CN219302555U - 一种脉冲功率频率测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲功率频率测量系统，包括依次连接的时钟模块、射频输入及调理模块、检波电路、比较电路、控制电路，高速采集电路分别与时钟模块、射频输入及调理模块、检波电路、控制电路连接，控制电路与触发电路连接；所述射频输入及调理模块包括从前至后依次连接的保护二极管、宽带SPDT开关、衰减器、射频开关、分配器，宽带SPDT开关与射频开关连接；所述分配器的输出端通过变频模块连接高速采集电路，变频模块包括从前至后依次连接的程控衰减器、第一SPDT开关、第一功放、第二SPDT开关、高通滤波器、混频器、低通滤波器和第二功放。本实用新型可以实现对脉冲的高速采集和脉冲参数的分析测试，具有更广泛的应用范围。

Description

一种脉冲功率频率测量系统

技术领域

本实用新型属于脉冲功率频率测量的技术领域，具体涉及一种脉冲功率频率测量系统。

背景技术

脉冲功率频率计主要用于对航管设备的短时脉冲的功率、频率的测量，脉冲载频的功率和频率是脉冲体制雷达的主要参数，通常通过功率计和频谱仪进行测量，脉冲功率频率计将功率和频率的测量功能集成为一个模块完成，极大的减少了系统的体积，非常有利于系统的小型化。由于短脉冲载频的高精度测试是测量领域的一个难点，目前国内的生产测试主要基于高性能的频谱仪进行测量，可以获得较好的频率分辨率和精度，但随着使用环境日益复杂、系统小型化、自主可控等军用需求的提出，因此国内外不少专家学者针对us级短脉冲的载频测试提出了不少的低成本方案。

短脉冲载频的测试方法通常有两种：一种是直接测量（如时幅转换或者计数法），这种思路依赖于高性能的模拟电路或者更高频率的计数时钟，并且对脉冲载频的调制方式有一定的限制；另一种思路是频谱估计，通过混频和高采样率的信号采集，对采集的数据进行算法处理来获取高精度的频率估计，这种思路除对时钟的精度和稳定度、AD的采样率有一定的要求外，更多的是对频谱估计算法的依赖，此种方法对载频的调制方式的没有太多的限制，能够适用于大部分的脉冲调制信号。因此，研究高精度频率估计算法具有重要的应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种脉冲功率频率测量系统，旨在实现对脉冲的高速采集和脉冲参数的分析测试。

本实用新型主要通过以下技术方案实现：

一种脉冲功率频率测量系统，包括高速采集电路、触发电路以及从前至后依次连接的时钟模块、射频输入及调理模块、检波电路、比较电路、控制电路，所述高速采集电路分别与时钟模块、射频输入及调理模块、检波电路、控制电路连接，所述控制电路与触发电路连接；所述时钟模块用于为高速采集电路提供时钟信号，所述高速采集电路用于对检波信号和中频信号采集；所述射频输入及调理模块包括从前至后依次连接的保护二极管、宽带SPDT开关、衰减器、射频开关、分配器，所述宽带SPDT开关与射频开关连接；所述分配器的输出端分别连接变频模块、检波电路，所述变频模块连接高速采集电路；所述变频模块包括从前至后依次连接的程控衰减器、第一SPDT开关、第一功放、第二SPDT开关、高通滤波器、混频器、低通滤波器和第二功放，用于将待测信号下变频为中频信号。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，在射频输入及调理模块中，所述保护二极管的型号为0402ESDA-MLP1，所述宽带SPDT开关的型号为MASW-002103-13630G，所述衰减器的型号为FAC0606P，所述射频开关的型号为PE42540。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，在变频模块中，所述程控衰减器的型号为HMC624ALP4，所述第一SPDT开关、第一SPDT开关的型号分别为HMC232ALP4，所述功放的型号为SBB-3089，所述混频器的型号为M1-0008。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述时钟模块包括时钟分配器以及从前至后依次连接的时钟发生器、PLL芯片、低通滤波器、功放，所述功放与射频输入及调理模块连接，所述PLL芯片通过时钟分配器与高速采集电路连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，在时钟模块中，所述时钟发生器的型号为HMC7044，所述PLL芯片的型号为ADF4356，所述时钟分配器的型号为ADCLK914。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述检波电路包括从前至后依次连接的衰减器、功放、对数检波器、采样保持、SPDT开关，所述对数检波器与SPDT开关连接，所述SPDT开关的输出端分别与高速采集电路和比较电路连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，在检波电路中，所述衰减器的型号为PAT0510S，所述功放的型号为PHA-1+，所述对数检波器的型号为ADL5511，所述采样保持的型号为AD781，所述SPDT开关的型号为NC7WV07P6X。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述高速采集电路为型号为AD9208的模数转换器。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述比较电路包括触发电平，所述触发电平的型号为AD5623。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述触发电路包括依次连接的保护二极管和触发器，所述保护二极管的型号为0402ESD-MLP1，触发器的型号为74LVCG132。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型结合台式功率计工作原理，与台式功率计相比，降低了脉冲功率的测试成本，并具备了与台式功率计相近的测量精度，配合灵活的触发方式，可以灵活的跟踪脉冲串中单个脉冲的功率特性，具有更广泛的应用范围；

（2）本实用新型采用对检波信号进行高速采集，并对采集数据进行统计分析，灵活的实现了对脉宽、脉冲间距、上升沿、下降沿、脉冲顶部不平度、脉冲序列不平度等脉冲参数的测量能力，并结合对待测信号模拟的理解，设计出相应的触发方式，可以灵活的观察任意指定脉冲波形；

（3）本实用新型结合了二次雷达的编译码功能，可以根据二次雷达的工作模式，灵活的产生触发信号，便于对二次雷达的任意脉冲功率、频率、脉冲参数等进行独立分析，具有较好的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的整体原理框图；

图2为射频输入及调理模块的结构示意图；

图3为变频模块的结构示意图；

图4为时钟模块的结构示意图；

图5为检波模块的结构示意图；

图6为高速采集电路的结构示意图；

图7为比较电路的结构示意图；

图8为触发电路的结构示意图；

图9为控制电路的结构示意图；

图10为本实用新型的测量数据处理流程图。

具体实施方式

实施例1：

一种脉冲功率频率测量系统，如图1所示，包括高速采集电路、触发电路以及从前至后依次连接的时钟模块、射频输入及调理模块、检波电路、比较电路、控制电路，所述高速采集电路分别与时钟模块、射频输入及调理模块、检波电路、控制电路连接，所述控制电路与触发电路连接；所述时钟模块用于为高速采集电路提供时钟信号，所述高速采集电路用于对检波信号和中频信号采集；如图2所示，所述射频输入及调理模块包括从前至后依次连接的保护二极管、宽带SPDT开关、衰减器、射频开关、分配器，所述宽带SPDT开关与射频开关连接；所述分配器的输出端分别连接变频模块、检波电路，所述变频模块连接高速采集电路；如图3所示，所述变频模块包括从前至后依次连接的程控衰减器、第一SPDT开关、第一功放、第二SPDT开关、高通滤波器、混频器、低通滤波器和第二功放，用于将待测信号下变频为中频信号。

优选地，如图2所示，在射频输入及调理模块中，所述保护二极管的型号为0402ESDA-MLP1，所述宽带SPDT开关的型号为MASW-002103-13630G，所述衰减器的型号为FAC0606P，所述射频开关的型号为PE42540。

优选地，如图3所示，在变频模块中，所述程控衰减器的型号为HMC624ALP4，所述第一SPDT开关、第一SPDT开关的型号分别为HMC232ALP4，所述功放的型号为SBB-3089，所述混频器的型号为M1-0008。

优选地，如图4所示，所述时钟模块包括时钟分配器以及从前至后依次连接的时钟发生器、PLL芯片、低通滤波器、功放，所述功放与射频输入及调理模块连接，所述PLL芯片通过时钟分配器与高速采集电路连接。

优选地，在时钟模块中，所述时钟发生器的型号为HMC7044，所述PLL芯片的型号为ADF4356，所述时钟分配器的型号为ADCLK914。

优选地，如图5所示，所述检波电路包括从前至后依次连接的衰减器、功放、对数检波器、采样保持、SPDT开关，所述对数检波器与SPDT开关连接，所述SPDT开关的输出端分别与高速采集电路和比较电路连接。

优选地，在检波电路中，所述衰减器的型号为PAT0510S，所述功放的型号为PHA-1+，所述对数检波器的型号为ADL5511，所述采样保持的型号为AD781，所述SPDT开关的型号为NC7WV07P6X。

优选地，如图6所示，所述高速采集电路为型号为AD9208的模数转换器。

优选地，如图7所示，所述比较电路包括触发电平，所述触发电平的型号为AD5623。

优选地，如图8所示，所述触发电路包括依次连接的保护二极管和触发器，所述保护二极管的型号为0402ESD-MLP1，触发器的型号为74LVCG132。

本实用新型结合台式功率计工作原理，与台式功率计相比，降低了脉冲功率的测试成本，并具备了与台式功率计相近的测量精度，配合灵活的触发方式，可以灵活的跟踪脉冲串中单个脉冲的功率特性，具有更广泛的应用范围。

实施例2：

一种脉冲功率频率测量系统，如图1所示，主要包括射频输入及调理模块、时钟模块、检波电路、比较电路、高速采集电路、控制电路、触发电路以及电源模块等电路单元。

所述时钟模块为射频输入及调理模块提供本振及功率校准信号，为高速采集电路提供时钟信号；射频输入及调理模块将待测载波下变频为中频信号提供给高速采集电路，将射频载波信号功分后提供给检波电路；检波电路对输入的射频信号进行功率检波后分为两路，一路提供给高速采集电路进行功率和脉冲参数的采集分析，另一路提供给比较电路进行触发电平的比较；高速采集电路受控制电路的控制对检波信号和中频信号进行采集，并将数据通过控制电路传给上位机进行统计分析和频率估算；比较电路将触发电平的比较结果传给控制电路，由控制电路对采样的时机进行控制；触发单元将外部触发信号传入控制电路，由控制电路根据触发信号进行采样的时机控制；此外，电源模块为各电路单元供电。

如图2所示，射频输入及调理模块包括保护二极管、宽带SPDT开关、衰减器、射频开关、功率分配器；所述保护二极管、宽带SPDT开关、衰减器、射频开关依次连接，所述宽带SPDT开关与射频开关连接，所述射频开关、功率分配器依次连接。优选地，所述保护二极管的型号为0402ESDA-MLP1，所述宽带SPDT开关的型号为MASW-002103-13630G，所述衰减器的型号为FAC0606P，所述射频开关的型号为PE42540。

如图3所示，功率分配器输出的A0.1经程控衰减器、SPDT开关、功放、SPDT开关、高通滤波器、混频器、低通滤波器和功放，逐一级联输出，将待测信号下变频为中频信号。优选地，其所用程控衰减器为HMC624ALP4，所用SPDT开关为HMC232ALP4，所用功放为SBB-3089，所用混频器为M1-0008。

如图4所示，时钟模块主要用于产生射频调理电路所需的Lo信号以及高速采集电路所需的采样时钟信号，其中HMC7044中PLL2的VCO输出频率范围为2.4GHz~3.2GHz，通过PLL芯片ADF4355将HMC7044扇出的时钟信号进行倍频得到所需的Lo信号及DAC采样时钟信号B0.3。

如图5所示，检波电路包括衰减器、功放、对数检波器、采样保持及SPDT等器件，主要用于为将射频调理模块输出的射频信号进行检波，输出其脉冲包络信号，供高速采集电路进行采集分析，所用衰减器型号为PAT0510S，所用功放型号为PHA-1+，所用对数检波器型号为ADL5511，采样保持型号为AD781、SPDT开关型号为NC7WV07P6X。

如图6所示，高速采集电路主要用于通过高速采集完成对射频信号和检波信号的数据采集，供上位机进行统计分析，以获取高精度的频谱估计以及脉冲包络参数的测量分析，其采用ADC的型号为AD9208，是一款双通道、14bit、3GSPS模数转换器。

如图7所示，比较电路主要用于针对检波信号设置触发电平产生触发信号，触发电平的产生主要由AD5623实现，B0.5送入控制器后，可有控制器灵活的根据需要及二次雷达的特性等因素产生采样触发信号。

如图8所示，触发电路主要用于为实现接收外部触发信号，并将其传送到控制器进行逻辑处理，其主要器件包括保护二极管0402ESD-MLP1，触发器74LVCG132等。

如图9所示，控制电路主要用于实现对脉冲功率频率测量系统中各类芯片的控制，对采样数据的读取、对触发信号的处理等逻辑，并将数据通过PCIe总线传送给嵌入式控制器，实现与上位机的信息交互，本实用新型采用的FGPA芯片型号为XC7A200T-AFBG484I的FPGA芯片。

本实用新型结合台式功率计工作原理，与台式功率计相比，降低了脉冲功率的测试成本，并具备了与台式功率计相近的测量精度，配合灵活的触发方式，可以灵活的跟踪脉冲串中单个脉冲的功率特性，具有更广泛的应用范围。

实施例3：

一种脉冲功率频率测量系统，如图10所示，借鉴了频谱仪对频率测量的工作原理，通过高速采集，并采用FFT与CZT联合算法，以及插值校正法等信号处理算法，实现对短时脉冲载波频率的精确测量。同时，针对航管设备通用射频信号性能测试的需求，在测频的基础上，集成了功率和脉冲参数的测试，通过对二次雷达、DME、VOR等的信号处理和触发控制，实现了对各种信号格式的单脉冲的高速采集和脉冲参数的分析测试，可以灵活的完成脉冲上升沿、下降沿、脉宽、脉冲间距、顶部不平度、序列不平度等参数的测量。

如图1所示，射频输入及调理模块可以接受的被测信号为-20dBm~+20dBm内的连续射频信号或者脉冲调制信号，被测信号进入系统后，首先经过大衰减通道进行功率初测，测定输入功率的大致范围后，选择合适的衰减通道，经功率分配器分为两路，一路送入混频器进行下变频处理，下变频后的信号送入高速采集模块进行数据采集；而另一路则送入检波电路，对数检波模块对该信号进行精准的对数检波得到检波信号，为保持被测信号的脉冲宽度和边沿特性，对数检波模块不能改变被测信号的包络特征，检波信号最终被送入高速采集电路，对脉冲包络的特征及功率电平进行采集分析。时钟电路为射频输入及调理模块提供下变频所需的本振信号，并为高速采集电路提供高速采样时钟信号。比较电路通过设置的触发电平与输入的检波信号进行比较，产生所需的采样触发信号。控制电路通过比较电路或者外部触发电路传来的信号，对高速采集电路进行采样和读数的控制。如图10所示，控制电路将采集到的数据进行回读并累加后由上位机进行FFT及CZT算法的联合分析，并通过插值及纠偏等校正算法对信号的频率进行高精度估算。

由于FFT算法具有栅栏效应，由于有限采样的原因，待测信号的频谱由连续谱变为离散谱，离散的谱线旨在整数倍的位置上才出现，所以实际的谱线有可能被挡住而损失掉了，因此若增加FFT的计算点数，可提高频谱分辨率，但由于短时脉冲的限制，无法获取足够的有限数据，因此通过累加的方式适当增加其计算点数，在此基础上，由CZT的基本原理可知，其可对Z平面上的单位圆进行局部抽样，即在有限的频率范围内进行频谱分析，即在单位圆周上FFT的几个采样点之间进行较密的频谱分析。该联合算法体现出一种局部放大的小波处理思想，能在增加有限计算量的基础上极大地提高频谱分辨率，从而提高测频精度。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点：

①本实用新型结合频谱仪的测频原理，与台式频谱仪和功率计相比，降低了脉冲载频频率的测试成本，并具备了与台式仪器相近的的测量精度；由于采用了频谱估计算法，在载波频率的测量上也不局限于脉冲的调制方式，具有更广泛的应用范围；

②本实用新型结合台式功率计工作原理，与台式功率计相比，降低了脉冲功率的测试成本，并具备了与台式功率计相近的测量精度，配合灵活的触发方式，可以灵活的跟踪脉冲串中单个脉冲的功率特性；

③本实用新型采用对检波信号进行高速采集，并对采集数据进行统计分析的方法，灵活的实现了对脉宽、脉冲间距、上升沿、下降沿、脉冲顶部不平度、脉冲序列不平度等脉冲参数的测量能力，并结合对待测信号模拟的理解，设计出相应的触发方式，可以灵活的观察任意指定脉冲波形；

④本实用新型结合了二次雷达的编译码功能，可以根据二次雷达的工作模式，灵活的产生触发信号，便于对二次雷达的任意脉冲功率、频率、脉冲参数等进行独立分析。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，包括高速采集电路、触发电路以及从前至后依次连接的时钟模块、射频输入及调理模块、检波电路、比较电路、控制电路，所述高速采集电路分别与时钟模块、射频输入及调理模块、检波电路、控制电路连接，所述控制电路与触发电路连接；所述时钟模块用于为高速采集电路提供时钟信号，所述高速采集电路用于对检波信号和中频信号采集；所述射频输入及调理模块包括从前至后依次连接的保护二极管、宽带SPDT开关、衰减器、射频开关、分配器，所述宽带SPDT开关与射频开关连接；所述分配器的输出端分别连接变频模块、检波电路，所述变频模块连接高速采集电路；所述变频模块包括从前至后依次连接的程控衰减器、第一SPDT开关、第一功放、第二SPDT开关、高通滤波器、混频器、低通滤波器和第二功放，用于将待测信号下变频为中频信号。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，在射频输入及调理模块中，所述保护二极管的型号为0402ESDA-MLP1，所述宽带SPDT开关的型号为MASW-002103-13630G，所述衰减器的型号为FAC0606P，所述射频开关的型号为PE42540。

3.根据权利要求2所述的一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，在变频模块中，所述程控衰减器的型号为HMC624ALP4，所述第一SPDT开关、第一SPDT开关的型号分别为HMC232ALP4，所述功放的型号为SBB-3089，所述混频器的型号为M1-0008。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，所述时钟模块包括时钟分配器以及从前至后依次连接的时钟发生器、PLL芯片、低通滤波器、功放，所述功放与射频输入及调理模块连接，所述PLL芯片通过时钟分配器与高速采集电路连接。

5.根据权利要求4所述的一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，在时钟模块中，所述时钟发生器的型号为HMC7044，所述PLL芯片的型号为ADF4356，所述时钟分配器的型号为ADCLK914。

6.根据权利要求1所述的一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，所述检波电路包括从前至后依次连接的衰减器、功放、对数检波器、采样保持、SPDT开关，所述对数检波器与SPDT开关连接，所述SPDT开关的输出端分别与高速采集电路和比较电路连接。

7.根据权利要求6所述的一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，在检波电路中，所述衰减器的型号为PAT0510S，所述功放的型号为PHA-1+，所述对数检波器的型号为ADL5511，所述采样保持的型号为AD781，所述SPDT开关的型号为NC7WV07P6X。

8.根据权利要求1所述的一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，所述高速采集电路为型号为AD9208的模数转换器。

9.根据权利要求1所述的一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，所述比较电路包括触发电平，所述触发电平的型号为AD5623。

10.根据权利要求1所述的一种脉冲功率频率测量系统，其特征在于，所述触发电路包括依次连接的保护二极管和触发器，所述保护二极管的型号为0402ESD-MLP1，触发器的型号为74LVCG132。

Images