CN107241064A - 一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法，其包括步骤：a、射频连续波信号先通过3dB正交混合耦合器或功分加90°移相器产生两路正交射频信号，分别加载至两路混频器的本振端口；b、控制IQ基带信号发生器产生调制所需的正交IQ基带信号，分别输入至两路混频器的射频端口，对本振信号进行调制，通过不断变化IQ基带信号标量幅度值，产生微放电效应检测所需的顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号。本发明采用宽带IQ矢量调制器结合IQ基带信号发生，以高精密、高可靠、低成本的方式实现顶底功率可精密调节非归零脉冲调制信号的产生，保证试验所需大功率激励信号功率的准确度，同时可降低微放电效应检测成本、提高系统可靠性。

Description

一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，涉及一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法。

背景技术

微放电效应又称二次电子倍增效应，是指在真空条件下，自由电子在外加射频场的加速下，在两个金属表面间或单个介质表面上激发的二次电子发射与倍增效应，是一种真空谐振放电现象，是影响空间电子设备可靠性的一个十分重要的因素。

微放电效应主要发生在航天器的射频、微波、毫米波系统内。处于空间轨道中正常工作的航天器会受外部高能等离子体、高真空环境、自身结构尺寸、传输信号频率及功率等因素的影响，产生二次电子倍增效应，出现使微波系统增益下降、传输性能恶化、信号噪声增大等现象，使微波系统不能正常工作，甚至发生彻底失效的灾难性故障。

某种情况下,微放电现象会造成微波器部件的介质材料、粘接剂等出气,形成局部低真空条件，这时微波电场可能使低真空环境的气体分子电离，产生功率击穿、电弧放电等低气压放电现象，产生的高温强电离效应会烧坏微波系统，工作寿命提前结束，使航天器出现彻底失效的灾难性故障。因此开展微放电效应检测试验对保障航天器在轨正常运行十分重要。

航天器大功率射频、微波、毫米波器部件载荷的微放电效应检测需要为被测件输入顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号。现阶段顶底功率可调脉冲信号的产生是依靠耦合调制放大滤波组件及线性调制器控制驱动电路实现。

现阶段顶底功率可调的脉冲调制信号实现原理如图1所示，耦合调制放大滤波组件主要实现射频信号的输入/输出耦合、脉冲调制、低噪声放大、滤波等功能，其核心部件为电控衰减器。电控衰减器通过不断改变衰减量来实现所通过射频信号的调制，产生一个顶功率、底功率或顶底功率比值可调的脉冲信号。比如要产生一个顶功率、底功率比值为6dB的脉冲信号，脉冲调制器输入一路功率为0dBm的连续波，在脉冲基带信号高电平来临时，控制衰减器衰减量为0dB，脉冲信号低电平时，将衰减器衰减量置为6dB，电控衰减器在周期性脉冲信号的控制下，衰减量重复变化，以此来实现顶底功率比值为6dB的脉冲调制信号。

由此可见，现阶段顶底功率可调的脉冲调制信号的实现存在如下缺点：

1.成本高：现阶段需要研制专用的脉冲调制器，增加了微放电效应检测系统构建成本；

2.可靠性低：依据整机或系统可靠性的计算方式，其可靠性预计值取决于构成整机或系统的每个部件或功能单元的可靠性，部件数量越多，整机或系统可靠性越低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法，以满足航天器大功率射频、微波、毫米波器部件载荷开展微放电效应检测试验的需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法，采用IQ矢量调制的方式实现，所述方法包括如下步骤：

a射频连续波信号先通过3dB正交混合耦合器或功分加90°移相器产生两路正交射频信号，分别加载至两路混频器的本振端口；

b控制IQ基带信号发生器产生调制所需的正交IQ基带信号，分别输入至两路混频器的射频端口，对本振信号进行调制，通过不断变化IQ基带信号标量幅度值，产生微放电效应检测所需的顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号。

优选地，所述步骤b中顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号的产生过程为：

顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制信号产生数学模型如下所示：

射频连续波信号可表示为：S_Input＝U_ASin(ωt)；

其中，S_Input表示输入射频连续波信号，U_A表示输入射频连续波信号幅度，ω表示输入射频连续波信号角频率；

连续波信号经3dB正交混合耦合器或功分加90°移相器后的输出如下：

同相信号I支路：正交信号Q支路：

假设I、Q支路基带信号为：

同相支路基带：L_i＝I'，正交支路基带：L_q＝Q'；

则混频后I、Q支路信号分别表示为：

同相支路混频信号：

正交支路混频信号：

经同相合路输出后，信号采用下面表达式描述：

在对输入连续波信号进行幅度调节时，I'、Q'基带信号分别按照Xcosθ和Xsinθ的规律输出直流驱动电压，其中，X表示基带信号幅度；

在调制过程中θ角度值保持不变，即可保证角度值不发生变化，值在(0～1]的区间内按照微放电效应检测要求周期性变化，X值在的区间内变化。

本发明具有如下优点：

本发明依据航天器大功率射频、微波、毫米波器部件载荷的微放电效应检测要求，结合被测件自身技术特性，采用宽带IQ矢量调制器结合IQ基带信号发生，以高精密、高可靠、低成本的方式实现顶底功率可精密调节非归零脉冲调制信号的产生，保证了试验所需大功率激励信号功率的准确度，同时可降低微放电效应检测成本、提高系统可靠性。另外，由于本发明仅需利用通用信号发生器自身的硬件资源，设计相应的软件程序，即可实现顶底功率可调脉冲信号的产生，成本上与现有技术相比至少降低一倍。

附图说明

图1为现有技术中顶底功率可调的脉冲调制信号实现原理示图；

图2为本发明中一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法的实现原理图；

图3为典型的IQ调制器原理示图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：依据微放电效应检测要求，通过编辑产生适当的IQ基带调制连续波产生宽带的顶底功率可调节的非归零脉冲信号。

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

结合图2所示，一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法，包括如下步骤：

a射频连续波信号先通过3dB正交混合耦合器或功分加90°移相器产生两路正交射频信号，如图3所示，并分别加载至两路混频器的本振端口；

IQ调制器主要由90°混合耦合器、I/Q支路混频器以及同相合路器三部分组成；根据需要还可在I/Q基带通道及同相合路输出通道加放大器，对相应通道的信号进行放大。

b控制IQ基带信号发生器产生调制所需的正交IQ基带信号，分别输入至两路混频器的射频端口，对本振信号进行调制，通过不断变化IQ基带信号标量幅度值，产生微放电效应检测所需的顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号。

其中，步骤b中顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号的产生过程为：

顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制信号产生数学模型如下所示：

射频连续波信号可表示为：S_Input＝U_ASin(ωt)；

其中，S_Input表示输入射频连续波信号，U_A表示输入射频连续波信号幅度，ω表示输入射频连续波信号角频率；

连续波信号经3dB正交混合耦合器或功分加90°移相器后的输出如下：

同相信号I支路：正交信号Q支路：

假设I、Q支路基带信号为：

同相支路基带：L_i＝I'，正交支路基带：L_q＝Q'；

则混频后I、Q支路信号分别表示为：

同相支路混频信号：

正交支路混频信号：

经同相合路输出后，信号采用下面表达式描述：

影响信号变化制式的两部分别为和为保证基带信号不受工频纹波或射频信号的干扰，产生满足测试需求的脉冲信号，需要Q基带信号幅度保持一定范围的偏置。

在对输入连续波信号进行幅度调节时，I'、Q'基带信号分别按照Xcosθ和Xsinθ的规律输出直流驱动电压，其中，X表示基带信号幅度；

在调制过程中θ角度值保持不变，即可保证角度值不发生变化，值在(0～1]的区间内按照微放电效应检测要求周期性变化，X值在的区间内变化。

比如需要产生顶底功率比值为3dB的脉冲信号、脉冲100us、占空比1％(周期10ms)，则基带信号幅度X值在与间按照10ms的时间间隔周期性变化，在值处持续100us。

将此数学模型编程并下载至通用矢量信号发生器存储器内。系统主控计算机根据微放电效应检测要求设置的脉冲周期、脉冲宽度及顶底功率比值，同步将各项设置值下载至矢量信号发生器存储器内，以此产生测试所需的顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号。

通过以上方法，使得本发明与现有技术相比具有如下优势：1.在现有通用矢量信号发生器硬件资源的基础上开发合适的软件，产生顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号；2.降低了成本、提高了微放电效应检测系统可靠性，无需研制专用的微波信号脉冲调制器；3.可实现顶底功率的精密控制，根据目前IQ基带发生器内部DA的分辨率，可实现0.001dB的幅度调节，可有效控制顶底功率比值误差，防止因后端经固态功放放大后产生更大的误差；4.应用方便、操作简单，仅需根据输入连续波功率值及所要求的输出功率值，设定好脉冲信号顶部功率、顶底功率比值，即可实现所需脉冲调制信号的输出。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (2)

1.一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法，其特征在于，采用IQ矢量调制的方式实现，所述方法包括如下步骤：

a射频连续波信号先通过3dB正交混合耦合器或功分加90°移相器产生两路正交射频信号，分别加载至两路混频器的本振端口；

b控制IQ基带信号发生器产生调制所需的正交IQ基带信号，分别输入至两路混频器的射频端口，对本振信号进行调制，通过不断变化IQ基带信号标量幅度值，产生微放电效应检测所需的顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号。

2.根据权利要求1所述的一种顶底功率可精密调节的非归零脉冲信号产生方法，其特征在于，所述步骤b中顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制激励信号的产生过程为：

顶底功率可精密调节的非归零脉冲调制信号产生数学模型如下所示：

射频连续波信号可表示为：S_Input＝U_ASin(ωt)；

其中，S_Input表示输入射频连续波信号，U_A表示输入射频连续波信号幅度，ω表示输入射频连续波信号角频率；

连续波信号经3dB正交混合耦合器或功分加90°移相器后的输出如下：

同相信号I支路：正交信号Q支路：

假设I、Q支路基带信号为：

同相支路基带：L_i＝I'，正交支路基带：L_q＝Q'；

则混频后I、Q支路信号分别表示为：

同相支路混频信号：

正交支路混频信号：

经同相合路输出后，信号采用下面表达式描述：

在对输入连续波信号进行幅度调节时，I'、Q'基带信号分别按照Xcosθ和Xsinθ的规律输出直流驱动电压，其中，X表示基带信号幅度；

在调制过程中θ角度值保持不变，即可保证角度值不发生变化，值在(0～1]的区间内按照微放电效应检测要求周期性变化，X值在的区间内变化。