一种超宽谱脉冲幅值的自校准测量方法

摘要

本发明提出了一种超宽谱脉冲幅值的自校准测量方法，包括超宽谱脉冲源、多个衰减器组合和示波器构成的测量系统，通过接入不同的衰减器组合，在示波器上得到不同的测量值，由此精确计算出各衰减器组合中每个衰减器的衰减量，从而精确计算出超宽谱脉冲源的输出脉冲幅值。本发明解决了衰减器对于不同超宽谱脉冲衰减量不同的问题，有效地克服了衰减器采用频域标定结果所导致的测量误差，可显著提高超宽谱脉冲的测量精度，并能准确标定衰减器的衰减系数，而且使用的衰减器个数越多，测量的精度会越高。

权利要求

1.一种超宽谱脉冲幅值的自校准测量方法，其特征在于：包括以下步骤：【1】在待测量超宽谱脉冲源和示波器之间串联接入A1、A2……An共计n只衰减器，示波器测得电压信号V；所述衰减器数量不少于3只；

【2】去掉步骤1中的衰减器A1，测量得到n-1只串联的衰减器的电压信号V1；

【3】去掉步骤1中的衰减器A2，测量得到n-1只串联的衰减器的电压信号V2；

【4】按照步骤2和步骤3的规律依次测量得到电压信号V3至Vn；

【5】按照公式ki＝V/Vi计算得到每只衰减器的衰减系数，其中ki是第i只衰减器的衰减系数，i取值为1至n；Vi是指去掉第i只衰减器时，测量得到的n-1只串联衰减器时的电压信号；

【6】按照公式U＝k1*k2*……*kn*V,计算得到待测量的脉冲源信号幅值U。

2.根据权利要求1所述的超宽谱脉冲幅值的自校准测量方法，其特征在于：所述衰减器的频带大于3GHz，承受脉冲电压10V～50kV，衰减量3dB～40dB。

3.根据权利要求1或2所述的超宽谱脉冲幅值的自校准测量方法，其特征在于：所述示波器带宽大于3GHz，采样率大于10GS/s。

4.根据权利要求3所述的超宽谱脉冲幅值的自校准测量方法，其特征在于：所述超宽谱脉冲源的脉冲幅值为10V～50kV，脉冲前沿不小于0.3ns，脉冲半高宽度为0.3ns～

10ns。

说明书

一种超宽谱脉冲幅值的自校准测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种超宽谱脉冲幅值的测量方法，尤其是一种基于串联衰减器组实现的超宽谱脉冲幅值的自校准精确测量方法。

背景技术

[0002] 超宽谱电磁脉冲是指脉冲前沿为亚纳秒量级、脉冲宽度为纳秒级的电磁脉冲信号，在通讯、环保、医疗以及军事等领域有着广泛的应用，其中超宽谱脉冲测量是这项技术中的基础。一般采用经过标定后的电容分压器、电阻分压器、衰减器等器件对被测超宽谱脉冲进行测量。测量前，先用矢量网络分析仪标定测量所用衰减器的衰减量，再利用输出脉冲与被测脉冲波形相似而幅度较低的脉冲源和标定后的衰减器对分压器进行标定。

[0003] 但这种超宽谱脉冲测量方法存在的问题是：分压器、衰减器等器件的衰减系数与所测脉冲的波形及频带直接相关，难以按照衰减器等器件的标称值并结合示波器的显示结果得到真实的超宽谱脉冲幅值，操作复杂且容易产生较大的测量误差。

发明内容

[0004] 本发明目的是克服超宽谱脉冲幅值测量中存在的衰减器标称衰减系数值难以直接应用，导致测量误差大等不足，提供一种高精确测量超宽谱脉冲幅值的方法。

[0005] 本发明的具体实现方法为：

[0006] 一种超宽谱脉冲幅值的自校准测量方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

[0007] 【1】在待测量超宽谱脉冲源和示波器之间串联接入A1、A2……An共计n只衰减器，示波器测得电压信号V；所述衰减器数量不少于3只；

[0008] 【2】去掉步骤1中的衰减器A1，测量得到n-1只串联的衰减器的电压信号V1；

[0009] 【3】去掉步骤1中的衰减器A2，测量得到n-1只串联的衰减器的电压信号V2；

[0010] 【4】按照步骤2和步骤3的规律依次测量得到电压信号V3至Vn；

[0011] 【5】按照公式ki＝V/Vi计算得到每只衰减器的衰减系数，其中ki是第i只衰减器的衰减系数，i取值为1至n；

[0012] 【6】按照公式U＝k1*k2*……*kn*V,计算得到待测量的脉冲源信号幅值U。

[0013] 上述衰减器的频带大于3GHz，承受脉冲电压10V～50kV，衰减量3dB～40dB。

[0014] 上述示波器带宽大于3GHz，采样率大于10GS/s。

[0015] 上述超宽谱脉冲源的脉冲幅值为10V～50kV，脉冲前沿不小于0.3ns，脉冲半高宽度为0.3ns～10ns。

[0016] 本发明的超宽谱脉冲幅值的自校准测量方法的优点是：

[0017] 1、本发明将不同衰减器组合接入超宽谱脉冲测量，在示波器上得到不同的测量值，通过计算得到衰减器的衰减量，精确计算出超宽谱脉冲幅值，测量方法简单可靠，只需要示波器经过校准即可，对仪器和设备要求不高。

[0018] 2、本发明超宽谱脉冲幅值测量精度高。本发明采用时域来标定时域，有效地克服了衰减器采用频域标定结果所导致的测量误差，可显著提高超宽谱脉冲的测量精度。

[0019] 3、本发明不需要对测量所用衰减器进行事先标定，而且也不需要考虑衰减器系数与所测脉冲的波形及频带的相关性。

[0020] 4、本发明的测量方法可以推广至其他电磁频谱中，应用范围较广。

附图说明

[0021] 图1为本发明采用三只衰减器组合测量超宽谱脉冲幅值的原理示意图.具体实施方式

[0022] 下面结合附图对本发明的超宽谱脉冲高精度自校准测量方法做进一步描述,图中以三只衰减器组合为例说明超宽谱脉冲幅值的测量方法。

[0023] 第一步，按照附图，在待测量超宽谱脉冲源和示波器之间串联接入A1、A2、A3共计3只衰减器,即将超宽谱脉冲源的输出端连接衰减器A1的输入端，衰减器A1的输出端连接衰减器A2的输入端，衰减器A2的输出端连接衰减器A3的输入端，衰减器A3的输出端连接示波器的输入端，测量得到示波器的电压信号V；

[0024] 第二步，去掉第一步1中的衰减器A1，即将超宽谱脉冲源的输出端连接衰减器A2的输入端，衰减器A2的输出端连接衰减器A3的输入端，衰减器A3的输出端连接示波器的输入端,测量得到A2和A3串联的衰减器的电压信号V1；

[0025] 第三步，去掉第一步1中的衰减器A2，即将超宽谱脉冲源的输出端连接衰减器A1的输入端，衰减器A1的输出端连接衰减器A3的输入端，衰减器A3的输出端连接示波器的输入端,测量得到A1和A3串联的衰减器的电压信号V2；

[0026] 第四步，去掉第一步1中的衰减器A3，即将超宽谱脉冲源的输出端连接衰减器A1的输入端，衰减器A1的输出端连接衰减器A2的输入端，衰减器A2的输出端连接示波器的输入端,测量得到A1和A2串联的衰减器的电压信号V3；

[0027] 第五步，按照下列公式计算得到三个衰减器的衰减系数k1、k2、k3；

[0028]

[0029] 第六步，按照公式U＝k1*k2*……*kn*V,计算得到待测量的脉冲源信号幅值U。

[0030] 本实施例的超宽谱脉冲源输出脉冲峰值电压约为700V、脉冲半高宽度约为1.5ns，所使用衰减器数量为3只，衰减器一的标称衰减量10，衰减器二的标称衰减量10，衰减器三的标称衰减量31.62，示波器为Tektronix公司的TDS7404，工作带宽为5GHz，采样率为20GS/s。

[0031] 当采用现有标定方法时：

[0032] 用矢量网络分析仪Angilent N5244A对衰减器一进行标定，衰减器一在频率100MHz时衰减量为9.87，在频率300MHz时衰减量为9.92，在频率600MHz时衰减量为9.98，在频率900MHz时衰减量为10.05，在频率1200MHz时衰减量为10.16，衰减器一的衰减量取平均值k1′＝10.00。

[0033] 用矢量网络分析仪Angilent N5244A对衰减器二进行标定，衰减器二在频率100MHz时衰减量为9.94，在频率300MHz时衰减量为10.02，在频率600MHz时衰减量为
10.06，在频率900MHz时衰减量为10.12，在频率1200MHz时衰减量为10.19，衰减器二的衰减量取平均值k2′＝10.06。

[0034] 用矢量网络分析仪Angilent N5244A对衰减器三进行标定，衰减器三在频率100MHz时衰减量为31.55，在频率300MHz时衰减量为31.83，在频率600MHz时衰减量为
32.19，在频率900MHz时衰减量为32.44，在频率1200MHz时衰减量为32.67，衰减器三的衰减量取平均值k3′＝32.14。

[0035] 采用矢量网络分析仪标定值测量到脉冲幅值U′＝711V。

[0036] 当采用本发明方法时：

[0037] 接入衰减器一、衰减器二、衰减器三组合时测量值0.22V。接入衰减器一、衰减器二组合时测量值V1＝7.13V。接入衰减器一、衰减器三组合时测量值V2＝2.21V。接入衰减器二、衰减器三组合时测量值V3＝2.19V。计算得衰减器一的衰减量为k1＝9.95，衰减器二的衰减量为k2＝10.05，衰减器三的衰减量为k3＝32.41。测量得超宽谱脉冲的幅值U＝713V。

[0038] 对比两种测量方法得到的结果可知，衰减器一的测量误差为0.5％，衰减器二的测量误差为0.1％，衰减器三的测量误差为0.8％，脉冲幅值测量误差为0.3％。

[0039] 本实施例中的衰减器数量可以推广至更多数量，而且根据误差分配原则，衰减器的数量越多，测量得到的超宽谱脉冲的幅值越准确。