CN113126035A - 一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器 - Google Patents

一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，该多通道微波探测器通过对梳状谱信号进行下变频处理，统一对中频信号进行采集分析，不需要对各个通道进行分离，极大的简化了探测器结构；利用二次下变频，降低了中频信号的频率，减少了采集和处理的数据量。

Description

一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器
技术领域
本发明涉及微波探测技术领域，具体涉及一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器。
背景技术
现有的多通道探测技术主要在探测信号源和多通道分离处理上具有分别。在探测信号源方面，采用传统方式利用多个信号源进行功率合成，系统结构随着通道数量成倍增加；采用复合锁相环结构产生梳状谱，特点是各通道的频率相位噪声表现优异，功率一致性好，但同样面临结构复杂成本高昂的问题；采用双边带平衡混频器的非线性特点，产生多个交调信号，特点是结构简单，功率一致性可以在小范围内调整，但产生的频点少；采用阶跃恢复二极管产生某一频率的高次谐波，特点是结构简单，频点数量多，但一致性稍差。在多通道分离处理方面，现有的测量方案均对中频信号进行通道分离，然后对各通道分别进行相同的处理，如放大、混频解调、鉴相、检波、滤波、采集等，中频系统随通道数量增加而庞杂且成本高昂。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是现有的多通道探测技术结构复杂成本高昂。因此，本发明提供一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，通过对梳状谱信号进行下变频处理，统一对中频信号进行采集分析，不需要对各个通道进行分离，极大的简化了探测器结构；利用二次下变频，降低了中频信号的频率，减少了采集和处理的数据量。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，包括：
获取梳状谱信号，并通过一级下变频器对生成的梳状谱信号进行第一次下变频处理，生成中频信号；
通过二级下变频器对生成的所有中频信号进行第二次下变频处理，得到探测信号。
进一步地，所述多通道微波探测器包括相位参考晶振、梳状谱发生器、定频信号发生器、下变频器、微波天线和数据采集处理器；其中，所述梳状谱微波源包括第一梳状谱发生器和第二梳状谱发生器，所述下变频器包括一级下变频器和二级下变频器；所述微波天线包括微波发射天线和微波接收天线；
所述相位参考晶振，用于生成锁相参考信号，并分别发送给第一梳状谱发生器、第二梳状谱发生器和定频信号发生器；
所述第一梳状谱发生器，用于基于所述锁相参考信号生成第一梳状谱信号并发送给微波发射天线；
所述微波接收天线，用于将接收到的第一梳状谱信号发送给一级下变频器；
所述第二梳状谱发生器，用于基于所述锁相参考信号生成第二梳状谱信号并发送给一级下变频器；
所述一级下变频器，用于对所述微波接收天线发送的第一梳状谱信号和所述第二梳状谱发生器发送的第二梳状谱信号进行第一次下变频处理，并将第一次下变频处理后的信号发送给二级下变频器；
所述定频信号发生器，用于生成相位锁定定频信号并发送给所述二级下变频器；
所述二级下变频器，用于根据相位锁定定频信号，对所述第一次下变频处理后的信号进行第二次下变频处理，得到探测信号并发送给数据采集处理器进行时域频谱特征分析，得到分析结果。
进一步地，所述梳状谱发生器包括定频微波源、阶跃恢复二极管和放大器；
所述定频微波源，用于根据微波探测器的通道间隔设定微波频率，根据阶跃恢复二极管的输入功率设定微波功率，并基于所述微波频率和所述微波功率产生微波能量发送给阶跃恢复二极管；
所述阶跃恢复二极管，用于基于所述微波能量产生输入信号的高次谐波；
所述放大器，用于对所述高次谐波进行功率放大，生成梳状谱信号。
进一步地，所述锁相参考信号的频率与所述第一梳状谱发生器、所述第二梳状谱发生器和所述定频信号发生器的输入频率相同；所述锁相参考信号的功率为所述第一梳状谱发生器、所述第二梳状谱发生器和所述定频信号发生器的输入功率之和。
进一步地，所述相位锁定定频信号的频率为第一梳状谱信号和第二梳状谱信号的频率差，功率根据二级下变频器的输入功率确定。
进一步地，所述微波发射天线的馈源端与所述第一梳状谱发生器的输出端连接；所述微波接收天线的馈源端与所述一级下变频器的射频端连接。
进一步地，所述数据采集处理器在得到探测信号后，对所述探测信号进行模数转换，得到对应的数字信号，并对得到的数字信号进行时域频谱特征分析，获取测量结果。
进一步地，当进行反射测量时，所述微波发射天线和所述接收天线朝向被测物品且所述微波发射天线和所述微波接收天线的极化方向相同；当进行干涉测量时，所述微波发射天线和所述接收天线分别排布在被测物品的两侧且位置相对，所述微波发射天线和所述微波接收天线的极化方向相同。
本发明提供的一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，通过对梳状谱信号进行下变频处理，统一对中频信号进行采集分析，不需要对各个通道进行分离，极大的简化了探测器结构；利用二次下变频，降低了中频信号的频率，减少了采集和处理的数据量。
附图说明
图1为本发明一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器的原理图。
图2为本发明一实施例中梳状谱发生器的原理图。
图3为本发明一实施例中探测信号的时域频谱特征分析结果示意图。
附图标记：
1-相位参考晶振；2-第一梳状谱发生器；3-微波发射天线；4-微波接收天线；5-一级下变频器；6-第二梳状谱发生器；7-定频信号发生器；8-二级下变频器；9-数据采集处理器；10-定频微波源；11-阶跃恢复二极管；12-放大器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
本发明提供一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，包括：
获取梳状谱信号，并通过一级下变频器对生成的梳状谱信号进行第一次下变频处理，生成中频信号。
通过二级下变频器对生成的所有中频信号进行第二次下变频处理，得到探测信号。进一步地，如图1所示，多通道微波探测器包括相位参考晶振1、梳状谱发生器、定频信号发生器7、下变频器、微波天线和数据采集处理器9；其中，梳状谱微波源包括第一梳状谱发生器2和第二梳状谱发生器6，下变频器包括一级下变频器5和二级下变频器8。微波天线包括微波发射天线3和微波接收天线4。
具体地，相位参考晶振1的第一输出端与第一梳状谱发生器2的输入端连接，第一梳状谱发生器2的输出端与微波发射天线3的馈源端连接。微波接收天线4的馈源端与一级下变频器5的射频端连接，相位参考晶振1的第二输出端与第二梳状谱发生器6的输入端连接，第二梳状谱发生器6的输出端与一级下变频器5的本振端连接。一级下变频器5的中频端与第二梳状谱发生器6的射频端连接，相位参考晶振1的第三输出端与定频信号发生器7的输入端连接，定频信号发生器7的输出端与二级下变频器8的本振端连接，二级下变频器8中频端与数据采集和处理系统9的输入端连接。
其中，相位参考晶振1，用于生成锁相参考信号，并分别发送给第一梳状谱发生器2、第二梳状谱发生器6和定频信号发生器7。
第一梳状谱发生器2，用于基于锁相参考信号生成第一梳状谱信号并发送给微波发射天线3。
微波接收天线4，用于将接收到的第一梳状谱信号发送给一级下变频器5。
第二梳状谱发生器6，用于基于锁相参考信号生成第二梳状谱信号并发送给一级下变频器5。
一级下变频器5，用于对微波接收天线4发送的第一梳状谱信号和第二梳状谱发生器6发送的第二梳状谱信号进行第一次下变频处理，并将第一次下变频处理后的信号发送给二级下变频器8。
定频信号发生器7，用于生成相位锁定定频信号并发送给二级下变频器8
二级下变频器8，用于根据相位锁定定频信号，对第一次下变频处理后的信号进行第二次下变频处理，得到探测信号并发送给数据采集处理器9进行时域频谱特征分析，得到分析结果。
进一步地，如图2所示，梳状谱发生器包括定频微波源10、阶跃恢复二极管11和放大器12。
具体地，定频微波源10的锁相输入端作为梳状谱发生器的输入端，定频微波源10的锁相输出端与阶跃恢复二极管11的输入端连接，阶跃恢复二极管11的输出端与放大器12的输入端连接，放大器12的输出端作为梳状谱发生器的输出端。
其中，定频微波源10，用于根据微波探测器的通道间隔设定微波频率，根据阶跃恢复二极管11的输入功率设定微波功率，并基于微波频率和微波功率产生微波能量发送给阶跃恢复二极管11。
阶跃恢复二极管11，用于基于微波能量产生输入信号的高次谐波。
放大器12，用于对高次谐波进行功率放大，生成梳状谱信号。
进一步地，锁相参考信号的频率与所述第一梳状谱发生器2、所述第二梳状谱发生器6和所述定频信号发生器7的输入频率相同；所述锁相参考信号的功率为所述第一梳状谱发生器2、所述第二梳状谱发生器6和所述定频信号发生器7的输入功率之和。
进一步地，相位锁定定频信号的频率为第一梳状谱信号和第二梳状谱信号的频率差，功率根据二级下变频器8的输入功率确定。
具体地，微波发射天线3的馈源端与第一梳状谱发生器2的输出端连接；微波接收天线4的馈源端与一级下变频器5的射频端连接。
若采用定向传输结构如定向耦合器、环形器、功分器等，则可以简化为同一微波天线进行发射和接收。
进一步地，根据被测物品的特性选择反射或干涉测量方式。当进行反射测量时，微波发射天线3和微波接收天线4朝向被测物品且二者极化方向相同；当进行干涉测量时，微波发射天线3和微波接收天线4分别排布在被测物品的两侧且位置相对，二者极化方向相同。
进一步地，数据采集处理器9在得到探测信号后，对探测信号进行模数转换，得到对应的数字信号，并对得到的数字信号进行时域频谱特征分析，获取测量结果。时域频谱特征分析的结果如图3所示，其中，横坐标表示时间，纵坐标表示探测信号的频率。不同频率的信号来自不同的射频探测通道，对其进行分离，根据幅度、频率和相位信息可得到测量结果。
具体地，以上所述具体实施方式，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)

1.一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，其特征在于，包括：
获取梳状谱信号，并通过一级下变频器对生成的梳状谱信号进行第一次下变频处理，生成中频信号；
通过二级下变频器对生成的所有中频信号进行第二次下变频处理，得到探测信号；
对所述探测信号进行时域频谱特征分析，得到分析结果。
2.如权利要求1所述的一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，其特征在于，所述多通道微波探测器包括相位参考晶振(1)、梳状谱发生器、定频信号发生器(7)、下变频器、微波天线和数据采集处理器(9)；其中，所述梳状谱微波源包括第一梳状谱发生器(2)和第二梳状谱发生器(6)，所述下变频器包括一级下变频器(5)和二级下变频器(8)；所述微波天线包括微波发射天线(3)和微波接收天线(4)；
所述相位参考晶振(1)，用于生成锁相参考信号，并分别发送给第一梳状谱发生器(2)、第二梳状谱发生器(6)和定频信号发生器(7)；
所述第一梳状谱发生器(2)，用于基于所述锁相参考信号生成第一梳状谱信号并发送给微波发射天线(3)；
所述微波接收天线(4)，用于将接收到的第一梳状谱信号发送给一级下变频器(5)；
所述第二梳状谱发生器(6)，用于基于所述锁相参考信号生成第二梳状谱信号并发送给一级下变频器(5)；
所述一级下变频器(5)，用于对所述微波接收天线(4)发送的第一梳状谱信号和所述第二梳状谱发生器(6)发送的第二梳状谱信号进行第一次下变频处理，并将第一次下变频处理后的信号发送给二级下变频器(8)；
所述定频信号发生器(7)，用于生成相位锁定定频信号并发送给所述二级下变频器(8)；
所述二级下变频器(8)，用于根据相位锁定定频信号，对所述第一次下变频处理后的信号进行第二次下变频处理，得到探测信号并发送给数据采集处理器(9)进行时域频谱特征分析，得到分析结果。
3.如权利要求2所述的一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，其特征在于，所述梳状谱发生器包括定频微波源(10)、阶跃恢复二极管(11)和放大器(12)；
所述定频微波源(10)，用于根据微波探测器的通道间隔设定微波频率，根据阶跃恢复二极管(11)的输入功率设定微波功率，并基于所述微波频率和所述微波功率产生微波能量发送给阶跃恢复二极管(11)；
所述阶跃恢复二极管(11)，用于基于所述微波能量产生输入信号的高次谐波；
所述放大器(12)，用于对所述高次谐波进行功率放大，生成梳状谱信号。
4.如权利要求2所述的一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，其特征在于，所述锁相参考信号的频率与所述第一梳状谱发生器(2)、所述第二梳状谱发生器(6)和所述定频信号发生器(7)的输入频率相同；所述锁相参考信号的功率为所述第一梳状谱发生器(2)、所述第二梳状谱发生器(6)和所述定频信号发生器(7)的输入功率之和。
5.如权利要求2所述的一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，其特征在于，所述相位锁定定频信号的频率为第一梳状谱信号和第二梳状谱信号的频率差，功率根据二级下变频器(8)的输入功率确定。
6.如权利要求1所述的一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，其特征在于，所述微波发射天线(3)的馈源端与所述第一梳状谱发生器(2)的输出端连接；所述微波接收天线(4)的馈源端与所述一级下变频器(5)的射频端连接。
7.如权利要求1所述的一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，其特征在于，所述数据采集处理器(9)在得到探测信号后，对所述探测信号进行模数转换，得到对应的数字信号，并对得到的数字信号进行时域频谱特征分析，获取测量结果。
8.如权利要求2所述的一种基于梳状谱变频的多通道微波探测器，其特征在于，当进行反射测量时，所述微波发射天线(3)和所述微波接收天线(4)朝向被测物品且所述微波发射天线(3)和所述微波接收天线(4)的极化方向相同；当进行干涉测量时，所述微波发射天线(3)和所述微波接收天线(4)分别排布在被测物品的两侧且位置相对，所述微波发射天线(3)和所述微波接收天线(4)的极化方向相同。
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