超大动态范围脉冲场强测试系统及方法技术方案

技术编号:35102835 阅读:6 留言:0更新日期:2022-10-01 17:11
本发明专利技术提供一种超大动态范围脉冲场强测试系统及方法,包括脉冲信号接受前端、第一级弱信号检测链路、第二级中等强度信号检测链路、第三级高强度信号检测链路以及信号场强大小计算模块;脉冲信号接受前端为超宽频喇叭天线,用于接受未知待测脉冲信号;第一级弱信号检测链路用于对信号强度弱的脉冲信号进行场强测试;第二级中等强度信号检测链路用于对信号强度较大的脉冲信号进行场强测试;第三级高强度信号检测链路用于对强脉冲信号进行场强测试;信号场强大小计算模块用于对脉冲信号场强大小进行高精度测量与标定;本系统可以实现对超大动态范围内未知功率水平的脉冲信号进行分级测量,具有测试动态范围大、稳定性高、测试精度高的特点。试精度高的特点。试精度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
超大动态范围脉冲场强测试系统及方法


[0001]本专利技术属于微波测量的应用领域,涉及一种超大动态范围脉冲场强测试系统及方法。

技术介绍

[0002]电子战是敌我双方通过对战场电磁频谱资源控制权和使用权的斗争,已成为继传统海陆空三维立体战争的另一重要战场,是现代化战争的胜负手。现代化的电子战场既有预警雷达、通信、电子侦察与噪声干扰等小功率脉冲微弱信号,又有微波定向能武器发射的大功率脉冲强干扰信号,电磁环境极为复杂。对该类复杂信号的电场强度同时准确测量是提高电子战能力的前提。
[0003]目前,对于强脉冲信号场强测试主要包括频域法、时域法和宽带场强计法。频域法采用频谱分析仪和接收天线进行测量,可以获得宽频带内信号的幅频特性,但在脉冲宽度和脉冲周期等参数未知的情况下,可能会因为分辨率带宽(RBW)设置不当而无法准确获得脉冲信号频谱。时域法采用示波器和接收天线进行测量,可以获得信号的脉冲宽度和脉冲周期等参数,对时域测量结果进行傅里叶变换可以获得脉冲信号的频谱特性,但依据奈奎斯特抽样定律,时域法要得到正确的测量结果,示波器的采样率应大于被测信号最高频率分量的2倍。宽带场强计法采用电场探头和场强仪进行测量,测量动态范围大,无需修正使用方便灵活,但对于脉冲场,获得的是场强平均值,且不能提供频率信息。针对时、频域测量方法的优缺点,有学者提出了雷达脉冲场的时频域组合测量方法,在发射源参数未知情况下,通过一次时频域组合测量,利用时域测量信息修正频域法由于RBW设置不当的频域测量结果,可以得到准确的脉冲场峰值场强,但该方法需要考虑天线系数、电缆衰减等参数,测量结果处理分析复杂,对于大功率脉冲场测量,需要对频谱仪和示波器进行屏蔽防护和接衰减器避免烧毁,且该方法采用接收天线,尺寸和口径大,对于近场分布,由于场波动大,无法准确反映接收天线每一个测量点的场分布。
[0004]而对于微弱的脉冲信号,其检测难度相比脉冲信号更大。这里微弱信号相对于噪声而言,不只是说信号的幅度很小,主要指的是被噪声淹没的、信噪比很低的信号。对其检测主要包括5种经典的基本方法:(1)滤波法;(2)取样积分与数字式平均法;(3)相关检测法;(4)自适应噪声抵消法;(5)光子计数器法。其基本的思想大多为通过技术手段实现信噪比的提高,从而实现弱信号提取。近年来,一些新的关于弱信号检测的方法被提出,其中具有重要意义的有如下几种方法:(1)基于混沌振子的弱信号检测法;(2)基于随机共振理论的弱信号检测法;(3)基于小波变换的弱信号检测法;(4)基于稀疏分解的弱信号检测法;(5)基于深度学习模型的微弱信号检测法。这些新方法是从新的角度对弱信号的特征出发从而对其进行检测。
[0005]综上,单独对强脉冲信号或者若脉冲信号进行场强测量按照经典的测试理论与最新研究方法是可以进行测量的。但是对于未知的极大、极小脉冲信号能否同时进行场强检测,目前研究很少。为了实现该功能,有学者提出以下研究思路几种研究思路:(1)分段倍乘
法:将输人端分成不同的动态段,根据不同的输人电平选择相应的测量段。显然,由于在某个时刻,因为测量灵敏度不合适,会丢失微弱信号。或者又会因为动态不合适而采集不到高峰值的瞬态电平;(2)自动增益控制法:将前级放大以至中频放大部分做成带有自动增益(AGC)作用的电路,以求最大限度的适应不同信号输入电平的要求。从而有效地扩大输人动态范围。这是目前较为有效的方法,并被广泛应用。但是上述方法普遍存在着一些难以克服的问题:首先是电路复杂,不仅仅是前端电路为适应大范围的要求而必须的大范围AGC控制,还要为保证后级大动态的输出设计足够条件的电路。特别是模拟显示部分,既要保证大的动态,更要保证电路足够精度的线性。于是又要求电路有足够的功率储备。其次是电路工作难以达到长期的稳定,由于复杂的电路和众多的电路环节,使得电路工作对环境提出很高的要求。特别是温度的影响,往往要求仪器有足够长的预热时间。即便如此,也难保证应用中测量精度的变化,特别是带有直流放大电路的仪器,更无法保证长期稳定性。
[0006]本专利技术系统将通过引入气体放电管等微波器件构建了一种超大动态范围脉冲场强测试系统,并给出具体测试方法,脉冲信号场强幅值测量范围(6.14
×
10
‑5~6.14
×
103)V/m,信号功率可覆盖范围

80dbm~80dBm。该测试系统可实现对未知功率水平的脉冲信号进行电场强度高精度测量。

技术实现思路

[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点,本专利技术的目的在于利用定向耦合器、气体放电管等微波器件组建一套超大动态范围脉冲场强测试系统及方法,实现超大动态范围脉冲场强测量。
[0008]为实现上述专利技术目的,本专利技术技术方案如下:
[0009]超大动态范围脉冲场强测试系统如附图所示,包括脉冲信号接受前端Ⅰ,第一级弱信号检测链路Ⅱ,第二级中等强度信号检测电路Ⅲ,第三级高强度信号检测电路Ⅳ以及信号场强大小计算模块


[0010]所述脉冲信号接受前端Ⅰ为超宽频喇叭天线,用于接受未知待测脉冲信号;所述第一级弱信号检测链路Ⅱ用于对信号功率范围为:

80dBm<P1≤

20dBm,场强范围为:6.14
×
10
‑5V/m<E1≤0.06V/m的脉冲信号进行场强测试;所述第二级中等强度信号检测链路Ⅲ用于对信号功率范围为:

20dBm<P1≤30dBm,场强范围为:0.06V/m<E2≤19.42V/m的脉冲信号进行场强测试;所述第三级高强度信号检测链路Ⅳ用于对功率范围为:30dBm<P1≤80dBm,场强范围为:19.42V/m<E2≤6.14
×
103V/m的脉冲信号进行场强测试;所述信号场强大小计算模块

用于对脉冲信号场强大小进行高精度测量与标定。
[0011]作为优选方式,所述第一级弱信号检测链路Ⅱ包括通过同轴电缆依次连接的第一定向耦合器2、第一气体放电管3、低噪声放大器4、第一微波检波器5;其中第一定向耦合器2用于对第一级弱信号检测链路Ⅱ中全反射的信号进行耦合,然后将耦合到的信号送到第二级中等强度信号检测电路Ⅲ进行检测;第一气体放电管3用于对超过一定阈值的脉冲信号进行阻断,保护链路中的低噪声放大器4以及第一微波检波器5不受超出其工作功率水平范围的脉冲信号损伤;低噪声放大器4用于对弱信号进行低噪声放大;第一微波检波器5用于对弱信号进行检波;超宽频喇叭天线通过同轴电缆与第一定向耦合器的直通端14连接,第一定向耦合器的输入端15通过同轴电缆与第一气体放电管3连接,第一定向耦合器的隔离
端16与第一匹配负载18连接,第一定向耦合器的耦合端17通过同轴电缆与第二定向耦合器的直通端19连接;第一微波检波器5通过同轴电缆与信号场强大小计算模块

中的AD转换模块12连接。
[0012]作为优选方式,所述第二级中等强度信号检测电路Ⅲ包括同轴电缆依次本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超大动态范围脉冲场强测试系统,其特征在于:包括脉冲信号接受前端Ⅰ,第一级弱信号检测链路Ⅱ,第二级中等强度信号检测电路Ⅲ,第三级高强度信号检测电路Ⅳ以及信号场强大小计算模块

;所述脉冲信号接受前端Ⅰ为超宽频喇叭天线,用于接受未知待测脉冲信号;所述第一级弱信号检测链路Ⅱ用于对信号功率范围为:

80dBm<P1≤

20dBm,场强范围为:6.14
×
10
‑5V/m<E1≤0.06V/m的脉冲信号进行场强测试;所述第二级中等强度信号检测链路Ⅲ用于对信号功率范围为:

20dBm<P1≤30dBm,场强范围为:0.06V/m<E2≤19.42V/m的脉冲信号进行场强测试;所述第三级高强度信号检测链路Ⅳ用于对功率范围为:30dBm<P1≤80dBm,场强范围为:19.42V/m<E2≤6.14
×
103V/m的脉冲信号进行场强测试;所述信号场强大小计算模块

用于对脉冲信号场强大小进行测量与标定。2.根据权利要求1所述的超大动态范围脉冲场强测试系统,其特征在于:所述第一级弱信号检测链路Ⅱ包括通过同轴电缆依次连接的第一定向耦合器(2)、第一气体放电管(3)、低噪声放大器(4)、第一微波检波器(5);其中第一定向耦合器(2)用于对第一级弱信号检测链路Ⅱ中全反射的信号进行耦合,然后将耦合到的信号送到第二级中等强度信号检测电路Ⅲ进行检测;第一气体放电管(3)用于对超过一定阈值的脉冲信号进行阻断,保护链路中的低噪声放大器(4)以及第一微波检波器(5)不受超出其工作功率水平范围的脉冲信号损伤;低噪声放大器(4)用于对弱信号进行低噪声放大;第一微波检波器(5)用于对弱信号进行检波;超宽频喇叭天线通过同轴电缆与第一定向耦合器的直通端(14)连接,第一定向耦合器的输入端(15)通过同轴电缆与第一气体放电管(3)连接,第一定向耦合器的隔离端(16)与第一匹配负载(18)连接,第一定向耦合器的耦合端(17)通过同轴电缆与第二定向耦合器的直通端(19)连接;第一微波检波器(5)通过同轴电缆与信号场强大小计算模块

中的AD转换模块(12)连接。3.根据权利要求1所述的超大动态范围脉冲场强测试系统,其特征在于:所述第二级中等强度信号检测电路Ⅲ包括同轴电缆依次连接的第二定向耦合器(6)、第二气体放电管(7)、第一微波衰减器(8)、第二微波检波器(9);其中第二定向耦合器(6)用于对第二级中等强度信号检测电路Ⅲ中全发射的信号进行耦合,然后将耦合到的信号送到第三级高强度信号检测电路Ⅳ进行检测;第二气体放电管(7)用于对超过一定阈值的脉冲信号进行阻断,保护链路中的第一微波衰减器(8)以及第二微波检波器(9)不受超出其工作功率水平范围的脉冲信号损伤;第一微波衰减器(8)用于对中等强度信号进行适当衰减,使得第二微波检波器(9)工作在线性区;第二微波检波器(9)用于对本链路中的脉冲信号进行检波;第二定向耦合器的隔离端(21)与第二匹配负载(23)连接,第二定向耦合器的输入端(20)通过同轴电缆与第二气体放电管(7)连接,第二定向耦合器的耦合端(22)通过同轴电缆与第二微波衰减器(10)连接,第二微波检波器(9)通过同轴电缆与信号场强大小计算模块

中的AD转换模块(12)连接。4.根据权利要求1所述的超大动态范围脉冲场强测试系统,其特征在于:所述第三级高强度信号检测电路Ⅳ包括同轴电缆依次连接的第二微波衰减器(10)、第三微波检波器(11);其中第二微波衰减器(10)用于对第二级中等强度信号检测电路Ⅲ经第二定向耦合器(6)耦合下来的高强度信号进行衰减,使得第三微波检波器(11)工作在线性区;第三微波检波器(11)用于对本链路中的脉冲信号进行检波;第二微波检波器(10)通过同轴电缆与第三
微波检波器(11)连接,第三微波检波器(11)通过同轴电缆与信号场强大小计算模块

中的AD转换模块(12)连接。5.根据权利要求1所述的超大动态范围脉冲场强测试系统,其特征在于:信号场强大小计算模块

包括AD转换模块(1...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱辉高勇张薇高冲李恩郑虎张云鹏龙嘉威余承勇李兴兴
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:

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