專利名稱：毫米波測量儀及測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種毫米波測量儀及測量方法。
在測量分散于大的毫米波頻段范圍內的多個頻率點的弱微波信號時，一般采用外差混頻方案的輻射計以達到高的靈敏度。在海洋出版社1992年出版的《微波輻射計》第一、二章中介紹了一種超外差輻射計的結構，該輻射計從天線接收微波信號，進入混頻器，在混頻器中與固定的本振信號混頻，輸出中頻信號，再經檢波后進行放大和濾波處理，然后輸出。該輻射計的不足之處在于，當需要測量多個頻率點時，就需建立結構相同的多套輻射計，從而使得具有多點測量的全套系統(tǒng)價格昂貴。
在美國《科學儀器評論》雜志1986年57卷第8期的1974頁“TFTR裝置上用快掃描外差輻射計進行電子回旋輻射的測量”一文中公開了一種通過快速掃描本振頻率因而具有多點測量功能的雙邊帶微波外差輻射計，該輻射計使用由本振信號控制模塊、高壓電源和電控掃描的返波管振蕩器構成的短毫米波返波管本振信號發(fā)生器，通過掃描本振頻率，經吸收式振蕩器功率平衡回路和以寬帶混頻器、放大器、濾波器和檢波器構成的邊帶信號處理器，組成快掃描的窄帶雙邊帶中頻輻射計，可測量一個波段范圍內的多個頻率點，其不足之處在于測量速度不能滿足快速測量系統(tǒng)的要求。
本發(fā)明的目的在于提供一種測量時間短、速度快的毫米波測量儀及測量方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術措施測量儀由短毫米波返波管本振信號發(fā)生器和邊帶信號處理器組成，短毫米波返波管本振信號發(fā)生器的輸出端和待測微波信號接口與邊帶信號處理器3連接，特別是短毫米波返波管本振信號發(fā)生器的輸出端和待測微波信號接口分別與由金屬線柵分束器構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發(fā)生器的輸出端相接的光路上依次設有與之呈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微波信號導入端，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，經金屬線柵S5透射后的輸出X1接邊帶信號處理器1、經其反射后的輸出X2接邊帶信號處理器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。
一種毫米波測量方法，通過快速掃描每一個本振頻率點，測量與之對應的待測信號頻率點的窄帶雙邊帶中頻信號，特別是對于每一本振頻率點同時測量出與之對應的上邊帶、下邊帶和窄帶雙邊帶中頻信號的三個待測信號頻率點；通過選擇具有最相接近的響應靈敏度和輸出基線的多個本振頻率點，使其在響應的頻率范圍內，具有最大的測量動態(tài)范圍和最快速的時間響應。
可再增設微處理器控制電路并經程序設定用以產生掃描微波源頻率的掃描電壓控制信號，以選定測量頻段內所需的測量點。
采用上述技術方案后，由于短毫米波返波管本振信號發(fā)生器的輸出端與待測微波信號同時送至邊帶信號處理器3和邊帶頻率選擇器，由邊帶信號處理器3實現(xiàn)了對本振頻率較近的窄帶雙邊帶頻帶的響應，在同一個本振頻率點上，通過邊帶頻率選擇器又同時實現(xiàn)了對其較遠的上邊帶的響應和其鏡像頻率的下邊帶的響應，因此具有接收三倍于本地振蕩器頻率點數的待測信號頻率點的接收能力；在測量方法上，通過選擇具有最相接近的響應靈敏度和輸出基線的多個本振頻率點，使得接收機在響應的頻率范圍內，具有最大的測量動態(tài)范圍和最快速的時間響應。使用微處理器控制電路通過程序設定產生掃描微波源的頻率的掃描電壓控制信號，使得測量點可以在測量頻段內按需要選定。
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。


圖1為本發(fā)明的一種基本結構示意框圖。
圖2為圖1中邊帶頻率選擇器的一種基本結構示意圖。
圖3為本發(fā)明的實測結果圖。
如圖1所示為本發(fā)明用于HT-7超導托卡馬克裝置上2毫米波測量儀，它由2毫米波返波管本振信號發(fā)生器和由寬帶混頻器、放大器、濾波器和檢波器構成的邊帶信號處理器等構成，其中本振信號發(fā)生器是電控掃頻返波管振蕩器經高壓電源由觸發(fā)控制模塊R控制獲取掃描的本振點信號，本振信號發(fā)生器的輸出端B和待測微波信號接口W與邊帶信號處理器3連接，本振信號發(fā)生器的輸出端B和待測微波信號接口W同時還與金屬線柵分束器構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發(fā)生器的輸出端相接的光路上依次設有與之呈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微波信號導入端，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，經金屬線柵S5透射后的輸出X1接邊帶信號處理器1、經其反射后的輸出X2接邊帶信號處理器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。
測量時，首先通過選擇具有最相接近的響應靈敏度和輸出基線的16個本振頻率點，在控制面板上設定110-180GHz的毫米波段內待測的16個本振頻率點參數，然后輸入來自等離子體的微波信號，啟動測量儀；本振信號B和待測微波信號W的一路進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，來自于本振信號發(fā)生器相應于上、下邊帶頻率帶寬位置的本振源的噪聲被抑制；該信號在到達金屬線柵S3后與經其透射后的待測信號W匯合，再經金屬線柵S4、S5和直角金屬反射鏡J3、J4進行邊帶頻率選擇，選擇出與本振頻率點對應的上邊帶、其鏡像頻率的下邊帶信號，由金屬線柵S5透、反射后分為上邊帶信號X1和下邊帶信號X2，輸出至邊帶信號處理器(1、2)中，經其處理后分別輸出上邊帶測量結果信號C1和下邊帶測量結果信號C2；待測微波信號W和本振頻率信號B的另一路經邊帶信號處理器3處理后，形成第三道測量結果，輸出另一路窄帶雙邊帶測量結果信號C3，因此，對于每一本振頻率點，可同時獲取如圖3所示的由上至下的上邊帶信號C1、下邊帶信號C2和窄帶雙邊帶信號C3共三個測量結果信號。實測中，掃描16個本振頻率點，共獲取48個測量頻率點的信號，掃描周期為0.65毫秒。使用微處理器控制電路通過程序設定產生掃描微波源的頻率的掃描電壓控制信號，使得測量點可以在測量頻段內按需要選定。
權利要求
1.一種毫米波測量儀，由短毫米波返波管本振信號發(fā)生器和以寬帶混頻器、放大器、濾波器和檢波器構成的邊帶信號處理器組成，短毫米波返波管本振信號發(fā)生器的輸出端和待測微波信號接口與邊帶信號處理器(3)連接，其特征是短毫米波返波管本振信號發(fā)生器的輸出端和待測微波信號接口分別與金屬線柵分束器構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發(fā)生器的輸出端相接的光路上依次設有與之呈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微波信號導入端，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(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)，經金屬線柵(S5)透射后的輸出(X1)接邊帶信號處理器(1)、經其反射后的輸出(X2)接邊帶信號處理器(2)。
2.根據權利要求1所述的測量儀，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。
3.一種毫米波測量方法，通過掃描每一個本振頻率點測量與之對應的待測信號頻率點的窄帶雙邊帶中頻信號，其特征是對于每一本振頻率點同時測量出待測頻率點的窄帶雙邊帶中頻信號及其相應的較遠的上邊帶和下邊帶的三個待測頻率點信號；在響應的頻率范圍內，通過選擇具有最相接近的響應靈敏度和輸出基線的多個本振頻率點，獲得最大的測量動態(tài)范圍和最快速的時間響應。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種毫米波測量儀及測量方法。它的快掃描短毫米波返波管本振信號發(fā)生器的輸出端與待測信號端分別接邊帶信號處理器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處理器1、2。通過選擇具有最相接近的響應靈敏度和輸出基線的多個本振頻率點,在響應的頻率范圍內,有最大的測量動態(tài)范圍和最快速的時間響應,可測量出與每一本振頻率點對應的窄帶雙邊帶中頻信號和其上邊帶、下邊帶的三個待測信號頻率點。
文檔編號G01J9/00GK1303003SQ0011201
公開日2001年7月11日 申請日期2000年1月4日 優(yōu)先權日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 申請人:中國科學院等離子體物理研究所