率，启动主控系统，加载与所述频率相对应的衰减倍数和衰减曲线，并采用闭环调节方式调节程控衰减器单元的衰减倍数，直至在时基扫描档级T/Div下，PPK≥5t，其中，PPK表示示波器显示的波形峰峰值，t表示示波器的分辨率，主控系统显示示波器、频谱分析仪的实时数据；

S3：计算微波辐射场的电场强度和峰值功率密度。

进一步，所述步骤S1中，采用脉冲宽度为1ns的标准信号源进行标定的具体过程为：

S11：对超宽带信号接收系统进行标定，包括对第一接收线中微波线缆、第一固定衰减器的衰减倍数进行标定，以及对第一程控衰减器的衰减曲线进行标定；

S12：对低频窄带信号接收系统进行标定，对第二接收线中微波线缆、第二固定衰减器的衰减倍数进行标定，以及对第二程控衰减器的衰减曲线进行标定；

S13：对高频窄带信号接收系统进行标定，对第三接收线中微波线缆、第三固定衰减器的衰减倍数进行标定，以及对第三程控衰减器的衰减曲线进行标定；

S14：将步骤S11-S13标定的衰减曲线，分别采用插值法建立衰减曲线数据库。

进一步，所述步骤S2中，采用闭环调节方式调节程控衰减器单元的衰减倍数的方法为：

自与所述频率相对应的程控衰减器的衰减曲线数据库中调取衰减倍数，并将衰减倍数最大值定义为初始值，衰减倍数按照递减数列变化直至自动衰减结束，得到示波器、频谱分析仪的实时数据，所述实时数据包括超宽带信号的幅度电压值V₁、窄带信号的幅度电压值V₂、窄带信号的脉冲宽度W、窄带信号的重复频率F₁以及中心频率F₂。

进一步，由得到超宽带信号的电场强度，其中，E表示超宽带信号的电场强度，S₁表示各衰减倍数及由幅度电压值V₁提取的衰减曲线对应值的总和，h表示第一接收线中接收天线的有效高度；

由得到窄带信号的峰值功率密度，其中，P表示窄带信号的峰值功率密度，V₃表示由幅度电压值V₂得到的检波功率值，S₂表示各衰减倍数及由中心频率F₂提取的衰减曲线对应值的总和，G表示根据第二接收线或第三接收线中接收天线的频率增益曲线，由中心频率F₂得到的增益值，λ表示根据中心频率F₂得到的波长，且

本发明的有益效果是：

在建立超宽带信号、低频窄带信号、高频窄带信号的接收系统的基础上，采用标准信号源对各接收系统进行标定，采用插值法建立衰减曲线数据库，采用主控系统直接读取示波器、频谱分析仪的实时数据，进而计算电场强度和峰值功率密度，得到微波辐射场参数，形成信号覆盖范围广、信号实时性强、自动化程度高的测试系统，能够实现微波辐射场参数的自动化控制以及信号参数的实时测试处理，具有结构简单、性能可靠、自动化程度高、测试信号范围广的特点，同时，在微波辐射场参数测试过程中无需操作人员操作。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图。

附图中：1-第一接收线、2-第一固定衰减器、3-第一程控衰减器、4-第二接收线、5-第二固定衰减器、6-第二程控衰减器、7-第三接收线、8-第三固定衰减器、9-第三程控衰减器、10-第一功分器、11-第二功分器、12-第一检波器、13-第二检波器、14-频谱分析仪、15-示波器；

图中箭头指向表示待测信号的处理方向。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1所示，一种微波辐射场参数自动测试系统，包括接收系统、信号处理系统和主控系统，所述接收系统用于接收待测信号，其包括并联设置的超宽带信号接收系统、低频窄带信号接收系统、高频窄带信号接收系统，也就是说，针对超宽带信号、低频窄带信号、高频窄带信号建立了不同的接收通道，具有结构简单、性能可靠、自动化程度高、测试信号范围广的特点。所述主控系统分别与接收系统、信号处理系统连接，所述信号处理系统包括示波器15和频谱分析仪14，所述示波器15用于获得待测信号的幅度电压值、脉冲宽度、重复频率，并在在主控系统上显示。所述频谱分析仪14用于提取峰值功率中心频率，并通过主控系统显示。

所述超宽带信号接收系统包括依次串联的第一接收线1、第一固定衰减器2和第一程控衰减器3，所述第一程控衰减器3的输出端与示波器15的输入端连接，超宽带信号由第一接收线1接收，经过第一固定衰减器2和第一程控衰减器3送入示波器15显示处理，得到幅度电压值、脉冲宽度、重复频率等参数。

所述低频窄带信号接收系统包括依次串联的第二接收线4、第二固定衰减器5、第二程控衰减器6以及第一功分器10，所述第一功分器10的输出端分别连接有第一检波器12和频谱分析仪14，所述第一检波器12的输出端与示波器15的输入端连接，所述第二接收线4的频率接收范围为0.3GHz-2GHz，低频窄带信号由第二接收线4接收，经过第二固定衰减器5、第二程控衰减器6进入第一功分器10，后输出两路信号，一路送频谱分析仪14处理，得到中心频率参数，另一路经第一检波器12后送入示波器15，得到幅度电压值、脉冲宽度、重复频率等参数。

所述高频窄带信号接收系统包括依次串联的第三接收线7、第三固定衰减器8、第三程控衰减器9以及第二功分器11，所述第二功分器11的输出端分别连接有第二检波器13和频谱分析仪14，所述第二检波器13的输出端与示波器15的输入端连接，所述第三接收线7的频率接收范围为2GHz-18GHz，高频窄带信号由第三接收线7接收，经过第三固定衰减器8、第三程控衰减器9进入第二功分器11，后输出两路信号，一路送频谱分析仪14处理，得到中心频率参数，另一路经第二检波器13后送入示波器15，得到幅度电压值、脉冲宽度、重复频率等参数。

所述第一固定衰减器2、第二固定衰减器5和第三固定衰减器8构成固定衰减器单元，所述第一程控衰减器3、第二程控衰减器6和第三程控衰减器9构成程控衰减器单元，所述固定衰减器单元、程控衰减器单元均位于2U机箱内，2U机箱的尺寸为482.6mm×450mm×88mm，其重量为10kg。所述2U机箱外接220V交流电源供电，同时，所述固定衰减器单元、程控衰减器单元分别通过串行数据接口与主控系统连接，所述数据接口优选为RS-232接口，另外，所述主控系统分别示波器15、频谱分析仪14连接，用于读取示波器15、频谱分析仪14的实时数据，所述第一接收线1、第二接收线4和第三接收线7均包括接收天线和微波线缆，接收天线与微波线缆连接，待测信号经接收天线接收后送入微波线缆。

实施例二：

如图1所示，本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，本实施例提供了一种微波辐射场参数自动测试系统的测试方法，包括如下步骤：

S1：采用脉冲宽度为1ns的标准信号源标定超宽带信号接收系统、低频窄带信号接收系统、高频窄带信号接收系统的衰减倍数和衰减曲线，具体过程为：

S11：对超宽带信号接收系统进行标定，包括对第一接收线1中微波线缆、第一固定衰减器2的衰减倍数进行标定，以及对第一程控衰减器3的衰减曲线进行标定；

S12：对低频窄带信号接收系统进行标定，对第二接收线4中微波线缆、第二固定衰减器5的衰减倍数进行标定，以及对第二程控衰减器6的衰减曲线进行标定；

S13：对高频窄带信号接收系统进行标定，对第三接收线7中微波线缆、第三固定衰减器8的衰减倍数进行标定，以及对第三程控衰减器9的衰减曲线进行标定；

S14：将步骤S11-S13标定的衰减曲线，分别采用插值法建立衰减曲线数据库，插值的点越多，则测试后数据处理的结果精度越高，标定后的衰减倍数、衰减曲线以及衰减曲线数据库通过数据接口上传至主控系统；

S2：根据待测信号的频率，启动主控系统；

首先，加载与所述频率相对应的衰减倍数，也就是说，若待测信号为超宽带信号，则加载第一接收线1、第一固定衰减器2的衰减倍数，若待测信号为低频窄带信号，则加载第二接收线4、第二固定衰减器5的衰减倍数，若待测信号为高频窄带信号，则加载第三接收线7、第三固定衰减器8的衰减倍数；

其次，自与所述频率相对应的程控衰减器的衰减曲线数据库中调取衰减倍数，采用闭环调节方式调节程控衰减器单元的衰减倍数，相对应的将第一程控衰减器3或第二程控衰减器6或第三程控衰减器9的衰减倍数最大值定义为初始值，在测试初期输入电压幅值不明确的前提下，能够最大限度地保护设备不被烧坏，衰减倍数按照递减数列变化，直至在时基扫描档级T/Div下，PPK≥5t，其中，PPK表示示波器15显示的波形峰峰值，t表示示波器15的分辨率，主控系统显示示波器15、频谱分析仪14的实时数据，所述实时数据包括超宽带信号的幅度电压值V₁、窄带信号的幅度电压值V₂、窄带信号的脉冲宽度W、窄带信号的重复频率F₁以及中心频率F₂；

S3：计算微波辐射场的电场强度和峰值功率密度；

根据得到超宽带信号的电场强度，其中，E表示超宽带信号的电场强度，S₁表示各衰减倍数及由幅度电压值V₁提取的衰减曲线对应值的总和，h表示第一接收线1中接收天线的有效高度；

根据得到窄带信号的峰值功率密度，其中，P表示窄带信号的峰值功率密度，V₃表示由幅度电压值V₂得到的检波功率值，S₂表示各衰减倍数及由中心频率F₂提取的衰减曲线对应值的总和，G表示根据第二接收线4或第三接收线7中接收天线的频率增益曲线，由中心频率F₂得到的增益值，λ表示根据中心频率F₂得到的波长，且

对微波线缆进行标定，也就是对测试系统所用长度的微波线缆进行标定，本实施例使用10m微波线缆和5m微波线缆，第一程控衰减器3、第二程控衰减器6、第三程控衰减器9的衰减倍数最大值均为70dB，且衰减倍数按照等差数列递减，公差为奇数，优选为3dB。在建立超宽带信号、低频窄带信号、高频窄带信号的接收系统的基础上，采用标准信号源对各接收系统进行标定，采用插值法建立衰减曲线数据库，采用主控系统直接读取示波器15、频谱分析仪14的实时数据，进而计算电场强度和峰值功率密度，得到微波辐射场参数，形成一套信号覆盖范围广、信号实时性强、自动化程度高的测试系统，能够实现微波辐射场参数的自动化控制以及信号参数的实时测试处理，具有结构简单、性能可靠、自动化程度高、测试信号范围广的特点，同时，在微波辐射场参数测试过程中无需操作人员操作，节省人工成本投入。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种微波辐射场参数自动测试系统，其特征在于，包括接收系统、信号处理系统和主控系统，所述主控系统分别与接收系统、信号处理系统连接，所述接收系统包括并联设置的超宽带信号接收系统、低频窄带信号接收系统、高频窄带信号接收系统，所述信号处理系统包括示波器和频谱分析仪；

所述超宽带信号接收系统包括依次串联的第一接收线、第一固定衰减器和第一程控衰减器，所述第一程控衰减器的输出端与示波器的输入端连接；

所述低频窄带信号接收系统包括依次串联的第二接收线、第二固定衰减器、第二程控衰减器以及第一功分器，所述第一功分器的输出端分别连接有第一检波器和频谱分析仪，所述第一检波器的输出端与示波器的输入端连接，所述第二接收线的频率接收范围为0.3GHz-2GHz；

所述高频窄带信号接收系统包括依次串联的第三接收线、第三固定衰减器、第三程控衰减器以及第二功分器，所述第二功分器的输出端分别连接有第二检波器和频谱分析仪，所述第二检波器的输出端与示波器的输入端连接，所述第三接收线的频率接收范围为2GHz-18GHz。

2.根据权利要求1所述的一种微波辐射场参数自动测试系统，其特征在于，所述第一固定衰减器、第二固定衰减器和第三固定衰减器构成固定衰减器单元，所述第一程控衰减器、第二程控衰减器和第三程控衰减器构成程控衰减器单元，所述固定衰减器单元、程控衰减器单元位于2U机箱内，所述2U机箱外接220V交流电源。

3.根据权利要求2所述的一种微波辐射场参数自动测试系统，其特征在于，所述固定衰减器单元、程控衰减器单元分别通过串行数据接口与主控系统连接。

4.根据权利要求3所述的一种微波辐射场参数自动测试系统，其特征在于，所述数据接口为RS-232接口。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种微波辐射场参数自动测试系统，其特征在于，所述主控系统分别与示波器、频谱分析仪连接。

6.根据权利要求5所述的一种微波辐射场参数自动测试系统，其特征在于，所述第一接收线、第二接收线和第三接收线均包括接收天线和微波线缆。

7.一种采用如权利要求1-6所述的一种微波辐射场参数自动测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：采用标准信号源标定超宽带信号接收系统、低频窄带信号接收系统、高频窄带信号接收系统的衰减倍数和衰减曲线；

S2：根据待测信号的频率，启动主控系统，加载与所述频率相对应的衰减倍数和衰减曲线，并采用闭环调节方式调节程控衰减器单元的衰减倍数，直至在时基扫描档级T/Div下，PPK≥5t，其中，PPK表示示波器显示的波形峰峰值，t表示示波器的分辨率，主控系统显示示波器、频谱分析仪的实时数据；

S3：计算微波辐射场的电场强度和峰值功率密度。

8.根据权利要求7所述的一种微波辐射场参数自动测试系统的测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用脉冲宽度为1ns的标准信号源进行标定的具体过程为：

S11：对超宽带信号接收系统进行标定，包括对第一接收线中微波线缆、第一固定衰减器的衰减倍数进行标定，以及对第一程控衰减器的衰减曲线进行标定；

S12：对低频窄带信号接收系统进行标定，对第二接收线中微波线缆、第二固定衰减器的衰减倍数进行标定，以及对第二程控衰减器的衰减曲线进行标定；

S13：对高频窄带信号接收系统进行标定，对第三接收线中微波线缆、第三固定衰减器的衰减倍数进行标定，以及对第三程控衰减器的衰减曲线进行标定；

S14：将步骤S11-S13标定的衰减曲线，分别采用插值法建立衰减曲线数据库。

9.根据权利要求8所述的一种微波辐射场参数自动测试系统的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用闭环调节方式调节程控衰减器单元的衰减倍数的方法为：

自与所述频率相对应的程控衰减器的衰减曲线数据库中调取衰减倍数，并将衰减倍数最大值定义为初始值，衰减倍数按照递减数列变化直至自动衰减结束，得到示波器、频谱分析仪的实时数据，所述实时数据包括超宽带信号的幅度电压值V₁、窄带信号的幅度电压值V₂、窄带信号的脉冲宽度W、窄带信号的重复频率F₁以及中心频率F₂。

10.根据权利要求9所述的一种微波辐射场参数自动测试系统的测试方法，其特征在于，由得到超宽带信号的电场强度，其中，E表示超宽带信号的电场强度，S₁表示各衰减倍数及由幅度电压值V₁提取的衰减曲线对应值的总和，h表示第一接收线中接收天线的有效高度；

由得到窄带信号的峰值功率密度，其中，P表示窄带信号的峰值功率密度，V₃表示由幅度电压值V₂得到的检波功率值，S₂表示各衰减倍数及由中心频率F₂提取的衰减曲线对应值的总和，G表示根据第二接收线或第三接收线中接收天线的频率增益曲线，由中心频率F₂得到的增益值，λ表示根据中心频率F₂得到的波长，且