一种参数连续可调的微波效应试验系统及方法与流程

1.本发明属于高功率微波效应领域，更具体地，涉及一种参数连续可调的微波效应试验系统及方法。


背景技术：

2.高功率微波一般指功率大于100兆瓦的微波，由于微波功率高，电子设备受到辐射后可能会出现不同程度的损伤。高功率微波对电子设备的损伤特征，使其作为软杀伤武器而迅速发展。高功率微波效应试验通过研究微波参数对电子设备的杀伤效率进而指导高功率微波源的发展方向，其中微波参数包括：频率、功率、脉宽、重频以及脉冲个数。
3.目前高功率微波效应试验主要有两种方法，第一种是利用高功率微波源直接辐照效应物，研究该微波源对效应物的杀伤机理，简称高功率微波辐照效应试验；第二种是通过将高功率信号直接注入效应物内部，研究效应物的杀伤机理，简称高功率微波注入效应试验。第一种方法得到的结果最直观，能够直接验证该高功率微波源对此效应物的杀伤能力，但由于高功率微波源频率、脉宽等参数难以调节，导致试验结果普适性差，难以将试验结果推广到其他类型的微波源应用场景。第二种方法针对器件级效应物，可开展多种目标的高功率微波效应试验，能够研究微波对电子设备的杀伤机理，但针对性差，效应现象不直观。前两种试验方法都存在一定的缺陷，设计一种普适性强，效应现象直观的高功率微波效应试验系统及方法势在必行。
4.目前广泛使用的效应物有两大类，一类是系统级效应物，另一类是器件级效应物。采用系统级效应物能够直接获得该效应物的杀伤阈值，针对性强，但普适性差，效应物消耗成本高。器件级效应物普适性强，但针对性差。


技术实现要素：

5.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种参数连续可调的微波效应试验系统及方法，旨在解决现有的高功率微波源频率和脉宽等参数难以调节，导致微波效应试验结果的普适性差的问题。
6.为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种参数连续可调的微波辐照效应试验系统，包括微波产生模块和微波监测模块；微波产生模块包括顺次连接的信号源、固态功率放大器、滤波器和微波天线；信号源具备对输出脉冲信号频率、脉宽、重频以及脉冲个数连续可调的功能；固态功率放大器由于具备较大的带宽，能够输出不同频率的信号，结合信号源能够实现多种参数的大功率脉冲信号的输出；滤波器用于对功率放大的微波信号消除底噪；微波天线用于将消除底噪的微波信号发送；在试验时，所述微波产生模块通过微波天线与作为试验对象的效应物模块进行信息交互；效应物模块用于通过接收天线将参照信息与消除底噪后的微波信号结合形成复合信号，再通过是否能解调出参照信息，显示通信情况；效应物模块适用于所有具备射频模块
的系统，主要包括通信系统、导航系统和微波探测系统等。
7.微波监测模块用于通过接收复合信号，监测复合信号中的微波信号；当效应物模块的通信中断时，根据复合信号中微波信号的信号峰值电压，获取微波杀伤阈值。
8.进一步优选地，信号源产生数十纳秒级短脉冲信号；固态功率放大器的功率大于200瓦；微波天线功率容量达百瓦级。
9.进一步优选地，效应物模块包括信息源、调制器、发送天线、接收天线、低噪声放大器、解调器和显示终端；信息源的输出端连接调制器的输入端；调制器的输出端连接发送天线；发送天线与接收天线间存在信息交互；低噪声放大器的输入端连接微波监测模块，其输出端连接解调器的输入端；调制器的输出端连接显示终端；信息源用于提供参照信息；调制器用于对参照信息进行调制；接收天线用于将调制后的参照信息发送；接收天线用于同时接收参照信息和消除底噪后的微波信号形成复合信号；低噪声放大器用于放大复合信号；解调器用于在放大的复合信号中解调参照信息；显示终端用于对解调出的参照信息进行显示。
10.进一步优选地，微波监测模块包括耦合器、限幅器、衰减器和示波器；耦合器的输入端连接所述接收天线，其第一输出端连接低噪声放大器，其第二输出端连接限幅器；限幅器的输出端连接衰减器的输入端，衰减器的输出端连接示波器；耦合器用于将接收天线中的复合信号分为两路信号，一路信号输入至限幅器，另一路信号输入至低噪声放大器；限幅器和衰减器用于保护示波器；示波器用于监测复合信号中的微波信号，当效应物模块的通信中断时，根据复合信号中微波信号的信号峰值电压，获取微波杀伤阈值。
11.另一方面，本发明提供了一种参数连续可调的微波效应注入试验系统，包括微波产生模块和微波监测模块；微波产生模块的输出端连接微波监测模块的输入端；微波产生模块包括顺次连接的信号源、固态功率放大器和滤波器；滤波器的输出端连接微波监测模块；信号源具备对输出脉冲信号频率、脉宽、重频以及脉冲个数连续可调的功能；固态功率放大器由于具备较大的带宽，能够输出不同频率的信号，结合信号源能够实现多种参数的大功率脉冲信号的输出；滤波器用于对功率放大的微波信号消除底噪；在试验时，作为试验对象的效应物模块与微波监测模块相连接；效应物模块将消除底噪后的微波信号和参照信息结合形成复合信号，再通过是否能解调出参照信息，显示通信情况；微波监测模块用于接收并监测消除底噪后的微波信号，当效应物模块的通信中断时，根据消除底噪后的微波信号的信号峰值电压，获取微波杀伤阈值；效应物模块用于将消除底噪后的微波信号和参照信息结合形成复合信号，再通过是否能解调出参照信息，显示通信情况；效应物模块适用于所有具备射频模块的系统，主要包括通信系统、导航系统和微波探测系统等。
12.进一步优选地，信号源产生数十纳秒级短脉冲信号；固态功率放大器的功率大于100瓦。
13.进一步优选地，微波监测模块包括顺次连接的耦合器、限幅器、衰减器和示波器；
耦合器的输入端连接滤波器，用于接收消除底噪后的微波信号；限幅器和衰减器用于保护示波器；示波器用于监测消除底噪后的微波信号，当效应物模块的通信中断时，根据消除底噪后的微波信号的信号峰值电压，获取微波杀伤阈值。
14.进一步优选地，效应物模块包括顺次连接的信息源、调制器、低噪声放大器、解调器和显示终端；低噪声放大器的输入端连接耦合器；信息源用于提供参照信息；调制器用于对参照信息进行调制；低噪声放大器用于同时接收参照信息和消除底噪后的微波信号，形成复合信号并放大；解调器用于在放大的复合信号中解调参照信息；显示终端用于对解调出的参照信息进行显示。
15.基于上述两种参数连续可调的微波效应试验系统，本发明提供了一种参数连续可调的微波效应试验方法，包括以下步骤：（1）对微波信号的参数采用控制变量法变化一个参数且固定其他参数进行设置；（2）对固态功率放大器的发射功率进行设置；（3）开启固态功率放大器触发信号源发射微波信号；（4）将微波信号与参考信息合并为复合信号；（5）通过对复合信号解调观察效应物模块现象，若未从复合信号中解调出参考信号，则判定效应物模块通信中断，通过微波信号的峰值电压，计算微波杀伤阈值，转至步骤（1），直至完成所有微波参数的设置；否则，判定效应物模块通信正常，则按照预设步长增大固态功率放大器的发射功率，转至步骤（3）。
16.进一步优选地，微波信号的参数包括微波频率、脉宽、重频和脉冲数目。
17.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明提供的微波产生模块包括顺次连接的信号源、固态功率放大器和滤波器；由于固态功率放大器可以兼容多种参数不同的微波信号，因此，固态功率放大器结合信号源能够实现频率、功率、脉宽、重复频率和脉冲数目等微波参数大范围连续可调。基于固态功率放大器的高功率微波效应系统能够满足多种应用场景的效应试验，操作灵活，试验结果更加稳定可靠。
18.本发明中的固态功率放大器在通信领域发展比较成熟，作为货架产品具备价格实惠、性能稳定等优点，因此，采用固态功率放大器进行微波效应试验的成本较低。
19.本发明采用的效应物模块包括信息源、调制器、低噪声放大器和解调器，相比于系统级效应物和器件级效应物，本发明提供的效应物模块能够在普适性和针对性之间取得折衷，并且相对于系统级效应物更容易发掘损伤机理，在高功率微波辐照试验中，通过更换效应物模块中的受损器件可以降低效应物模块的消耗成本，在高功率微波注入试验中能够得到直观的效应现象。
附图说明
20.图1是本发明实施例提供的一种参数连续可调的高功率微波辐照效应试验系统组成图；图2是本发明实施例提供的一种参数连续可调的高功率微波注入效应试验系统组
成图；图3是本发明实施例提供的方法流程图。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.实施例一、高功率微波辐照效应试验系统及方法如图1所示，本发明提供了一种参数连续可调的高功率微波辐照效应试验系统，包括微波产生模块和微波监测模块；采用基于固态功率放大器的微波产生模块和模块化的效应物模块，用于微波参数的大范围连续可调；利用实时的微波监测模块能够准确获得效应物前端的功率，得到准确的杀伤阈值；高功率微波辐照效应试验方法的实现过程如下：第一步，搭建微波产生模块；如图1所示，微波产生模块包括顺次连接的信号源、固态功率放大器、滤波器和天线；信号源需要具备产生数十纳秒级短脉冲能力；固态功率放大器需大于200瓦；天线功率容量需要达到百瓦级；为了防止固态功率放大器反射功率损伤信号源，需在信号源和功率放大器之间连接环形器；第二步，搭建效应物模块；如图1所示，效应物模块包括信息源、调制器、发送天线、接收天线、低噪声放大器、解调器和显示终端；效应物模块为通信系统，也可以为其他类型的效应物模块；在效应物模块中，信息源发送信息经过调制器后通过发送天线辐射出去，接收天线接收到信号后经过低噪声放大器将信号放大，再通过解调器解调，最终由显示终端显示出来；为了防止高功率微波信号从发送天线耦合进入效应物模块，可在调制器和发送天线之间连接限幅器和衰减器；第三步，搭建微波监测模块；如图1所示，微波监测模块包括耦合器、限幅器、衰减器和示波器；耦合器分出一路小信号给示波器，用以实时监测高功率微波信号，为了保护示波器，需要在耦合器和示波器之间加限幅器和衰减器；第四步，组织试验；试验需在微波暗室或者具备微波防护的试验室内进行；试验步骤如图3所示，具体包括如下步骤：步骤1：设置微波参数；在信号源上对微波信号的参数进行设置，参数包括微波频率、脉宽、重频和脉冲数目；参数设置的方法为：采用控制变量法固定多个参数值，变化一个参数，获得该参数下的试验规律；步骤2：调节微波产生模块发射功率；
在试验初期功率设置较小，避免直接超出效应物阈值；若需要得到精确的试验结果，可采用较小的步进调节功率；以上操作同样在信号源上进行；步骤3：发送微波脉冲，设置完微波参数后，打开固态功率放大器开关，然后触发信号源发射微波；步骤4：观察效应物模块现象，首先调节效应物发射功率，逐渐增大调制器功率使效应物模块恰好工作在正常通信状态；若在步骤3后效应物模块无明显现象则返回步骤2增大微波产生模块的发射功率；若步骤3后效应物模块通信中断，则记录此时示波器上信号峰值电压读数；同一参数下至少进行6次试验；步骤五：计算微波杀伤阈值；通过示波器显示的信号峰值电压m（v）、耦合器耦合度c（db）、衰减器衰减数值a（db）、线路损耗l（db）和限幅器插损t（db），推导效应物前端功率并记录，利用如下公式计算效应物的微波杀伤阈值th（dbw）；th=10
×
lg(m2/100) c a l t表1为微波杀伤阈值计算方法示例；表1表1记录了8次试验的结果，根据表1得到的杀伤阈值结果，去掉一个最大和一个最小值，将其它数值求平均，即可得到平均杀伤阈值tha；如表1所示，去掉th4和th5，其它数值求平均，计算方法如下：tha=10
×
log{[10^(th1/10) 10^(th2/10) 10^(th3/10) 10^(th6/10) 10^(th7/10) 10^(th8/10)]/6}按照公式计算得到结果为：tha=4.18dbw。
[0023]
二、高功率微波注入效应试验系统及方法如图2所示。本发明提供了一种参数连续可调的高功率微波注入效应试验系统，包括微波产生模块和微波检测系统；采用基于固态功率放大器的微波产生模块和模块化的效应物模块，实现微波参数的大范围连续可调，并能够得到直观的效应现象；利用实时的微波监测模块能够准确获得效应物前端的功率，得到准确的杀伤阈值；高功率微波注入效应试验方法过程如下：第一步，搭建微波产生模块；如图2所示，微波产生模块包括信号源、固态功率放大器和滤波器；信号源需要具备产生数十纳秒级短脉冲能力；固态功率放大器需大于200瓦；为了
防止固态功率放大器反射功率损伤信号源，需在信号源和功率放大器之间连接环形器；第二步，搭建效应物模块；如图2所示，效应物模块包括信息源、调制器、低噪声放大器、解调器和显示终端；效应物模块为通信系统，也可以为其他类型的效应物模块；在效应物模块中，信息源发送信息调制后通过电缆传输给低噪声放大器，信号放大后通过解调器解调，最终由显示终端显示出来；为了防止高功率微波信号损伤解调器，可在解调器前连接限幅器和衰减器；第三步，搭建微波监测模块；如图2所示，微波监测模块包括耦合器、限幅器、衰减器和示波器；耦合器分出一路小信号给示波器，用以实时监测高功率微波信号；为了保护示波器，需要在耦合器和示波器之间添加限幅器和衰减器；第四步，组织试验；试验步骤如图3所示，具体包括以下步骤：步骤1：设置微波参数；在信号源上对微波信号的参数进行设置；参数包括：微波频率、脉宽、重频和脉冲数目；参数设置方法为：采用控制变量法固定多个参数值，变化一个参数，获得该参数下的试验规律；步骤2：调节微波产生模块发射功率；在试验初期功率设置较小，避免直接超出效应物阈值；若需要得到精确的试验结果，可采用较小的步进调节功率；以上操作同样在信号源上进行；步骤3：发送微波脉冲，设置完微波参数后，打开固态功率放大器开关，然后触发信号源发射微波；步骤4：观察效应物模块现象，事先调节效应物发射功率，逐渐增大调制器功率使效应物模块恰好工作在正常通信状态；若在步骤3后效应物模块无明显现象则返回步骤2增大微波产生模块的发射功率；若步骤3后效应物模块通信中断，则记录此时示波器上信号峰值电压读数；同一参数下至少进行6次试验；按照高功率微波辐照效应试验中的第五步，可类似得出高功率微波注入试验中效应物的杀伤阈值。
[0024]
本发明所公布的参数连续可调的高功率微波辐照效应试验方法采用基于固态功率放大器的微波产生模块和模块化的效应物模块，实现微波参数大范围连续可调，并且能够实时监测微波信号，效应现象直观，操作方法简单，试验效率高，试验结果精确，可模拟多种微波源针对多种目标效应物开展试验。
[0025]
本发明与现有技术相比，存在以下优势：本发明提供的微波产生模块包括顺次连接的信号源、固态功率放大器和滤波器；由于固态功率放大器可以兼容多种参数不同的微波信号，因此，固态功率放大器结合信号源能够实现频率、功率、脉宽、重复频率和脉冲数目等微波参数大范围连续可调。基于固态功率放大器的高功率微波效应系统能够满足多种应用场景的效应试验，操作灵活，试验结果更加稳定可靠。
[0026]
本发明中的固态功率放大器在通信领域发展比较成熟，作为货架产品具备价格实
惠、性能稳定等优点，因此，采用固态功率放大器进行微波效应试验的成本较低。
[0027]
本发明采用的效应物模块包括信息源、调制器、低噪声放大器和解调器，相比于系统级效应物和器件级效应物，本发明提供的效应物模块能够在普适性和针对性之间取得折衷，并且相对于系统级效应物更容易发掘损伤机理，在高功率微波辐照试验中，通过更换效应物模块中的受损器件可以降低效应物模块的消耗成本，在高功率微波注入试验中能够得到直观的效应现象。
[0028]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。