本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種微波光纖延遲線電特性的測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
微波光纖延遲線是一種電-光-電轉(zhuǎn)換的微波組件，當(dāng)電信號(hào)尤其是微波電信號(hào)通過微波光纖延遲線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的衰減和相位移動(dòng)，其電特性會(huì)產(chǎn)生惡化，因此，需要對(duì)其進(jìn)行有效的測(cè)量。
目前關(guān)于微波光纖延遲線電特性這樣的傳輸特性測(cè)量，通常采用頻域法的電子測(cè)量方法，主要是由微波信號(hào)源、頻譜分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀構(gòu)成測(cè)量裝置。這些微波儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、體積較大，不適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種微波光纖延遲線電特性的測(cè)量裝置，能夠有效的測(cè)量微波光纖延遲線的幅頻和相頻的電特性參數(shù)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種微波光纖延遲線電特性的測(cè)量裝置，包括：微波信號(hào)源、待測(cè)微波光纖延遲線、參考微波傳輸線、微波信號(hào)處理電路和數(shù)據(jù)采集與處理及顯示器模塊；微波信號(hào)源在數(shù)據(jù)采集與處理及顯示器模塊的控制下，在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)輸出正弦波掃描信號(hào)，該信號(hào)分兩路輸出，一路輸入到參考微波傳輸線，另一路輸入到待測(cè)微波光纖延遲線；兩者的輸出微波信號(hào)輸入到微波信號(hào)處理電路，經(jīng)過微波信號(hào)處理電路和數(shù)據(jù)采集與處理及顯示器模塊的模擬與數(shù)字化處理，得到微波光纖延遲線的幅頻、相頻的電特性參數(shù)值，進(jìn)而計(jì)算出其延時(shí)特征參數(shù)值，最后由顯示器顯示其參數(shù)值和相關(guān)特性曲線。
優(yōu)選的，微波信號(hào)源由鎖相環(huán)頻率合成器集成電路和單片機(jī)構(gòu)成，產(chǎn)生頻率范圍為150MHz到2.7GHz的正弦波信號(hào)；外部控制信號(hào)按照RS232串口通信協(xié)議，將微波信號(hào)源輸出的正弦波信號(hào)的幅度和頻率設(shè)置參數(shù)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)控制微波信號(hào)源的輸出。
優(yōu)選的，微波信號(hào)處理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的方法包括如下步驟：
(1)微波光纖延遲線組件的傳輸特性可表示為下式：G(jω)＝Ke-jφ(jω)，其中φ(jω)表示光纖延遲線的延遲量，K為組件的總增益；
(2)微波信號(hào)處理電路將兩路微波信號(hào)的增益比、相位差通過直流電壓形式轉(zhuǎn)化出來，增益與電壓的關(guān)系如下：式中VMAG表示增益端輸出電壓，RFISLP＝60mV，VCP＝900mV；系統(tǒng)增益|G(jω)|表達(dá)式為：算出增益G(jω)與輸出電壓VMAG的關(guān)系為：相位與電壓的關(guān)系如下：VPHS＝-RFIφ(|φINA-φINB|-90°)+VCP，VPHS表示相位端輸出電壓，RFIφ＝10mV/degree，VCP＝900mV；由于本裝置默認(rèn)輸出相位滯后于輸入，相位差可表示為：φ(jω)＝φINA-φINB；算出相位差φ(jω)與VPHS的關(guān)系如下：
(3)通過對(duì)比輸出電壓與相位的關(guān)系，選取相鄰兩測(cè)量點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的VPHS分別為Vi-1、Vi，則：ΔV＝Vi-1-Vi，當(dāng)ΔV<0時(shí)，當(dāng)ΔV>0時(shí)，通過由群時(shí)延的表達(dá)式可知，群時(shí)延τg等于相頻特性φ(jω)的一階微分，即：可得式中的Vi必須是在同一周期內(nèi)的點(diǎn)，在不同周期由于取值的原因會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)可導(dǎo)。
優(yōu)選的，數(shù)據(jù)采集與處理及顯示器模塊包括一個(gè)雙通道的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)基于FPGA的數(shù)據(jù)處理器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將反映幅值比和相位差的電壓輸出進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)處理器對(duì)采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)微波信號(hào)源進(jìn)行控制輸出，對(duì)顯示器的接口進(jìn)行控制，對(duì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示輸出。
本發(fā)明的有益效果為：可以測(cè)量微波光纖延遲線的幅頻和相頻的電特性參數(shù)，計(jì)算其延遲參數(shù)；結(jié)構(gòu)簡單，成本低，體積小，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量；功能電路都為模塊化設(shè)計(jì)，具有良好的可擴(kuò)展和靈活性，對(duì)于具有同樣電特性參數(shù)的測(cè)量都可以適用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種微波光纖延遲線電特性的測(cè)量裝置，包括：微波信號(hào)源、待測(cè)微波光纖延遲線、參考微波傳輸線、微波信號(hào)處理電路和數(shù)據(jù)采集與處理及顯示器模塊；微波信號(hào)源在數(shù)據(jù)采集與處理及顯示器模塊的控制下，在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)輸出正弦波掃描信號(hào)，該信號(hào)分兩路輸出，一路輸入到參考微波傳輸線，另一路輸入到待測(cè)微波光纖延遲線；兩者的輸出微波信號(hào)輸入到微波信號(hào)處理電路，經(jīng)過微波信號(hào)處理電路和數(shù)據(jù)采集與處理及顯示器模塊的模擬與數(shù)字化處理，得到微波光纖延遲線的幅頻、相頻的電特性參數(shù)值，進(jìn)而計(jì)算出其延時(shí)特征參數(shù)值，最后由顯示器顯示其參數(shù)值和相關(guān)特性曲線。
參考微波傳輸線微波電特性參數(shù)是已知且穩(wěn)定的，作為該測(cè)量裝置中與被測(cè)微波光纖延遲線進(jìn)行對(duì)比測(cè)量使用。
微波信號(hào)源由鎖相環(huán)頻率合成器集成電路和單片機(jī)構(gòu)成，產(chǎn)生頻率范圍為150MHz到2.7GHz的正弦波信號(hào)；外部控制信號(hào)按照RS232串口通信協(xié)議，將微波信號(hào)源輸出的正弦波信號(hào)的幅度和頻率設(shè)置參數(shù)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)控制微波信號(hào)源的輸出。
微波信號(hào)處理電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的方法包括如下步驟：
(1)微波光纖延遲線組件的傳輸特性可表示為下式：G(jω)＝Ke-jφ(jω)，其中φ(jω)表示光纖延遲線的延遲量，K為組件的總增益；
(2)微波信號(hào)處理電路將兩路微波信號(hào)的增益比、相位差通過直流電壓形式轉(zhuǎn)化出來，增益與電壓的關(guān)系如下：式中VMAG表示增益端輸出電壓，RFISLP＝60mV，VCP＝900mV；系統(tǒng)增益|G(jω)|表達(dá)式為：算出增益G(jω)與輸出電壓VMAG的關(guān)系為：相位與電壓的關(guān)系如下：VPHS＝-RFIφ(|φINA-φINB|-90°)+VCP，VPHS表示相位端輸出電壓，RFIφ＝10mV/degree，VCP＝900mV；由于本裝置默認(rèn)輸出相位滯后于輸入，相位差可表示為：φ(jω)＝φINA-φINB；算出相位差φ(jω)與VPHS的關(guān)系如下：
(3)通過對(duì)比輸出電壓與相位的關(guān)系，選取相鄰兩測(cè)量點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的VPHS分別為Vi-1、Vi，則：ΔV＝Vi-1-Vi，當(dāng)ΔV<0時(shí)，當(dāng)ΔV>0時(shí)，通過由群時(shí)延的表達(dá)式可知，群時(shí)延τg等于相頻特性φ(jω)的一階微分，即：可得式中的Vi必須是在同一周期內(nèi)的點(diǎn)，在不同周期由于取值的原因會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)可導(dǎo)。
數(shù)據(jù)采集與處理及顯示器模塊包括一個(gè)雙通道的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個(gè)基于FPGA的數(shù)據(jù)處理器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將反映幅值比和相位差的電壓輸出進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)處理器對(duì)采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)微波信號(hào)源進(jìn)行控制輸出，對(duì)顯示器的接口進(jìn)行控制，對(duì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示輸出。
本發(fā)明采用頻域法測(cè)量法對(duì)微波光纖延遲線的電特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，通過將被測(cè)組件與參考微波傳輸線的電特性的比較變化測(cè)得的。微波信號(hào)源在數(shù)據(jù)采集與處理模塊及顯示器模塊的控制下，產(chǎn)生頻率在150MHz～2.7GHz，幅度在-13dBm到0dBm的范圍內(nèi)可調(diào)的正弦波信號(hào)，同時(shí)分別接入被測(cè)微波光纖延遲線組件與參考微波傳輸線。測(cè)微波光纖延遲線組件與參考微波傳輸線的輸出的微波信號(hào)分別輸入到微波信號(hào)處理電路的集成電路(AD8302)的輸入端A和輸入端B，經(jīng)微波信號(hào)處理電路處理后，得到二個(gè)輸入的微波信號(hào)的幅度比和相位差的測(cè)量參數(shù)，并通過直流電壓形式轉(zhuǎn)化輸出。
數(shù)據(jù)采集與處理模塊及顯示器模塊將完成多項(xiàng)處理工作。(1)數(shù)據(jù)采集與處理模塊及顯示器模塊的2通道12位AD轉(zhuǎn)換器，將微波信號(hào)處理電路輸出的電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)送該模塊內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件(FPGA)進(jìn)行計(jì)算處理；(2)模塊內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件(FPGA)將根據(jù)增益比的斜坡電壓關(guān)系和相位差斜坡電壓關(guān)系進(jìn)行增益比和相位差的計(jì)算處理，得到被測(cè)微波光纖延遲線的幅頻和相頻特性參數(shù)，同時(shí)，還據(jù)此結(jié)果計(jì)算出他的延時(shí)參數(shù)；(3)模塊內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列器件(FPGA)將計(jì)算得到的結(jié)果以參數(shù)值和曲線顯示在彩色圖形點(diǎn)陣液晶顯示器上。
本發(fā)明的一種由集成化的電子元器件和微處理器構(gòu)成的測(cè)量裝置，在滿足使條件下可以對(duì)微波光纖延遲線的幅頻、相頻的電特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量與顯示，這種裝置相比于傳統(tǒng)的測(cè)量方法，具有結(jié)構(gòu)簡單、集成化高、成本低、體積小、便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。在該裝置中，采用集成電路、微處理器等電子元器件，實(shí)現(xiàn)了微波光纖延時(shí)線的幅頻、相頻的電特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量與顯示。
盡管本發(fā)明就優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。