專利名稱：一種超寬譜脈沖幅值的自校準測量方法
技術領域：
本發明涉及一種超寬譜脈沖幅值的測量方法，尤其是一種基于串聯衰減器組實現的超寬譜脈沖幅值的自校準精確測量方法。
背景技術：
超寬譜電磁脈沖是指脈沖前沿為亞納秒量級、脈沖寬度為納秒級的電磁脈沖信號，在通訊、環保、醫療以及軍事等領域有著廣泛的應用，其中超寬譜脈沖測量是這項技術中的基礎。一般采用經過標定后的電容分壓器、電阻分壓器、衰減器等器件對被測超寬譜脈沖進行測量。測量前，先用矢量網絡分析儀標定測量所用衰減器的衰減量，再利用輸出脈沖與被測脈沖波形相似而幅度較低的脈沖源和標定后的衰減器對分壓器進行標定。但這種超寬譜脈沖測量方法存在的問題是分壓器、衰減器等器件的衰減系數與 所測脈沖的波形及頻帶直接相關，難以按照衰減器等器件的標稱值并結合示波器的顯示結果得到真實的超寬譜脈沖幅值，操作復雜且容易產生較大的測量誤差。

發明內容
本發明目的是克服超寬譜脈沖幅值測量中存在的衰減器標稱衰減系數值難以直接應用，導致測量誤差大等不足，提供一種高精確測量超寬譜脈沖幅值的方法。本發明的具體實現方法為一種超寬譜脈沖幅值的自校準測量方法，其特殊之處在于包括以下步驟I在待測量超寬譜脈沖源和示波器之間串聯接入Al、A2……An共計η只衰減器，示波器測得電壓信號V ;所述衰減器數量不少于3只；2去掉步驟I中的衰減器Al，測量得到η-I只串聯衰減器時的電壓信號Vl；3去掉步驟I中的衰減器Α2，測量得到η-I只串聯衰減器時的電壓信號V2；4按照步驟2和步驟3的規律依次測量得到電壓信號V3至Vn;5按照公式ki= V/Vi計算得到每只衰減器的衰減系數，其中ki是第i只衰減器的衰減系數，i取值為I至η;6按照公式U= kl*k2*……*kn*V，計算得到待測量的脈沖源信號幅值U。上述衰減器的頻帶大于3GHz，承受脈沖電壓IOV 50kV，衰減量3dB 40dB。上述示波器帶寬大于3GHz，采樣率大于10GS/s。上述超寬譜脈沖源的脈沖幅值為IOV 50kV，脈沖前沿不小于O. 3ns，脈沖半高寬度為 O. 3ns 10ns。本發明的超寬譜脈沖幅值的自校準測量方法的優點是I、本發明將不同衰減器組合接入超寬譜脈沖測量，在示波器上得到不同的測量值，通過計算得到衰減器的衰減量，精確計算出超寬譜脈沖幅值，測量方法簡單可靠，只需要示波器經過校準即可，對儀器和設備要求不高。2、本發明超寬譜脈沖幅值測量精度高。本發明采用時域來標定時域，有效地克服了衰減器采用頻域標定結果所導致的測量誤差，可顯著提高超寬譜脈沖的測量精度。3、本發明不需要對測量所用衰減器進行事先標定，而且也不需要考慮衰減器系數與所測脈沖的波形及頻帶的相關性。4、本發明的測量方法可以推廣至其他電磁頻譜中，應用范圍較廣。


圖I為本發明采用三只衰減器組合測量超寬譜脈沖幅值的原理示意圖.
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的超寬譜脈沖高精度自校準測量方法做進一步描述，圖 中以三只衰減器組合為例說明超寬譜脈沖幅值的測量方法。第一步，按照附圖，在待測量超寬譜脈沖源和示波器之間串聯接入Al、A2、A3共計3只衰減器，即將超寬譜脈沖源的輸出端連接衰減器Al的輸入端，衰減器Al的輸出端連接衰減器A2的輸入端，衰減器A2的輸出端連接衰減器A3的輸入端，衰減器A3的輸出端連接示波器的輸入端，測量得到示波器的電壓信號V ;第二步，去掉第一步I中的衰減器Al，即將超寬譜脈沖源的輸出端連接衰減器A2的輸入端，衰減器A2的輸出端連接衰減器A3的輸入端，衰減器A3的輸出端連接示波器的輸入端，測量得到A2和A3串聯衰減器時的電壓信號Vl ；第三步，去掉第一步I中的衰減器A2，即將超寬譜脈沖源的輸出端連接衰減器Al的輸入端，衰減器Al的輸出端連接衰減器A3的輸入端，衰減器A3的輸出端連接示波器的輸入端，測量得到Al和A3串聯衰減器時的電壓信號V2 ；第四步，去掉第一步I中的衰減器A3，即將超寬譜脈沖源的輸出端連接衰減器Al的輸入端，衰減器Al的輸出端連接衰減器A2的輸入端，衰減器A2的輸出端連接示波器的輸入端，測量得到Al和A2串聯衰減器時的電壓信號V3 ；第五步，按照下列公式計算得到三個衰減器的衰減系數kl、k2、k3 ；
r kl=V/Vl■< k2=￥/V2
k3=￥/V3第六步，按照公式U = kl*k2*……*kn*V，計算得到待測量的脈沖源信號幅值U。本實施例的超寬譜脈沖源輸出脈沖峰值電壓約為7 O O V、脈沖半高寬度約為I. 5ns，所使用衰減器數量為3只，衰減器一的標稱衰減量10，衰減器二的標稱衰減量10，衰減器三的標稱衰減量31. 62，示波器為Tektronix公司的TDS7404，工作帶寬為5GHz，采樣率為 20GS/s。當采用現有標定方法時用矢量網絡分析儀Angilent N5244A對衰減器一進行標定，衰減器一在頻率IOOMHz時衰減量為9. 87，在頻率300MHz時衰減量為9. 92，在頻率600MHz時衰減量為9. 98，在頻率900MHz時衰減量為10. 05，在頻率1200MHz時衰減量為10. 16，衰減器一的衰減量取平均值 kl' =10.00。用矢量網絡分析儀Angilent N5244A對衰減器二進行標定，衰減器二在頻率IOOMHz時衰減量為9. 94，在頻率300MHz時衰減量為10. 02，在頻率600MHz時衰減量為10. 06，在頻率900MHz時衰減量為10. 12，在頻率1200MHz時衰減量為10. 19，衰減器二的衰減量取平均值k2' =10.06。用矢量網絡分析儀Angilent N5244A對衰減器三進行標定，衰減器三在頻率IOOMHz時衰減量為31. 55，在頻率300MHz時衰減量為31. 83，在頻率600MHz時衰減量為32. 19，在頻率900MHz時衰減量為32. 44，在頻率1200MHz時衰減量為32. 67，衰減器三的衰減量取平均值k3' =32.14。采用矢量網絡分析儀標定值測量到脈沖幅值U' =711V。當采用本發明方法時
接入衰減器一、衰減器二、衰減器三組合時測量值O. 22V。接入衰減器一、衰減器二組合時測量值Vl = 7. 13V。接入衰減器一、衰減器三組合時測量值V2 = 2. 21V。接入衰減器二、衰減器三組合時測量值V3 = 2. 19V。計算得衰減器一的衰減量為kl = 9. 95，衰減器二的衰減量為k2 = 10. 05，衰減器三的衰減量為k3 = 32. 41。測量得超寬譜脈沖的幅值U=713V。對比兩種測量方法得到的結果可知，衰減器一的測量誤差為O. 5%，衰減器二的測量誤差為O. 1%，衰減器三的測量誤差為O. 8%，脈沖幅值測量誤差為O. 3%。本實施例中的衰減器數量可以推廣至更多數量，而且根據誤差分配原則，衰減器的數量越多，測量得到的超寬譜脈沖的幅值越準確。
權利要求
1.一種超寬譜脈沖幅值的自校準測量方法，其特征在于包括以下步驟 I在待測量超寬譜脈沖源和示波器之間串聯接入Al、A2……An共計η只衰減器，示波器測得電壓信號V ;所述衰減器數量不少于3只； 2去掉步驟I中的衰減器Al，測量得到η-i只串聯衰減器時的電壓信號Vl ； 3去掉步驟I中的衰減器Α2，測量得到η-i只串聯衰減器時的電壓信號V2 ； 4按照步驟2和步驟3的規律依次測量得到電壓信號V3至Vn ; 5按照公式ki = V/Vi計算得到每只衰減器的衰減系數，其中ki是第i只衰減器的衰減系數，i取值為I至η ; 6按照公式U = kl*k2*……*kn*V，計算得到待測量的脈沖源信號幅值U。
2.根據權利要求I所述的超寬譜脈沖幅值的自校準測量方法，其特征在于所述衰減器的頻帶大于3GHz，承受脈沖電壓IOV 50kV，衰減量3dB 40dB。
3.根據權利要求I或2所述的超寬譜脈沖幅值的自校準測量方法，其特征在于所述示波器帶寬大于3GHz，采樣率大于10GS/s。
4.根據權利要求3所述的超寬譜脈沖幅值的自校準測量方法，其特征在于所述超寬譜脈沖源的脈沖幅值為IOV 50kV，脈沖前沿不小于O. 3ns，脈沖半高寬度為O. 3ns IOns0
全文摘要
本發明提出了一種超寬譜脈沖幅值的自校準測量方法，包括超寬譜脈沖源、多個衰減器組合和示波器構成的測量系統，通過接入不同的衰減器組合，在示波器上得到不同的測量值，由此精確計算出各衰減器組合中每個衰減器的衰減量，從而精確計算出超寬譜脈沖源的輸出脈沖幅值。本發明解決了衰減器對于不同超寬譜脈沖衰減量不同的問題，有效地克服了衰減器采用頻域標定結果所導致的測量誤差，可顯著提高超寬譜脈沖的測量精度，并能準確標定衰減器的衰減系數，而且使用的衰減器個數越多，測量的精度會越高。
文檔編號G01R29/08GK102914700SQ20121036646
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者劉鋒, 王希波, 袁雪林, 邵賢忠, 郝文析, 萬可友, 鄭翠薇, 周世友 申請人:西北核技術研究所