CN113258907B - 基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的装置及方法。该方法采用任意波形发生器循环产生周期为μs量级的特定编码微波长脉冲串，并通过微波功率放大器将该特定编码微波长脉冲串进行功率放大、输出功率为kW量级的特定编码微波长脉冲串，之后通过脉冲压缩混响室，将该周期为μs量级、功率为kW量级的特定编码微波长脉冲串压缩成脉宽为ns量级的微波脉冲串，实现脉冲宽度压缩，其峰值功率由kW量级大幅增加至数百kW甚至MW量级，实现MHz量级超高重频高功率微波的产生。本发明提出的超高重频高功率微波产生装置及方法，不采用微波开关，且具有中心载频和脉冲宽度以及脉冲重频灵活可调的特点。
Description
技术领域
本发明属于高功率微波产生技术领域，具体涉及一种基于路径编码脉冲压缩技术的超高重频高功率微波脉冲获取装置及方法，用以解决超高重频高功率微波脉冲的产生问题。
背景技术
随着电子技术的迅速发展，电子装备对电子系统的依赖性越来越强，尤其是随着GPS、高速通信等技术手段的应用越来越广泛，电子装备的信息化水平得到了显著提高。相应的，开展对GPS接收机、通信接收机、高速数据链接收机等设备的电子对抗手段研究以降低装备效能具有重要的军事意义。传统电子对抗手段受限于技术发展水平，通常辐射功率只能达到千瓦量级，实战条件下干扰效能有限。
微波效应研究结果表明，利用超高重频窄脉冲能够对上述设备产生有效干扰，可大大降低其工作效能甚至失效，因此具有超高重频的高功率微波脉冲为战场条件下电子对抗提供了一种新技术手段，可大幅提高电子对抗装备的作战效能。
高功率微波根据其工作频率的不同可分为超宽谱高功率微波和窄谱高功率微波，超宽谱高功率微波的工作频率为几十MHz～1GHz，窄谱高功率微波工作频段为L～Ku波段，带宽通常为几十MHz。目前，如何提高输出微波脉冲的重复频率是高功率微波技术研究领域的重要发展方向之一，现阶段产生百kHz以上超高重频高功率微波脉冲的方法主要是在超宽谱高功率微波领域实现，但受限于其天线辐射特性，其干扰距离较短，难以实现原距离应用。窄谱高功率微波天线增益通常较大，在远距离应用方面具有较大优势，但受限于高功率微波的产生方式，通常其重复频率不超过100Hz，难以实现百kHz以上的重复频率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的装置及方法，实现百kHz以上超高重频、峰值功率百kW量级高功率微波的产生。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的装置，包括计算机、任意波形发生器、微波功率放大器、脉冲压缩混响室、辐射天线和高速采样示波器；
计算机：产生长度为μs量级的波形文件数据并将波形文件数据发送给任意波形发生器；
任意波形发生器：产生具有中心载频的微波窄脉冲信号，所述微波窄脉冲信号的脉宽为ns级，功率为mW量级；根据计算机发送的波形文件数据循环产生特定编码的小信号微波长脉冲串，所述小信号微波长脉冲串的周期为μs量级，功率为mW量级；
微波功率放大器：将任意波形发生器产生的脉宽为ns量级的微波窄脉冲信号功率放大成脉宽为ns级、功率为kW量级的微波窄脉冲信号；将任意波形发生器产生的周期为μs量级、功率为mW量级的特定编码微波长脉冲串功率放大成周期为μs量级、功率为kW量级的微波长脉冲串信号；
脉冲压缩混响室：采用脉宽为ns量级、功率为kW量级的微波窄脉冲信号对脉冲压缩混响室进行激励，输出时长为μs量级、功率震荡减小的响应信号；将周期为μs量级、功率为kW量级的特定编码微波长脉冲串信号压缩成脉宽为ns量级的超高重频微波窄脉冲串信号，所述超高重频微波窄脉冲串信号峰值功率为数百kW甚至MW量级；
辐射天线：用于超高重频微波窄脉冲串信号的定向辐射；
高速采样示波器：用于对脉冲压缩混响室输出的响应信号进行检测和采样，并截取一段时长的响应信号发送给计算机，所述截取的响应信号长度为μs量级。
脉冲压缩混响室为一个多径环境，其结构为一个矩形金属腔体，所述矩形金属腔体的长、宽、高均为1米量级。
所述微波功率放大器为一个kW级微波放大器，采用固态放大器技术实现，能够将功率为mW级的小功率微波信号放大成功率为kW量级的大功率微波信号。
一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的方法，步骤如下：
第一步，获取脉冲压缩混响室的响应信号；
获取过程如下：
通过任意波形发生器产生一个具有中心载频f0、脉宽为T0的矩形微波窄脉冲信号；所述中心载频f0为GHz量级，脉宽T0为ns量级；
所述ns量级矩形微波窄脉冲信号通过微波功率放大器功率放大后，馈入脉冲压缩混响室，对脉冲压缩混响室进行激励；
脉冲压缩混响室的输出信号为ns量级微波窄脉冲信号的响应信号；所述响应信号的时长为μs量级；
高速采样示波器对脉冲压缩混响室输出的响应信号进行检测和采样，并截取一段时长为T1的响应信号；所述截取的时长T1为μs量级；
第二步，产生超高重频高功率微波脉冲；
计算机对截取的时长为T1的响应信号进行时序翻转并进行特定编码处理，生成特定编码微波长脉冲信号，产生特定编码微波长脉冲波形文件数据，并送给任意波形发生器；
任意波形发生器根据接收的波形文件数据，循环产生特定编码长脉冲信号，形成一个功率为mW量级的连续编码脉冲串，并通过微波功率放大器进行功率放大，产生输出功率为kW量级的连续编码脉冲串；
所述kW量级连续编码脉冲串通过脉冲压缩混响室压缩成脉冲宽度为T0、周期为T1的ns级高功率微波脉冲串，所述高功率微波脉冲串通过辐射天线进行辐射。
脉冲压缩混响室为一个多径环境，其结构为一个矩形金属腔体，所述矩形金属腔体的长、宽、高均为1米量级。
所述微波功率放大器为一个kW级微波放大器，采用固态放大器技术实现，能够将功率为mW级的小功率微波信号放大成功率为kW量级的大功率微波信号。
所述高功率微波脉冲串的重频为f＝1/T1，脉宽为T0。
所述T1为微秒级时长，脉冲重频达MHz。
任意波形发生器产生的连续编码脉冲串在时域表现为连续波信号。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明是通过路径编码的脉冲压缩技术，将低功率长脉冲压缩成窄脉冲实现的。该脉冲压缩技术不采用微波开关，可大幅提高系统的功率容限。
(2)本发明采用常规kW大功率微波功率放大器(这在当前技术条件下无论是采用固态器件还是采用行波管放大器均是可以实现的)作为微波功率放大器，对输入的功率为mW量级的连续编码脉冲串进行功率放大，相比传统的采用相对论微波器件获取微波脉冲的方法，可大幅降低系统的体积、重量。
(3)该高功率微波获取装置输入的功率为mW量级的连续编码脉冲串，在时域表现为连续波信号，相比于传统对脉冲信号进行放大获取高功率微波的技术方案，本发明可大幅降低装置对微波功率放大器的技术要求。
(4)本发明产生的高功率微波脉冲，其重复频率可通过改变截取窄脉冲响应信号的时长T1进行灵活调整，且对系统不产生任何影响。
(5)本发明采用功率为mW量级的连续编码脉冲串，其周期T1为微秒级时长，脉冲重频达MHz，相比传统的采用相对论微波器件获取几十Hz重频的微波脉冲方法，本发明可获得MHz的超高重频。
(6)本发明产生的高功率微波脉冲具有中心载频，通过改变激励信号的脉宽T0，可灵活调整高功率微波的脉冲宽度。同时时长T0为ns量级，本发明可同时获得ns量级、重频为MHz量级的高功率微波脉冲。
附图说明
图1为本发明窄脉冲响应信号获取系统的组成原理框图；
图2为本发明超高重频高功率微波的产生系统的组成原理框图。
其中：1-计算机，2-任意波形发生器，3-微波功率放大器，4-脉冲压缩混响室，5-辐射天线，6-高速采样示波器。
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，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
本发明针对GPS接收机、通信接收机、高速数据链接收机等目标的电子干扰需求，提出了一种基于脉冲压缩技术获取窄谱超高重频高功率微波的方法，实现超高重频高功率微波的产生，极大地拓展了高功率微波技术的产生途径。
本发明提出一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的装置，如图2所示，包括计算机1、任意波形发生器2、微波功率放大器3、脉冲压缩混响室4和辐射天线5。
本发明提出了一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的方法，采用任意波形发生器循环产生周期为μs量级的特定编码微波长脉冲串，在时域表现为连续波信号，并通过微波功率放大器对该特定编码微波长脉冲串进行功率放大，输出功率为kW量级的特定编码微波长脉冲串，之后通过基于路径编码的脉冲压缩技术，将该周期为μs级、功率为kW级的特定编码微波长脉冲串压缩成脉宽为ns量级的高功率微波脉冲串，实现脉冲宽度压缩，峰值功率由kW量级大幅增加至数百kW甚至MW量级，获取超高重频高功率微波。
本发明通过硬件高速采样法实现路径编码脉冲压缩技术以及超高重频高功率微波的获取。具体的实施方法分为两步：
第一步，获取脉冲压缩混响室的响应信号。
脉冲压缩混响室的响应信号获取过程如下，建立如图1所示装置，主要包括任意波形发生器2、微波功率放大器3、脉冲压缩混响室4、高速采样示波器6；
如图1所示，所述任意波形发生器2输出端口OUT2与微波功率放大器3的输入端口IN2相连，所述微波功率放大器3输出端口OUT3与脉冲压缩混响室4输入端口IN3相连，所述脉冲压缩混响室4输出端口OUT4与高速采样示波器6的输入端口IN5相连。
通过任意波形发生器2产生一个具有中心载频f0、脉宽为T0的ns级微波窄脉冲信号。所述中心载频f0为GHz量级，T0为需要获得的微波脉冲宽度，此处微波脉冲宽度T0设置为ns量级。脉冲宽度为T0的ns级微波窄脉冲信号通过微波功率放大器3功率放大后，馈入脉冲压缩混响室4进行激励。
脉冲压缩混响室4为一个多径环境。优选的，脉冲压缩混响室结构为一个大型矩形金属腔体，所述矩形金属腔体的长、宽、高均为1m*1m*1.2m,大型金属腔体的多径效应用来实现脉冲压缩。
所述ns级微波窄脉冲信号馈入脉冲压缩混响室4后，在脉冲压缩混响室4输出端口将会获得一个宽度展宽，峰值功率下降的长脉冲信号，该长脉冲信号的持续时间可达10μs以上。
高速采样示波器6对脉冲压缩混响室4的输出信号进行检测和采样，并截取一段时长为T1的响应信号。所述T1为微秒级时长。
第二步，脉冲编码及超高重频高功率微波脉冲产生。
脉冲编码及超高重频高功率微波脉冲产生的过程如下，建立如图2所示系统，超高重频高功率微波产生装置主要包括计算机1、任意波形发生器2、微波功率放大器3、脉冲压缩混响室4、辐射天线5。
如图2所示，所述计算机1输出端口OUT1与任意波形发生器2的输入端口IN1相连，所述任意波形发生器2输出端口OUT2与微波功率放大器3的输入端口IN2相连，所述微波功率放大器3输出端口OUT3与脉冲压缩混响室4输入端口IN3相连，所述脉冲压缩混响室4输出端口OUT4与辐射天线5的输入端口IN4相连。
计算机1对截取的时长为T1的响应信号进行时序翻转并进行特定编码处理，得到时长为T1的特定编码微波长脉冲波形文件数据并发送给任意波形发生器2；
微波功率放大器3可将mW级小功率微波信号放大成功率为kW级大功率微波信号。所述时长为T1的波形文件数据通过任意波形发生器循环产生周期为μs级的特定编码微波长脉冲串，并通过微波功率放大器进行功率放大，产生输出功率为kW量级连续编码脉冲串。
所述kW级连续编码脉冲串通过脉冲压缩混响室4后，压缩成脉冲宽度为T0、周期为T1的ns级高功率微波脉冲串，所述高功率微波脉冲串通过辐射天线5进行辐射。
所述产生的高功率微波脉冲串的重频为f＝1/T1，且重频f可通过截取不同的脉冲压缩混响室4输出响应信号的时长T1进行灵活改变。T1为微秒级时长，通过计算机1生成不同时长T1的编码长脉冲串信号，可获取具有不同脉冲重复频率f＝1/T1的百kHz以上的超高重频高功率微波脉冲。优选T1为10μs时，可获得重频为100kHz的高功率微波脉冲串，优选T1为1μs时，可获得重频为1MHz的高功率微波脉冲串，通过选取响应信号的不同时长T1，可灵活方便的改变高功率微波脉冲串的重复频率。
本发明提出的一种基于路径编码脉冲压缩技术的超高重频高功率微波产生装置及方法，是将周期为μs级连续编码脉冲串通过微波功率放大器功率放大后，产生输出功率为千瓦级的连续编码脉冲串，并通过基于路径编码的脉冲压缩技术，将该千瓦级的连续编码脉冲串压缩成脉宽为ns量级，周期为μs量级的微波脉冲串，实现脉冲宽度压缩，峰值功率由kW量级大幅增加至数百kW甚至MW量级，获的MHz量级超高重频的高功率微波脉冲。通过控制μs级连续编码脉冲串的周期长度，可方便调节微波脉冲的重频。同时本发明采用的压缩技术不采用微波开关，可实现超高重频窄带高功率微波产生，且具有载频和脉冲宽度、脉冲重频灵活可调的特点。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的装置，其特征在于：包括计算机(1)、任意波形发生器(2)、微波功率放大器(3)、脉冲压缩混响室(4)、辐射天线(5)和高速采样示波器(6)；
计算机(1)：产生长度为μs量级的波形文件数据并将波形文件数据发送给任意波形发生器(2)；
任意波形发生器(2)：产生具有中心载频的微波窄脉冲信号，所述微波窄脉冲信号的脉宽为ns级，功率为mW量级；根据计算机(1)发送的波形文件数据循环产生特定编码的小信号微波长脉冲串，所述小信号微波长脉冲串的周期为μs量级，功率为mW量级；
微波功率放大器(3)：将任意波形发生器(2)产生的脉宽为ns量级的微波窄脉冲信号功率放大成脉宽为ns级、功率为kW量级的微波窄脉冲信号；将任意波形发生器(2)产生的周期为μs量级、功率为mW量级的特定编码微波长脉冲串功率放大成周期为μs量级、功率为kW量级的微波长脉冲串信号；
脉冲压缩混响室(4)：采用脉宽为ns量级、功率为kW量级的微波窄脉冲信号对脉冲压缩混响室(4)进行激励，输出时长为μs量级、功率震荡减小的响应信号；将周期为μs量级、功率为kW量级的特定编码微波长脉冲串信号压缩成脉宽为ns量级的超高重频微波窄脉冲串信号，所述超高重频微波窄脉冲串信号峰值功率为数百kW甚至MW量级；
辐射天线(5)：用于超高重频微波窄脉冲串信号的定向辐射；
高速采样示波器(6)：用于对脉冲压缩混响室(4)输出的响应信号进行检测和采样，并截取一段时长的响应信号发送给计算机(1)，所述截取的响应信号长度为μs量级。
2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的装置，其特征在于：脉冲压缩混响室(4)为一个多径环境，其结构为一个矩形金属腔体，所述矩形金属腔体的长、宽、高均为1米量级。
3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的装置，其特征在于：所述微波功率放大器(3)为一个kW级微波放大器，采用固态放大器技术实现，能够将功率为mW级的小功率微波信号放大成功率为kW量级的大功率微波信号。
4.一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的方法，其特征在于，步骤如下：
第一步，获取脉冲压缩混响室的响应信号；
获取过程如下：
通过任意波形发生器(2)产生一个具有中心载频f0、脉宽为T0的矩形微波窄脉冲信号；所述中心载频f0为GHz量级，脉宽T0为ns量级；
所述ns量级矩形微波窄脉冲信号通过微波功率放大器(3)功率放大后，馈入脉冲压缩混响室(4)，对脉冲压缩混响室(4)进行激励；
脉冲压缩混响室(4)的输出信号为ns量级微波窄脉冲信号的响应信号；所述响应信号的时长为μs量级；
高速采样示波器(6)对脉冲压缩混响室(4)输出的响应信号进行检测和采样，并截取一段时长为T1的响应信号；所述截取的时长T1为μs量级；
第二步，产生超高重频高功率微波脉冲；
计算机(1)对截取的时长为T1的响应信号进行时序翻转并进行特定编码处理，生成特定编码微波长脉冲信号，产生特定编码微波长脉冲波形文件数据，并送给任意波形发生器(2)；
任意波形发生器(2)根据接收的波形文件数据，循环产生特定编码长脉冲信号，形成一个功率为mW量级的连续编码脉冲串，并通过微波功率放大器进行功率放大，产生输出功率为kW量级的连续编码脉冲串；
所述kW量级连续编码脉冲串通过脉冲压缩混响室(4)压缩成脉冲宽度为T0、周期为T1的ns级高功率微波脉冲串，所述高功率微波脉冲串通过辐射天线(5)进行辐射。
5.根据权利要求4所述的一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的方法，其特征在于：脉冲压缩混响室(4)为一个多径环境，其结构为一个矩形金属腔体，所述矩形金属腔体的长、宽、高均为1米量级。
6.根据权利要求4所述的一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的方法，其特征在于：所述微波功率放大器(3)为一个kW级微波放大器，采用固态放大器技术实现，能够将功率为mW级的小功率微波信号放大成功率为kW量级的大功率微波信号。
7.根据权利要求4所述的一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的方法，其特征在于：所述高功率微波脉冲串的重频为f＝1/T1，脉宽为T0。
8.根据权利要求7所述的一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的方法，其特征在于：所述T1为微秒级时长，脉冲重频达MHz。
9.根据权利要求4所述的一种基于脉冲压缩技术获取超高重频高功率微波的方法，其特征在于：任意波形发生器(2)产生的连续编码脉冲串在时域表现为连续波信号。
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| 翟畅 ; 方进勇 ; 吴江牛 ; 黄惠军 ; 邱卓越. 基于新型高功率微波的雷达探测技术研究.微波学报.2023,全文. * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113258907A (zh) | 2021-08-13 |
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