CN111220856A - 窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置 - Google Patents

窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置，属于电磁兼容试验领域，由天线将窄谱高功率场强转为功率信号依次输入至衰减模块衰减、带通滤波模块滤波、第一均衡模块均衡及第一功分模块后，分为两路：一路送给第一检波调理电路，另一路经限幅放大模块放大后输出至第二功分模块后，分为两路：一路经第二均衡模块衰减后送入第二检波调理电路，另一路送入第三检波调理电路；然后通过多通道同步采集模块采集各检波调理电路的输出电压数据；进而由控制模块根据采集的电压数据计算得到窄谱电磁环境特征参数。通过本发明可快速准确的测量载波频率、场强幅度、脉冲宽度及脉冲重复周期。

Description

窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置
技术领域
本发明属于电磁兼容试验领域，更具体地，涉及一种窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置。
背景技术
窄谱高功率微波设备是指通过定向发射有载频、等效辐射峰值功率在吉瓦级以上的高功率电磁脉冲，用来干扰、毁烧对方带有精密电子仪器及电子设备的装备，甚至具有杀伤性的一种装备。
窄谱高功率微波武器的典型工作频率范围为1GHz～18GHz，脉宽范围为10ns～100ns，重复频率非常低(典型值100Hz，或采用猝发体制，仅发射单个或几个脉冲)。
典型的窄谱高功率微波的电场时域波形如图1所示，一方面，窄谱高功率微波武器产生的攻击环境通常在数千伏/米～数十千伏/米的量级，远高于现有电磁兼容的标准要求，极易造成电子设备损伤。
另一方面，典型的电子侦察设备基于超外差体制，在未知频率先验信息的条件下，扫频过程中极易发生漏扫，且仅能适应较大脉宽。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置，由此解决现有方式在扫频过程中极易发生漏扫，且仅能适应较大脉宽的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置，包括：天线、衰减模块、带通滤波模块、第一均衡模块、第一功分模块、第一检波调理电路、限幅放大模块、第二功分模块、第二均衡模块、第二检波调理电路、第三检波调理电路、多通道同步采集模块及控制模块；
所述天线将窄谱高功率场强转为功率信号输入至所述衰减模块，经过所述衰减模块衰减后变为第一功率信号，所述第一功率信号经过所述带通滤波模块滤波后得到第二功率信号，所述第二功率信号由所述第一均衡模块均衡后得到第三功率信号，所述第三功率信号经过所述第一功分模块后分为两路：其中一路送给所述第一检波调理电路，用于测量峰值场强，另一路经所述限幅放大模块放大后输出幅度相对固定的第四功率信号，再由所述第二功分模块将所述第四功率信号功分为两路：其中一路经所述第二均衡模块衰减后送入所述第二检波调理电路，另一路送入所述第三检波调理电路；
所述多通道同步采集模块用于采集所述第一检波调理电路、所述第二检波调理电路及所述第三检波调理电路的输出电压数据；
所述控制模块，用于根据采集的所述第一检波调理电路、所述第二检波调理电路及所述第三检波调理电路的输出电压数据得到窄谱高功率微波电磁环境特征参数。
优选地，各检波调理电路由连续检波对数视频放大器和阻抗匹配电路组成，其中，连续检波对数视频放大器的上升时间应小于窄谱高功率微波设备的信号脉宽。
优选地，所述控制模块，用于由所述第二检波调理电路的输出电压数据和连续检波对数视频放大器的上升/下降时间，得到窄谱高功率信号脉冲宽度。
优选地，所述控制模块，用于由所述第二检波调理电路的信号频率、输入功率与输出电压的关系及采集得到的所述第二检波调理电路的输出电压数据得到所述第二检波调理电路的输入信号功率P2，由所述第三检波调理电路的信号频率、输入功率与输出电压的关系及采集得到的所述第三检波调理电路的输出电压数据得到所述第三检波调理电路的输入信号功率P3，进而由所述第二均衡器的插入损耗值及所述第二均衡器的插入损耗曲线得到窄谱高功率信号的工作频率，其中，所述第二均衡器的插入损耗值为P3-P2。
优选地，所述控制模块，用于由所述第一检波调理电路的信号频率、输入功率与输出电压的关系及采集得到的所述第一检波调理电路的输出电压数据得到所述第一检波调理电路的输入信号功率P1，再由所述天线输出端到所述第一检波调理电路输入端的插入损耗、所述天线的天线系数和窄谱高功率信号的工作频率，得到所述天线处的峰值场强。
优选地，由E＝P1+IL1+AF得到所述天线处的峰值场强，其中，IL1为所述天线输出端到所述第一检波调理电路输入端的插入损耗，AF为所述天线的天线系数。
优选地，所述多通道同步采集模块，用于在第一个窄谱高功率脉冲到来时，将所述第一检波调理电路、所述第二检波调理电路及所述第三检波调理电路的输出电压数据和到达时间信息传输给所述控制模块；在第二个窄谱高功率脉冲到来时，将所述第一检波调理电路、所述第二检波调理电路及所述第三检波调理电路的输出电压数据和到达时间信息再传输给所述控制模块。
优选地，所述控制模块，用于由两个窄谱高功率脉冲的到达时间信息进行估算，得到脉冲重复周期。
优选地，所述第二均衡器的幅频响应为单调曲线。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明采用检波调理电路(由连续检波对数视频放大器和阻抗匹配电路组成，连续检波对数视频放大器的上升时间应小于窄谱高功率微波设备的信号脉宽)、幅频响应单调的均衡器和多通道高速同步采集模块实现载波频率、场强幅度、脉冲宽度及脉冲重复周期的测量。能够采用较低的成本实现窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量，且频率范围和幅度范围可进行进一步扩展。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种典型的窄谱高功率微波的电场时域波形图；
图2是本发明实施例提供的一种窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种幅频响应单调的均衡器插入损耗典型曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明实例中，“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明提出的窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置，用于窄谱高功率微波电磁环境特征参数的测量，即可准确测量载波频率、场强幅度、脉冲宽度及脉冲重复周期，确保不漏扫。
本发明采用检波调理电路(由连续检波对数视频放大器和阻抗匹配电路组成，连续检波对数视频放大器的上升时间应小于窄谱高功率微波设备的信号脉宽)、幅频响应单调的均衡器(典型曲线见图3，图3曲线的最大均衡量为10dB)和多通道高速同步采集模块实现载波频率、场强幅度、脉冲宽度、脉冲重复周期的测量，如图2所示，该装置包括：天线、衰减模块、带通滤波模块、第一均衡模块、第一功分模块、第一检波调理电路、限幅放大模块、第二功分模块、第二均衡模块、第二检波调理电路、第三检波调理电路、多通道同步采集模块及控制模块；
接收天线将窄谱高功率场强转为功率信号输出，经过衰减模块衰减后变为第一功率信号，第一功率信号经过带通滤波模块滤波后的第二功率信号由第一均衡模块将第二功率信号均衡(即使得同一场强幅度下功率随频率的变化最小)，均衡后的第三功率信号经过第一功分模块后分为两路；其中一路送给第一检波调理电路，用于测量峰值场强；另一路经限幅放大模块放大后输出幅度相对固定的第四功率信号，再由第二功分模块将第四功率信号功分为两路，一路经第二均衡模块衰减送入第二检波调理电路，另一路送入第三检波调理电路，然后由多通道同步采集模块采集第一检波调理电路、第二检波调理电路及第三检波调理电路的输出电压数据，再由控制模块，通过第二检波调理电路和第三检波调理电路的输出电压数据可得到第二检波调理电路和第三检波调理电路的输入功率差值，而第二均衡模块的插入损耗曲线是单调的，由此可换算得到载波频率，同时，由第二检波调理电路的输出波形可得到脉冲宽度信息。
在本发明实施例中，衰减模块的功率大于第一功率信号的功率。
在本发明实施例中，可以由控制模块设置多通道同步采集模块的采样率(一般不小于1GSPS)、采样长度(不小于150ns)、触发方式(上升沿触发，触发源为第三检波调理电路的输出对应的采集通道)和触发电平(触发电平由天线、衰减器等器件参数和最小可测场强决定)。
在本发明实施例中，多通道同步采集模块处于等待触发状态，第一个窄谱高功率脉冲到来时，多通道同步采集模块将第一检波调理电路、第二检波调理电路及第三检波调理电路的电压数据和到达时间信息传输给控制模块。
在本发明实施例中，多通道同步采集模块处于等待触发状态，第二个窄谱高功率脉冲到来时，多通道同步采集模块将第一检波调理电路、第二检波调理电路及第三检波调理电路的电压数据和到达时间信息再传输给控制模块。
在本发明实施例中，控制模块可以由两个窄谱高功率脉冲的到达时间进行估算，得到脉冲重复周期。
在本发明实施例中，由第二检波调理电路的输出电压数据和连续检波对数视频放大器的上升/下降时间，可以换算得到窄谱高功率信号脉冲宽度。
在本发明实施例中，由第二检波调理电路的信号频率、输入功率与输出电压的关系及采集得到的第二检波调理电路的输出电压数据得到第二检波调理电路的输入信号功率P2，由第三检波调理电路的信号频率、输入功率与输出电压的关系及采集得到的第三检波调理电路的输出电压数据得到第三检波调理电路的输入信号功率P3，进而由第二均衡器的插入损耗值及第二均衡器的插入损耗曲线得到窄谱高功率信号的工作频率，其中，第二均衡器的插入损耗值为P3-P2。
在本发明实施例中，由第一检波调理电路的信号频率、输入功率与输出电压的关系及采集得到的第一检波调理电路的输出电压数据得到第一检波调理电路的输入信号功率P1，再由天线输出端到第一检波调理电路输入端的插入损耗、天线的天线系数和窄谱高功率信号的工作频率，得到天线处的峰值场强。
作为一种可选的实施方式，衰减模块在硬件实现上可以由衰减器实现，带通滤波模块在硬件实现上可以由带通滤波器实现，第一均衡模块及第二均衡模块在硬件实现上可以由均衡器实现，第一功分模块及第二功分模块在硬件实现上可以由功分器实现，限幅放大模块在硬件实现上可以由限幅放大器实现，多通道同步采集模块在硬件实现上可以由多通道同步采集卡实现。
其中，测量装置使用前应通过校准，需要校准的内容包括：
1)、接收天线的天线系数AF(dB/m)随频率f(MHz)的曲线；
2)、天线输出端到第一检波调理电路输入端的插入损耗IL1随频率f(MHz)的曲线；
3)、第二均衡模块的插入损耗(dB)随频率f(MHz)的曲线；
4)、第一检波调理电路的信号频率f(MHz)、输入功率(dBm)与输出电压(V)的曲线；
5)、第二检波调理电路的信号频率f(MHz)、输入功率(dBm)与输出电压(V)的曲线；
6)、第三检波调理电路的信号频率f(MHz)、输入功率(dBm)与输出电压(V)的曲线，检波调理电路的信号上升时间(ns)。
其中，第一检波调理电路、第二检波调理电路及第三检波调理电路的信号上升时间一致。
假设某时刻测得的第一检波调理电路、第二检波调理电路及第三检波调理电路的输出电压分别为V1、V2和V3，由4)、5)、6)可得到第一检波调理电路、第二检波调理电路及第三检波调理电路的输入功率分别为P1(dBm)、P2(dBm)和P3(dBm)。
由P2和P3的值，结合3)即可得到载波信号的工作频率f(MHz)。
接收天线处的场强E(dBV/m)为：E＝P1+IL1+AF。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种窄谱高功率微波电磁环境特征参数测量装置，其特征在于，包括：天线、衰减模块、带通滤波模块、第一均衡模块、第一功分模块、第一检波调理电路、限幅放大模块、第二功分模块、第二均衡模块、第二检波调理电路、第三检波调理电路、多通道同步采集模块及控制模块；
所述天线将窄谱高功率场强转为功率信号输入至所述衰减模块，经过所述衰减模块衰减后变为第一功率信号，所述第一功率信号经过所述带通滤波模块滤波后得到第二功率信号，所述第二功率信号由所述第一均衡模块均衡后得到第三功率信号，所述第三功率信号经过所述第一功分模块后分为两路：其中一路送给所述第一检波调理电路，用于测量峰值场强，另一路经所述限幅放大模块放大后输出幅度相对固定的第四功率信号，再由所述第二功分模块将所述第四功率信号功分为两路：其中一路经所述第二均衡模块衰减后送入所述第二检波调理电路，另一路送入所述第三检波调理电路；
所述多通道同步采集模块用于采集所述第一检波调理电路、所述第二检波调理电路及所述第三检波调理电路的输出电压数据；
所述控制模块，用于根据采集的所述第一检波调理电路、所述第二检波调理电路及所述第三检波调理电路的输出电压数据得到窄谱高功率微波电磁环境特征参数。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，各检波调理电路由连续检波对数视频放大器和阻抗匹配电路组成，其中，连续检波对数视频放大器的上升时间应小于窄谱高功率微波设备的信号脉宽。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制模块，用于由所述第二检波调理电路的输出电压数据和连续检波对数视频放大器的上升/下降时间，得到窄谱高功率信号脉冲宽度。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块，用于由所述第二检波调理电路的信号频率、输入功率与输出电压的关系及采集得到的所述第二检波调理电路的输出电压数据得到所述第二检波调理电路的输入信号功率P2，由所述第三检波调理电路的信号频率、输入功率与输出电压的关系及采集得到的所述第三检波调理电路的输出电压数据得到所述第三检波调理电路的输入信号功率P3，进而由所述第二均衡器的插入损耗值及所述第二均衡器的插入损耗曲线得到窄谱高功率信号的工作频率，其中，所述第二均衡器的插入损耗值为P3-P2。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的装置，其特征在于，所述控制模块，用于由所述第一检波调理电路的信号频率、输入功率与输出电压的关系及采集得到的所述第一检波调理电路的输出电压数据得到所述第一检波调理电路的输入信号功率P1，再由所述天线输出端到所述第一检波调理电路输入端的插入损耗、所述天线的天线系数和窄谱高功率信号的工作频率，得到所述天线处的峰值场强。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，由E＝P1+IL1+AF得到所述天线处的峰值场强，其中，IL1为所述天线输出端到所述第一检波调理电路输入端的插入损耗，AF为所述天线的天线系数。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多通道同步采集模块，用于在第一个窄谱高功率脉冲到来时，将所述第一检波调理电路、所述第二检波调理电路及所述第三检波调理电路的输出电压数据和到达时间信息传输给所述控制模块；在第二个窄谱高功率脉冲到来时，将所述第一检波调理电路、所述第二检波调理电路及所述第三检波调理电路的输出电压数据和到达时间信息再传输给所述控制模块。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制模块，用于由两个窄谱高功率脉冲的到达时间信息进行估算，得到脉冲重复周期。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第二均衡器的幅频响应为单调曲线。
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