一种计算辐射场的相位分布和相心的方法、结构、系统、设备和介质

1.本发明属于高功率微波测量技术领域，具体涉及一种计算辐射场的相位分布和相心的方法、结构、系统、设备和介质。


背景技术：

2.在高功率微波测量技术中，辐射场测量是很重要的一部分。辐射场测量除了功率测量外，相位分布的测量非常重要。但实际测量中很难用简便的方法测得天线辐射场信号的相位分布。
3.随着高功率微波hpm技术的不断发展，对高功率微波测量的要求也越来越高。现有技术中的hpm辐射场测量除了需要进行功率测量外，也需要对其相位分布进行测量。在实际的hpm情况下，常见的相位测量方法是采用价格昂贵的高速示波器对辐射场的相位分布进行测量，在这种方法里，高速示波器在hpm环境中极易损坏，致使测量成本非常昂贵，如果采用鉴相器对hpm的辐射场相位分布进行测量，较之高速示波器，是一种简单方便的测量技术。同时采用s波段的进口鉴相器，其参考信号lo端是通过定向耦合器获得的，这在实际hpm场合下使用时，hpm系统中一些随机的击穿问题会对辐射场相位分布的测量产生影响，因此不太合适hpm实际环境下的使用。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种计算辐射场的相位分布和相心的方法、结构、系统、设备和介质，能够快速简单的测量高功率微波辐射场的相位测量。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种计算辐射场的相位分布和相心的方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.将两路被测信号分别传入两个功分器，两个功分器分出的信号经混频后，分别输出信号v1和信号v2，通过信号v1和信号v2计算得到两路被测信号的相位差；
8.在小信号辐射场内，预设参考位置，在同一平面内进行多点测设，得到各个测试点与参考位置的相位差，将测量得到的各个测试点与参考位置的相位差减去零角度位置处与参考位置的相位差，得到小信号辐射天线辐射场的相位分布，并通过计算得到其相心位置；
9.在高功率微波辐射场内，预设相位参考，在同一平面内进行多点测设，得到各个测试点与参考位置的相位差，得到高功率微波辐射场相位分布，并计算出馈源的相心。
10.进一步，所述鉴相器两个分工器分别采用0
°
和90
°
功分器。
11.进一步，所述两路被测信号分别为a信号和b信号；
12.所述a信号经过90
°
功分器后，a信号变成ua1和ua2，
13.[0014][0015]
所述b信号经过0
°
功分器后，b信号变成ub1和ub2，
[0016][0017][0018]
进一步，所述两个功分器分出的信号经混频后相乘得到：
[0019][0020][0021]
对混频后相乘得到的公式进行积化和差得到：
[0022][0023][0024]
进一步，对信号v1和信号v2虑除高频信号，得到：
[0025][0026][0027]
a信号和b信号的相位差为：
[0028][0029]
进一步，所述小信号辐射场的相位分布和相心计算中，90
°
功分器的输入端功率为10-15dbm，0
°
功分器的输入端功率为小于0dbm；
[0030]
所述高功率微波辐射场的相位分布和相心计算中，90
°
功分器的输入端功率为10-15dbm，0
°
功分器的输入端功率为小于0dbm。
[0031]
一种计算辐射场的相位分布和相心的结构，其特征在于，基包括i/q混频器和两个低通滤波器，且i/q混频器和两个低通滤波器均封装于金属盒中；
[0032]
所述i/q混频器包括两个功分器和混频器，所述两个功分器均包括两路输出信号，且其中一路输出信号分别接入同一混频器；
[0033]
所述混频器输出端均连接低通滤波器的输入端。
[0034]
一种计算辐射场的相位分布和相心的系统，其特征在于，包括：
[0035]
无源脉冲鉴相器模块，用于将被测信号传入功分器，并进行混频，并输出信号信号v1和信号v2，计算得到两路被测信号的相位差；
[0036]
小信号辐射场模块，用于预设参考位置，在同一平面内进行多点测设，得到各个测试点与参考位置的相位差，将测量得到的各个测试点与参考位置的相位差减去零角度位置处与参考位置的相位差，得到小信号辐射天线辐射场的相位分布，并通过计算得到其相心位置；
[0037]
高功率微波辐射场模块，用于预设相位参考，在同一平面内进行多点测设，得到各个测试点与参考位置的相位差，得到高功率微波辐射场相位分布，并计算出高功率微波辐射场的馈源相心。
[0038]
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种计算辐射场的相位分布和相心的方法的步骤。
[0039]
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现一种计算辐射场的相位分布和相心的方法的步骤。
[0040]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0041]
本发明提供一种计算辐射场的相位分布和相心的方法、结构、系统、设备和介质，仅需配备普通的数字示波器即可计算得到辐射场的相位分布和相心，并且该无源脉冲鉴相器是一种成本低的微波器件，本方法步骤简单，计算方便；同时，本技术中的无源脉冲鉴相器采用的元器件均为普通器件，成本低廉，而且用于hpm下辐射场相位分布和相心位置的测量时，仅需移动rf端接收天线的位置，且测量结果不受hpm系统中随机的击穿等不稳定因素，测量结果更加可靠；随着hpm技术需求的日益增加，本技术为高功率微波测量技术提供了一种可靠、简便和低成本的途径。
附图说明
[0042]
图1为本发明具体实施例中一种计算辐射场的相位分布和相心的方法流程图；
[0043]
图2为本发明具体实施例中无源脉冲鉴相器模块结构示意图；
[0044]
图3为本发明具体实施例中小信号辐射场模块结构示意图；
[0045]
图4为本发明具体实施例中小信号辐射场模块相心计算示意图；
[0046]
图5为本发明具体实施例中高功率微波辐射场模块结构示意图；
[0047]
图6为本发明具体实施例中一种无源脉冲鉴相器性能的测试电路图；
[0048]
图7为本发明具体实施例中一种无源脉冲鉴相器性能的测试电路中的标定电路图。
具体实施方式
[0049]
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0050]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范
围。
[0051]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0052]
本发明提供一种计算辐射场的相位分布和相心的方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0053]
将两路被测信号分别传入两个功分器，两个功分器分出的信号经混频后，分别输出信号v1和信号v2，通过信号v1和信号v2计算得到两路被测信号的相位差；
[0054]
在小信号辐射场内，预设参考位置，在同一平面内进行多点测设，得到各个测试点与参考位置的相位差，将测量得到的各个测试点与参考位置的相位差减去零角度位置处与参考位置的相位差，得到小信号辐射天线辐射场的相位分布，并通过计算得到其相心位置；
[0055]
具体的，如图3所示，在小信号辐射场内，由信号源输出的信号经功分器后，一路接到鉴相器的lo输入端，作为辐射场相位测量的参考信号，另一路接到馈源喇叭作为辐射天线的输入信号，接收天线接收到的信号接到鉴相器的rf输入端；
[0056]
调节信号源输出功率，使用功率计监测lo输入端，rf输入端功率，使lo输入端功率在10-15dbm之间，rf输入端功率小于0dbm；
[0057]
将鉴相器的两路输出信号v1和信号v2接到示波器上，观察信号v1和信号v2的幅值，用相位差计算公式计算出鉴相器lo输入端和rf输入端的相位差，即得到测试点与参考位置的相位差；
[0058]
在扫描架上的h面移动接收天线到各个测试点位置，在各个测试点处使用示波器记录鉴相器输出端信号v1和信号v2的幅值，由相位差计算公式计算出各个测试点与参考位置的相位差；
[0059]
将测量得到的各个测试点与参考位置的相位差减去零角度位置处与参考位置的相位差，可得到辐射天线辐射场的相位分布；
[0060]
进一步的，如图4所示，在小信号辐射场内，根据相位分布计算相心位置，假设相心位置在o点，相心与待测位置间距为rx，测试点i处对应h面间距为li，测试点与相心形成的夹角为θi，测试点i处与零角度位置处的相位差为φi，信号波在测试点i处相对于零角度处推进的距离为di。
[0061]
相位φi与di之间关系如下：
[0062][0063]
由几何关系可算出间距rx：
[0064]rx2
+l
i2
＝(r
x
+di)2；
[0065]
角度θi关系：
[0066]
[0067]
由以上公式，可以计算出角度θi、相心间距rx，得到相心位置。
[0068]
在高功率微波辐射场内，预设相位参考，在同一平面内进行多点测设，得到各个测试点与参考位置的相位差，得到高功率微波辐射场相位分布，并计算出馈源的相心；
[0069]
具体的，如图5所示，在高功率微波辐射场内，首先提前确定出无源脉冲鉴相器lo端输入功率为10～15dbm时对应的参考信号接收喇叭处的位置，该位置在测量过程中一直固定不动，作为相位参考位置；
[0070]
在扫描架上安置待测信号接收喇叭，其输出送入至无源脉冲鉴相器的rf端，并保证rf端的输入功率在测量过程中始终《0dbm。
[0071]
参考信号接收喇叭和待测信号接收喇叭后面所接的定向耦合器、匹配负载、波同转换、固定衰减器、电缆等，一旦确定后，不能在测量过程中再进行更改；
[0072]
由于高功率微波一般是脉冲式的，因此要注意由lo端和rf端送入无源脉冲鉴相器的脉冲信号应该要有一定的重叠时间，否则无源脉冲鉴相器的输出始终为零；
[0073]
在扫描架上的h面移动待测信号接收喇叭的位置，在各个测试点处使用示波器记录鉴相器输出端v1、v2的幅值。由相位差计算公式计算出各个测试点与参考位置的相位差；
[0074]
根据测量结果可以得到高功率微波辐射场相位分布，由相位分布可以用相心计算公式计算出馈源喇叭的相位中心；
[0075]
本发明提供的一种优选实施例为，根据实验得到的各测试点处的相位可以计算得到辐射天线的相心位置，计算过程如表1所示根据实验得到的各测试点处的相位可以计算得到辐射天线的相心位置，计算过程如表1所示；
[0076]
表1相心计算过程
[0077][0078]
选择方位角较大的点进行相心的确定时误差较小，例如θ》5
°
以后，由4个点的平均值测得的相心为x0＝182mm，与仿真的x0＝130mm接近。
[0079]
进一步的，所述两个分工器分别采用0
°
和90
°
功分器。
[0080]
进一步的，所述两路被测信号分别为a信号和b信号；
[0081]
所述a信号经过90
°
功分器后，a信号变成ua1和ua2，
[0082]
[0083][0084]
所述b信号经过0
°
功分器后，b信号变成ub1和ub2，
[0085][0086][0087]
进一步的，所述两个功分器分出的信号经混频后相乘得到：
[0088][0089][0090]
对混频后相乘得到的公式进行积化和差得到：
[0091][0092][0093]
进一步的，对信号v1和信号v2虑除高频信号，得到：
[0094][0095][0096]
a信号和b信号的相位差为：
[0097][0098]
进一步的，所述小信号辐射场的相位分布和相心计算中，90
°
功分器的输入端功率为10-15dbm，0
°
功分器的输入端功率为小于0dbm。
[0099]
进一步的，所述高功率微波辐射场的相位分布和相心计算中，90
°
功分器的输入端功率为10-15dbm，0
°
功分器的输入端功率为小于0dbm。
[0100]
本发明提供一种计算辐射场的相位分布和相心的结构，如图2所示，包括i/q混频器和两个低通滤波器；
[0101]
所述i/q混频器包括两个功分器和混频器，所述两个功分器均包括两路输出信号，且其中一路输出信号分别接入同一混频器；
[0102]
所述混频器输出端均连接低通滤波器的输入端。
[0103]
具体的，所述无源脉冲鉴相器模块，对于x波段鉴相器，iq混频器模块采用hd-6010iqmixs，对于c波段鉴相器，iq混频器模块采用hd-3070iqmixs，x波段c波段无源脉冲鉴相器所用到的低通滤波器均为hd-dc20lpft；
[0104]
进一步的，所述无源脉冲鉴相器模块封装在金属盒中用于屏蔽电磁干扰，以便无源脉冲鉴相器应用于高功率微波的环境下，且所述各元器件之间采用同轴结构连接，输出端为sma接口。
[0105]
本发明提供一种计算辐射场的相位分布和相心的系统，包括：
[0106]
无源脉冲鉴相器模块，用于将被测信号传入功分器，并进行混频，并输出信号信号v1和信号v2，计算得到两路被测信号的相位差；
[0107]
小信号辐射场模块，用于预设参考位置，在同一平面内进行多点测设，得到各个测试点与参考位置的相位差，将测量得到的各个测试点与参考位置的相位差减去零角度位置处与参考位置的相位差，得到小信号辐射天线辐射场的相位分布，并通过计算得到其相心位置；
[0108]
高功率微波辐射场模块，用于预设相位参考，在同一平面内进行多点测设，得到各个测试点与参考位置的相位差，得到高功率微波辐射场相位分布，并计算出高功率微波辐射场的馈源相心。
[0109]
本发明提供一种无源脉冲鉴相器性能的测试电路及方法的优选实施例，如图6所示，测试步骤包括：
[0110]
信号从脉冲源或连续源输出后，经功分器分为两路信号，一路连接到鉴相器lo输入端，另一路经固定衰减器、可调衰减器和可调移相器后连接到鉴相器rf输入端。鉴相器的i输出端信号v1和q输出端信号v2连接到示波器上，使用示波器观察鉴相器输出信号v1，v2。
[0111]
调节电路中的可调移相器，改变移相器的移相量，从而改变鉴相器的lo输入端和rf输入端的相位差。每次改变移相器的移相量后，通过示波器观察并记录鉴相器的输出信号v1、v2的幅值变化。
[0112]
由示波器测量得到的鉴相器输出信号v1、v2的幅值，可根据公式(8)计算得到鉴相器两路输入信号的相位差φ。
[0113]
具体的，为了确保无源脉冲鉴相器的正常使用，调节信号源输入功源和可调衰减器，使鉴相器lo输入端功率在10-15dbm之间，rf输入端功率《0dbm。
[0114]
进一步的，使用矢网仪对电路中用到的可调移相器进行标定，标定电路如图7所示，标定过程如下：
[0115]
矢网仪输出的信号经功分器分为两路，一路对应于lo支路，该端连接匹配负载。另一路对应于rf支路，经固定衰减器、可调衰减器和可调移相器后接入矢网仪；
[0116]
依次调节可调移相器的移相量；
[0117]
使用矢网仪测量rf支路的s12参数，确定出rf支路的实际相位改变量。
[0118]
本发明再一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实
现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于一种计算辐射场的相位分布和相心的方法的操作。
[0119]
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关一种计算辐射场的相位分布和相心的方法的相应步骤。
[0120]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0121]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0122]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0123]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0124]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。