一种直接检波式辐射计自动测试设备

摘要

本发明公开了一种直接检波式辐射计自动测试设备，包括：程控直流电源（4）、温度传感器（7）。其中显控设备（1），包括：人机交互模块（1-1）、控制模块（1-2）、衰减控制卡（1-4）和数据采集卡（1-3）。噪声源（2）输出噪声，经数控衰减器（6）和三分贝电桥（5）后输出。显控设备（1）通过控制数控衰减器（6）的衰减值，输出不同噪声温度，作为温度灵敏度测量基准。微波信号源（3）输出不同频率和功率的信号。数据采集卡（1-3）完成辐射计输出数据的采集。温度灵敏度、带宽、积分时间的测试流程和数据处理均由显控设备（1）完成。本方法具有噪声源控制简单、对测试环境要求低、测试速度快、设备简单等优点。

主权项

一种直接检波式辐射计自动测试设备，包括：程控直流电源(4)和温度传感器(7)，其特征在于还包括：显控设备(1)、微波信号源(3)、噪声源(2)、数控衰减器(6)和三分贝电桥(5)；所述显控设备(1)，包括：人机交互模块(1‑1)、控制模块(1‑2)、衰减控制卡(1‑4)和数据采集卡(1‑3)；人机交互模块(1‑1)的功能是：提供人机交互界面，便于操作人员使用；控制模块(1‑2)的功能是：完成与人机交互模块(1‑1)、数据采集卡(1‑3)、衰减控制卡(1‑4)、微波信号源(3)、程控直流电源(4)的通讯，实现各部件的协调工作；人机交互模块(1‑1)与控制模块(1‑2)连接，控制模块(1‑2)的数据接口分别与数据采集卡(1‑3)、衰减控制卡(1‑4)连接；控制模块(1‑2)的GPIB接口分别与微波信号源(3)的GPIB接口及程控直流电源(4)的GPIB接口连接；程控直流电源(4)的输出口与待测辐射计的电源输入口连接；衰减控制卡(1‑4)的电源输出口与噪声源(2)的电源输入口连接，衰减控制卡(1‑4)的控制接口与数控衰减器(6)的控制接口连接，噪声源(2)的输出口与数控衰减器(6)的输入口连接，数控衰减器(6)的输出口与三分贝电桥(5)的输入口B连接；温度传感器(7)粘贴于数控衰减器(6)上，微波信号源(3)的输出口与三分贝电桥(5)的输入口A连接，三分贝电桥(5)的输出口与待测辐射计的微波输入口连接；待测辐射计的输出口与数据采集卡(1‑3)的输入口连接；噪声源(2)的等效噪声温度大于：1000K；数控衰减器(6)的衰减范围：大于0‑10dB，最小步进：0.05dB；衰减精度：优于±0.1dB；微波信号源(3)的功率准稳度优于0.3dB，最小输出功率应低于‑80dB；程控直流电源(4)输出有三路以上，其中两路：输出电压可调范围0‑±25V，输出电流0‑1A；一路：输出电压可调范围：0‑+6V，输出电流可调范围0‑5A；数据采集卡(1‑3)的输入信号范围大于0‑5V，数据有效位大于14位，最大采样频率大于100KHz；温度传感器(7)的温度测量精度优于0.5°；该系统完成辐射计以下技术指标的测试：温度灵敏度、辐射计3dB带宽和积分时间；首先，连接待测辐射计；人机交互模块(1‑1)给测试系统发出加电指令；控制模块(1‑2)控制衰减控制卡(1‑4)的电源输出口输出开电，通过GPIB口给程控直流电源(4)设置电压并输出，微波信号源(3)置于射频不输出状态；人机交互模块(1‑1)向控制模块(1‑2)发出启动温度灵敏度测试指令；控制模块(1‑2)接收衰减控制卡(1‑4)采集的温度传感器(7)的温度值T_p，控制模块(1‑2)首先设置等效噪声温度T₁，T₁高于室温10°‑15°，控制模块(1‑2)根据公式(1)计算得到数控衰减器(6)衰减量L₁；控制模块(1‑2)给衰减控制卡(1‑4)发出噪声源(2)及数控衰减器(6)设置指令；数据采集卡(1‑3)采集辐射计输出的电压信号V₁，采集V₁得到的数据序列为V_1i，V_1i 大于等于64点；数据采集卡(1‑3)将V_1i输出给控制模块(1‑2)；控制模块(1‑2)计算得到V_1i的平均值V_1m和标准差σ₁；控制模块(1‑2)设置等效噪声温度T₂，T₂高于T₁40°以上，控制模块(1‑2)根据公式(1)计算得到数控衰减器(6)衰减量L₂；控制模块(1‑2)给衰减控制卡(1‑4)发出噪声源(2)及数控衰减器(6)设置指令，衰减控制口输出衰减控制码L₂；数据采集卡(1‑3)采集辐射计输出的电压信号V₂，采集V₂得到的数据序列为V_2i，V_2i大于等于64点；数据采集卡(1‑3)将V_2i输出给控制模块(1‑2)；控制模块(1‑2)计算得到V_2i的平均值V_2m和标准差σ₂；控制模块(1‑2)根据公式(2)计算得到温度灵敏度T_min，根据公式(3)得到视在温度每变化1K对应输出变化量ΔV_T；T_e：数控衰减器(6)输出的等效噪声温度；T_n：噪声源(2)的等效噪声温度；T_p：数控衰减器(6)的温度；L：数控衰减器(6)衰减值，线性数值；L_c：噪声源(2)与待测辐射计微波接口间微波连接器的固定插损，包括电缆和三分贝电桥(5)的插损；操作人员通过人机交互模块(1‑1)向控制模块(1‑2)发出启动3dB带宽测试指令；控制模块(1‑2)向衰减控制卡(1‑4)发送关断噪声源(2)电源的指令，衰减控制卡(1‑4)接到指令后关闭噪声源(2)的电源；控制模块(1‑2)设置微波信号源(3)输出频率f₁，f₁为辐射计的设计中心频点，输出功率P₁+k*0.1，单位为dBm，其中k＝0；而后控制模块(1‑2)接收数据采集卡(1‑3)测量得到的待测辐射计输出电压均值V_3m，V_3m是采集64个原始数据的均值，判决V_3m，是否>V_2m+50*ΔV_T；如果V_3m<V_2m+50*ΔV_T：则控制模块(1‑2)设置微波信号源(3)输出频率f₁，令k＝k+1， 输出功率为：P₁+k*0.1，单位为dBm，其中k＝1，控制模块(1‑2)接收数据采集卡(1‑3)测量得到的待测辐射计输出电压均值V_3m，V_3m是采集64个原始数据的均值，判决V_3m>V_2m+50*ΔV_T是否满足，如不满足则令k＝k+1，微波信号源(3)输出功率为P₁+k*0.1dBm，数据采集卡(1‑3)采集V3m，控制模块(1‑2)判决V_3m>V_2m+50*ΔV_T是否满足的过程，直到满足V_3m>V_2m+50*ΔV_T，并记录此时的输出功率P₂；如果V_3m>V_2m+50*ΔV_T：则控制模块(1‑2)设置微波信号源(3)输出频率f₁，输出功率减小0.1dBm，控制模块(1‑2)接收数据采集卡(1‑3)测量得到的待测辐射计输出电压均值V_3m，V_3m是采集64个原始数据的均值，判决V_3m<V_2m+50*ΔV_T是否满足，如不满足则减小微波信号源(3)输出功率0.1dB，数据采集卡(1‑3)采集V_3m，控制模块(1‑2)判决V_3m，是否<V_2m+50*ΔV_T的过程，直到V_3m<V_2m+50*ΔV_T，并记录此时的输出功率P₂和V_3m；设置微波信号源(3)功率为P₂‑3dBm，频率f₁，测量输出电压均值V₄；设置微波信号源(3)功率为P₂，单位为dBm，频率f₁‑i*B/100，B为辐射计的设计带宽，i为测量次数，当前值为1；测量输出电压均值Vi；并判断|V_i‑V₄|＜0.1V是否成立，不成立则令i＝i+1，测量输出电压均值Vi,直到|V_i‑V₄|＜0.1V成立或频率小于f₁‑B*2/3，记录此时的频率f₂；设置微波信号源(3)功率为P₂，单位为dBm，频率f₁+i*B/100，其中B为辐射计的设计带宽，i为测量次数，本次取值为1，测量输出电压均值V_i；并判断|V_i‑V₄|＜0.1V是否成立，不成立则令i＝i+1，测量输出电压均值V_i，直到|V_i‑V₄|＜0.1V成立或频率大于f₁+B*2/3，记录此时的频率f₃；则待测辐射计的3dB带宽为：B_m＝f₃‑f₂；操作人员通过人机交互模块(1‑1)向控制模块(1‑2)发出启动辐射计积分时间测试指令；控制模块(1‑2)向衰减控制卡(1‑4)发送关断噪声源(2)电源的指令，衰减控制卡(1‑4)接到指令后关闭输出到噪声源(2)的电源；控制模块(1‑2)设置微波信号源(3)工作状态为连续输模式，数据采集卡(1‑3)采集输出电压的均值V_m，并传递V_m给控制模块(1‑2)；控制模块(1‑2)设置微波信号源(3)工作模式为脉冲调制模式，脉冲宽度2T_s，T_s为辐射计积分时间的设计值，数据采集卡(1‑3)采集待测辐射计输出电压的均值V_i，并回传控制模块(1‑2)；控制模块(1‑2)判断V_m*0.95<V_i<V_m*1.05是否成立；如V_m*0.95<V_i<V_m*1.05成立则控制模块(1‑2)设置微波信号源(3)脉冲宽度为2Ts‑0.05*(i‑1)*T_s，其中i为测量次数；继续上述数据采集卡(1‑3)采集待测辐射计输出电压并回传给控制模块(1‑2)；控制模块(1‑2)判断是否满足V₁*0.95<V_i<V₁*1.05的过程，直到不满足V_m*0.95<V_i<V_m*1.05条件为止，此时记录最后一次满足条件V_m*0.95<V_i<V_m*1.05时设置的微波信号源(3)脉冲宽度，该值即为辐射计的积分时间；如V_m*0.95<V_i<V_m*1.05不成立，则结束测量，输出辐射计积分时间不满足设计要求。