专利名称：毫米波测量仪及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种毫米波测量仪及测量方法。
在测量分散于大的毫米波频段范围内的多个频率点的弱微波信号时，一般采用外差混频方案的辐射计以达到高的灵敏度。在海洋出版社1992年出版的《微波辐射计》第一、二章中介绍了一种超外差辐射计的结构，该辐射计从天线接收微波信号，进入混频器，在混频器中与固定的本振信号混频，输出中频信号，再经检波后进行放大和滤波处理，然后输出。该辐射计的不足之处在于，当需要测量多个频率点时，就需建立结构相同的多套辐射计，从而使得具有多点测量的全套系统价格昂贵。
在美国《科学仪器评论》杂志1986年57卷第8期的1974页“TFTR装置上用快扫描外差辐射计进行电子回旋辐射的测量”一文中公开了一种通过快速扫描本振频率因而具有多点测量功能的双边带微波外差辐射计，该辐射计使用由本振信号控制模块、高压电源和电控扫描的返波管振荡器构成的短毫米波返波管本振信号发生器，通过扫描本振频率，经吸收式振荡器功率平衡回路和以宽带混频器、放大器、滤波器和检波器构成的边带信号处理器，组成快扫描的窄带双边带中频辐射计，可测量一个波段范围内的多个频率点，其不足之处在于测量速度不能满足快速测量系统的要求。
本发明的目的在于提供一种测量时间短、速度快的毫米波测量仪及测量方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施测量仪由短毫米波返波管本振信号发生器和边带信号处理器组成，短毫米波返波管本振信号发生器的输出端和待测微波信号接口与边带信号处理器3连接，特别是短毫米波返波管本振信号发生器的输出端和待测微波信号接口分别与由金属线栅分束器构成的边带频率选择器的输入端连接，所述的边带频率选择器为在与短毫米波返波管本振信号发生器的输出端相接的光路上依次设有与之呈45度的金属线栅S1、S2和金属直角反射镜J2，所述的金属线栅S2的反射光路上置有金属直角反射镜J1，经S2反、透射后的光路上置有与其相垂直的金属线栅S3，所述的金属线栅S3的反射光路上置有与其平行的金属线栅S4、以及金属直角反射镜J4，且该金属线栅S3反射光路的背端置有待测微波信号导入端，所述的金属线栅S4的反射光路上置有金属直角反射镜J3，经S4反、透射后的光路上置有与金属线栅S2相平行的金属线栅S5，经金属线栅S5透射后的输出X1接边带信号处理器1、经其反射后的输出X2接边带信号处理器2。
所述的金属线栅的线径为30-50微米、两线间距为70-90微米。
一种毫米波测量方法，通过快速扫描每一个本振频率点，测量与之对应的待测信号频率点的窄带双边带中频信号，特别是对于每一本振频率点同时测量出与之对应的上边带、下边带和窄带双边带中频信号的三个待测信号频率点；通过选择具有最相接近的响应灵敏度和输出基线的多个本振频率点，使其在响应的频率范围内，具有最大的测量动态范围和最快速的时间响应。
可再增设微处理器控制电路并经程序设定用以产生扫描微波源频率的扫描电压控制信号，以选定测量频段内所需的测量点。
采用上述技术方案后，由于短毫米波返波管本振信号发生器的输出端与待测微波信号同时送至边带信号处理器3和边带频率选择器，由边带信号处理器3实现了对本振频率较近的窄带双边带频带的响应，在同一个本振频率点上，通过边带频率选择器又同时实现了对其较远的上边带的响应和其镜像频率的下边带的响应，因此具有接收三倍于本地振荡器频率点数的待测信号频率点的接收能力；在测量方法上，通过选择具有最相接近的响应灵敏度和输出基线的多个本振频率点，使得接收机在响应的频率范围内，具有最大的测量动态范围和最快速的时间响应。使用微处理器控制电路通过程序设定产生扫描微波源的频率的扫描电压控制信号，使得测量点可以在测量频段内按需要选定。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的一种基本结构示意框图。
图2为图1中边带频率选择器的一种基本结构示意图。
图3为本发明的实测结果图。
如图1所示为本发明用于HT-7超导托卡马克装置上2毫米波测量仪，它由2毫米波返波管本振信号发生器和由宽带混频器、放大器、滤波器和检波器构成的边带信号处理器等构成，其中本振信号发生器是电控扫频返波管振荡器经高压电源由触发控制模块R控制获取扫描的本振点信号，本振信号发生器的输出端B和待测微波信号接口W与边带信号处理器3连接，本振信号发生器的输出端B和待测微波信号接口W同时还与金属线栅分束器构成的边带频率选择器的两输入端连接，所述的边带频率选择器为在与短毫米波返波管本振信号发生器的输出端相接的光路上依次设有与之呈45度的金属线栅S1、S2和金属直角反射镜J2，所述的金属线栅S2的反射光路上置有金属直角反射镜J1，经S2反、透射后的光路上置有与其相垂直的金属线栅S3，所述的金属线栅S3的反射光路上置有与其平行的金属线栅S4、以及金属直角反射镜J4，且该金属线栅S3反射光路的背端置有待测微波信号导入端，所述的金属线栅S4的反射光路上置有金属直角反射镜J3，经S4反、透射后的光路上置有与金属线栅S2相平行的金属线栅S5，经金属线栅S5透射后的输出X1接边带信号处理器1、经其反射后的输出X2接边带信号处理器2。所述的金属线栅的线径为30-50微米、两线间距为70-90微米。
测量时，首先通过选择具有最相接近的响应灵敏度和输出基线的16个本振频率点，在控制面板上设定110-180GHz的毫米波段内待测的16个本振频率点参数，然后输入来自等离子体的微波信号，启动测量仪；本振信号B和待测微波信号W的一路进入边带频率选择器后的工作原理如图2所示，其中本振信号通过金属线栅S1、S2和直角金属反射镜J1、J2后，来自于本振信号发生器相应于上、下边带频率带宽位置的本振源的噪声被抑制；该信号在到达金属线栅S3后与经其透射后的待测信号W汇合，再经金属线栅S4、S5和直角金属反射镜J3、J4进行边带频率选择，选择出与本振频率点对应的上边带、其镜像频率的下边带信号，由金属线栅S5透、反射后分为上边带信号X1和下边带信号X2，输出至边带信号处理器(1、2)中，经其处理后分别输出上边带测量结果信号C1和下边带测量结果信号C2；待测微波信号W和本振频率信号B的另一路经边带信号处理器3处理后，形成第三道测量结果，输出另一路窄带双边带测量结果信号C3，因此，对于每一本振频率点，可同时获取如图3所示的由上至下的上边带信号C1、下边带信号C2和窄带双边带信号C3共三个测量结果信号。实测中，扫描16个本振频率点，共获取48个测量频率点的信号，扫描周期为0.65毫秒。使用微处理器控制电路通过程序设定产生扫描微波源的频率的扫描电压控制信号，使得测量点可以在测量频段内按需要选定。
权利要求
1.一种毫米波测量仪，由短毫米波返波管本振信号发生器和以宽带混频器、放大器、滤波器和检波器构成的边带信号处理器组成，短毫米波返波管本振信号发生器的输出端和待测微波信号接口与边带信号处理器(3)连接，其特征是短毫米波返波管本振信号发生器的输出端和待测微波信号接口分别与金属线栅分束器构成的边带频率选择器的输入端连接，所述的边带频率选择器为在与短毫米波返波管本振信号发生器的输出端相接的光路上依次设有与之呈45度的金属线栅(S1、S2)和金属直角反射镜(J2)，所述的金属线栅(S2)的反射光路上置有金属直角反射镜(J1)，经金属线栅(S2)反、透射后的光路上置有与其相垂直的金属线栅(S3)，所述的金属线栅(S3)的反射光路上置有与其平行的金属线栅(S4)、以及金属直角反射镜(J4)，且该金属线栅(S3)反射光路的背端置有待测微波信号导入端，所述的金属线栅(S4)的反射光路上置有金属直角反射镜(J3)，经(S4)反、透射后的光路上置有与金属线栅(S2)相平行的金属线栅(S5)，经金属线栅(S5)透射后的输出(X1)接边带信号处理器(1)、经其反射后的输出(X2)接边带信号处理器(2)。
2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征是金属线栅的线径为30-50微米、两线间距为70-90微米。
3.一种毫米波测量方法，通过扫描每一个本振频率点测量与之对应的待测信号频率点的窄带双边带中频信号，其特征是对于每一本振频率点同时测量出待测频率点的窄带双边带中频信号及其相应的较远的上边带和下边带的三个待测频率点信号；在响应的频率范围内，通过选择具有最相接近的响应灵敏度和输出基线的多个本振频率点，获得最大的测量动态范围和最快速的时间响应。
全文摘要
本发明公开了一种毫米波测量仪及测量方法。它的快扫描短毫米波返波管本振信号发生器的输出端与待测信号端分别接边带信号处理器3和边带频率选择器,该边带频率选择器的输出端接边带信号处理器1、2。通过选择具有最相接近的响应灵敏度和输出基线的多个本振频率点,在响应的频率范围内,有最大的测量动态范围和最快速的时间响应,可测量出与每一本振频率点对应的窄带双边带中频信号和其上边带、下边带的三个待测信号频率点。
文档编号G01J9/00GK1303003SQ0011201
公开日2001年7月11日 申请日期2000年1月4日 优先权日2000年1月4日
发明者张守银, 弗拉迪米尔·波兹里亚克, 叶夫庚尼·波罗思基里夫 申请人:中国科学院等离子体物理研究所