專利名稱：毫米波測(cè)量?jī)x及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種毫米波測(cè)量?jī)x及測(cè)量方法。
在測(cè)量分散于大的毫米波頻段范圍內(nèi)的多個(gè)頻率點(diǎn)的弱微波信號(hào)時(shí)，一般采用外差混頻方案的輻射計(jì)以達(dá)到高的靈敏度。在海洋出版社1992年出版的《微波輻射計(jì)》第一、二章中介紹了一種超外差輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)，該輻射計(jì)從天線接收微波信號(hào)，進(jìn)入混頻器，在混頻器中與固定的本振信號(hào)混頻，輸出中頻信號(hào)，再經(jīng)檢波后進(jìn)行放大和濾波處理，然后輸出。該輻射計(jì)的不足之處在于，當(dāng)需要測(cè)量多個(gè)頻率點(diǎn)時(shí)，就需建立結(jié)構(gòu)相同的多套輻射計(jì)，從而使得具有多點(diǎn)測(cè)量的全套系統(tǒng)價(jià)格昂貴。
在美國(guó)《科學(xué)儀器評(píng)論》雜志1986年57卷第8期的1974頁(yè)“TFTR裝置上用快掃描外差輻射計(jì)進(jìn)行電子回旋輻射的測(cè)量”一文中公開了一種通過快速掃描本振頻率因而具有多點(diǎn)測(cè)量功能的雙邊帶微波外差輻射計(jì)，該輻射計(jì)使用由本振信號(hào)控制模塊、高壓電源和電控掃描的返波管振蕩器構(gòu)成的短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器，通過掃描本振頻率，經(jīng)吸收式振蕩器功率平衡回路和以寬帶混頻器、放大器、濾波器和檢波器構(gòu)成的邊帶信號(hào)處理器，組成快掃描的窄帶雙邊帶中頻輻射計(jì)，可測(cè)量一個(gè)波段范圍內(nèi)的多個(gè)頻率點(diǎn)，其不足之處在于測(cè)量速度不能滿足快速測(cè)量系統(tǒng)的要求。
本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量時(shí)間短、速度快的毫米波測(cè)量?jī)x及測(cè)量方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)措施測(cè)量?jī)x由短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器和邊帶信號(hào)處理器組成，短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端和待測(cè)微波信號(hào)接口與邊帶信號(hào)處理器3連接，特別是短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端和待測(cè)微波信號(hào)接口分別與由金屬線柵分束器構(gòu)成的邊帶頻率選擇器的輸入端連接，所述的邊帶頻率選擇器為在與短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端相接的光路上依次設(shè)有與之呈45度的金屬線柵S1、S2和金屬直角反射鏡J2，所述的金屬線柵S2的反射光路上置有金屬直角反射鏡J1，經(jīng)S2反、透射后的光路上置有與其相垂直的金屬線柵S3，所述的金屬線柵S3的反射光路上置有與其平行的金屬線柵S4、以及金屬直角反射鏡J4，且該金屬線柵S3反射光路的背端置有待測(cè)微波信號(hào)導(dǎo)入端，所述的金屬線柵S4的反射光路上置有金屬直角反射鏡J3，經(jīng)S4反、透射后的光路上置有與金屬線柵S2相平行的金屬線柵S5，經(jīng)金屬線柵S5透射后的輸出X1接邊帶信號(hào)處理器1、經(jīng)其反射后的輸出X2接邊帶信號(hào)處理器2。
所述的金屬線柵的線徑為30-50微米、兩線間距為70-90微米。
一種毫米波測(cè)量方法，通過快速掃描每一個(gè)本振頻率點(diǎn)，測(cè)量與之對(duì)應(yīng)的待測(cè)信號(hào)頻率點(diǎn)的窄帶雙邊帶中頻信號(hào)，特別是對(duì)于每一本振頻率點(diǎn)同時(shí)測(cè)量出與之對(duì)應(yīng)的上邊帶、下邊帶和窄帶雙邊帶中頻信號(hào)的三個(gè)待測(cè)信號(hào)頻率點(diǎn)；通過選擇具有最相接近的響應(yīng)靈敏度和輸出基線的多個(gè)本振頻率點(diǎn)，使其在響應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，具有最大的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和最快速的時(shí)間響應(yīng)。
可再增設(shè)微處理器控制電路并經(jīng)程序設(shè)定用以產(chǎn)生掃描微波源頻率的掃描電壓控制信號(hào)，以選定測(cè)量頻段內(nèi)所需的測(cè)量點(diǎn)。
采用上述技術(shù)方案后，由于短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端與待測(cè)微波信號(hào)同時(shí)送至邊帶信號(hào)處理器3和邊帶頻率選擇器，由邊帶信號(hào)處理器3實(shí)現(xiàn)了對(duì)本振頻率較近的窄帶雙邊帶頻帶的響應(yīng)，在同一個(gè)本振頻率點(diǎn)上，通過邊帶頻率選擇器又同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)其較遠(yuǎn)的上邊帶的響應(yīng)和其鏡像頻率的下邊帶的響應(yīng)，因此具有接收三倍于本地振蕩器頻率點(diǎn)數(shù)的待測(cè)信號(hào)頻率點(diǎn)的接收能力；在測(cè)量方法上，通過選擇具有最相接近的響應(yīng)靈敏度和輸出基線的多個(gè)本振頻率點(diǎn)，使得接收機(jī)在響應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，具有最大的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和最快速的時(shí)間響應(yīng)。使用微處理器控制電路通過程序設(shè)定產(chǎn)生掃描微波源的頻率的掃描電壓控制信號(hào)，使得測(cè)量點(diǎn)可以在測(cè)量頻段內(nèi)按需要選定。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1為本發(fā)明的一種基本結(jié)構(gòu)示意框圖。
圖2為圖1中邊帶頻率選擇器的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的實(shí)測(cè)結(jié)果圖。
如圖1所示為本發(fā)明用于HT-7超導(dǎo)托卡馬克裝置上2毫米波測(cè)量?jī)x，它由2毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器和由寬帶混頻器、放大器、濾波器和檢波器構(gòu)成的邊帶信號(hào)處理器等構(gòu)成，其中本振信號(hào)發(fā)生器是電控掃頻返波管振蕩器經(jīng)高壓電源由觸發(fā)控制模塊R控制獲取掃描的本振點(diǎn)信號(hào)，本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端B和待測(cè)微波信號(hào)接口W與邊帶信號(hào)處理器3連接，本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端B和待測(cè)微波信號(hào)接口W同時(shí)還與金屬線柵分束器構(gòu)成的邊帶頻率選擇器的兩輸入端連接，所述的邊帶頻率選擇器為在與短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端相接的光路上依次設(shè)有與之呈45度的金屬線柵S1、S2和金屬直角反射鏡J2，所述的金屬線柵S2的反射光路上置有金屬直角反射鏡J1，經(jīng)S2反、透射后的光路上置有與其相垂直的金屬線柵S3，所述的金屬線柵S3的反射光路上置有與其平行的金屬線柵S4、以及金屬直角反射鏡J4，且該金屬線柵S3反射光路的背端置有待測(cè)微波信號(hào)導(dǎo)入端，所述的金屬線柵S4的反射光路上置有金屬直角反射鏡J3，經(jīng)S4反、透射后的光路上置有與金屬線柵S2相平行的金屬線柵S5，經(jīng)金屬線柵S5透射后的輸出X1接邊帶信號(hào)處理器1、經(jīng)其反射后的輸出X2接邊帶信號(hào)處理器2。所述的金屬線柵的線徑為30-50微米、兩線間距為70-90微米。
測(cè)量時(shí)，首先通過選擇具有最相接近的響應(yīng)靈敏度和輸出基線的16個(gè)本振頻率點(diǎn)，在控制面板上設(shè)定110-180GHz的毫米波段內(nèi)待測(cè)的16個(gè)本振頻率點(diǎn)參數(shù)，然后輸入來自等離子體的微波信號(hào)，啟動(dòng)測(cè)量?jī)x；本振信號(hào)B和待測(cè)微波信號(hào)W的一路進(jìn)入邊帶頻率選擇器后的工作原理如圖2所示，其中本振信號(hào)通過金屬線柵S1、S2和直角金屬反射鏡J1、J2后，來自于本振信號(hào)發(fā)生器相應(yīng)于上、下邊帶頻率帶寬位置的本振源的噪聲被抑制；該信號(hào)在到達(dá)金屬線柵S3后與經(jīng)其透射后的待測(cè)信號(hào)W匯合，再經(jīng)金屬線柵S4、S5和直角金屬反射鏡J3、J4進(jìn)行邊帶頻率選擇，選擇出與本振頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的上邊帶、其鏡像頻率的下邊帶信號(hào)，由金屬線柵S5透、反射后分為上邊帶信號(hào)X1和下邊帶信號(hào)X2，輸出至邊帶信號(hào)處理器(1、2)中，經(jīng)其處理后分別輸出上邊帶測(cè)量結(jié)果信號(hào)C1和下邊帶測(cè)量結(jié)果信號(hào)C2；待測(cè)微波信號(hào)W和本振頻率信號(hào)B的另一路經(jīng)邊帶信號(hào)處理器3處理后，形成第三道測(cè)量結(jié)果，輸出另一路窄帶雙邊帶測(cè)量結(jié)果信號(hào)C3，因此，對(duì)于每一本振頻率點(diǎn)，可同時(shí)獲取如圖3所示的由上至下的上邊帶信號(hào)C1、下邊帶信號(hào)C2和窄帶雙邊帶信號(hào)C3共三個(gè)測(cè)量結(jié)果信號(hào)。實(shí)測(cè)中，掃描16個(gè)本振頻率點(diǎn)，共獲取48個(gè)測(cè)量頻率點(diǎn)的信號(hào)，掃描周期為0.65毫秒。使用微處理器控制電路通過程序設(shè)定產(chǎn)生掃描微波源的頻率的掃描電壓控制信號(hào)，使得測(cè)量點(diǎn)可以在測(cè)量頻段內(nèi)按需要選定。
權(quán)利要求
1.一種毫米波測(cè)量?jī)x，由短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器和以寬帶混頻器、放大器、濾波器和檢波器構(gòu)成的邊帶信號(hào)處理器組成，短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端和待測(cè)微波信號(hào)接口與邊帶信號(hào)處理器(3)連接，其特征是短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端和待測(cè)微波信號(hào)接口分別與金屬線柵分束器構(gòu)成的邊帶頻率選擇器的輸入端連接，所述的邊帶頻率選擇器為在與短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端相接的光路上依次設(shè)有與之呈45度的金屬線柵(S1、S2)和金屬直角反射鏡(J2)，所述的金屬線柵(S2)的反射光路上置有金屬直角反射鏡(J1)，經(jīng)金屬線柵(S2)反、透射后的光路上置有與其相垂直的金屬線柵(S3)，所述的金屬線柵(S3)的反射光路上置有與其平行的金屬線柵(S4)、以及金屬直角反射鏡(J4)，且該金屬線柵(S3)反射光路的背端置有待測(cè)微波信號(hào)導(dǎo)入端，所述的金屬線柵(S4)的反射光路上置有金屬直角反射鏡(J3)，經(jīng)(S4)反、透射后的光路上置有與金屬線柵(S2)相平行的金屬線柵(S5)，經(jīng)金屬線柵(S5)透射后的輸出(X1)接邊帶信號(hào)處理器(1)、經(jīng)其反射后的輸出(X2)接邊帶信號(hào)處理器(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量?jī)x，其特征是金屬線柵的線徑為30-50微米、兩線間距為70-90微米。
3.一種毫米波測(cè)量方法，通過掃描每一個(gè)本振頻率點(diǎn)測(cè)量與之對(duì)應(yīng)的待測(cè)信號(hào)頻率點(diǎn)的窄帶雙邊帶中頻信號(hào)，其特征是對(duì)于每一本振頻率點(diǎn)同時(shí)測(cè)量出待測(cè)頻率點(diǎn)的窄帶雙邊帶中頻信號(hào)及其相應(yīng)的較遠(yuǎn)的上邊帶和下邊帶的三個(gè)待測(cè)頻率點(diǎn)信號(hào)；在響應(yīng)的頻率范圍內(nèi)，通過選擇具有最相接近的響應(yīng)靈敏度和輸出基線的多個(gè)本振頻率點(diǎn)，獲得最大的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和最快速的時(shí)間響應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種毫米波測(cè)量?jī)x及測(cè)量方法。它的快掃描短毫米波返波管本振信號(hào)發(fā)生器的輸出端與待測(cè)信號(hào)端分別接邊帶信號(hào)處理器3和邊帶頻率選擇器,該邊帶頻率選擇器的輸出端接邊帶信號(hào)處理器1、2。通過選擇具有最相接近的響應(yīng)靈敏度和輸出基線的多個(gè)本振頻率點(diǎn),在響應(yīng)的頻率范圍內(nèi),有最大的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和最快速的時(shí)間響應(yīng),可測(cè)量出與每一本振頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的窄帶雙邊帶中頻信號(hào)和其上邊帶、下邊帶的三個(gè)待測(cè)信號(hào)頻率點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01J9/00GK1303003SQ0011201
公開日2001年7月11日 申請(qǐng)日期2000年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月4日
發(fā)明者張守銀, 弗拉迪米爾·波茲里亞克, 葉夫庚尼·波羅思基里夫 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所