[发明专利]一种基于快速跳频技术的多模微波检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于快速跳频技术的多模微波检测系统及方法，属于微波传感器检测技术领域。所述系统包括扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2、混频电路、具有多个谐振膜的微波传感器、射频检波电路以及相应的控制电路；通过两个基准本振与混频器实现对每个谐振模的工作区间的快速扫频，对无关频段进行跳频处理，解决了多模微波检测技术中的实时性和混叠问题的矛盾；基于该多模微波检测系统，使用检波电路与检波算法实现对单谐振模微波参量的快速提取。实现了在较广的频率区间内对微波器件的快速跳频与扫频并维持了较低的杂散和相位噪声水平，保证了微波检测的实时性与精确度。

技术领域

本发明涉及一种基于快速跳频技术的多模微波检测系统及方法，属于微波传感器检测技术领域。

背景技术

微波检测技术凭借其高检测精度、优秀的实时性以及良好的可靠性，被广泛应用于多种严苛的检测场景中。微波检测的原理是当环境中的待测参量(Device Under Test，DUT)改变时，微波器件的谐振频率、回波损耗和插入损耗等微波参数也会随之发生改变。因此，可以通过测量谐振点频移、谐振模幅度的损耗来表征待测量的变化程度。

传统的微波检测器件往往只有一个用于检测的谐振模，用于表征DUT的微波参数较少。当DUT成分复杂或者测试环境严苛时，单一的微波参量往往不能良好的表征DUT。使用多谐振模微波检测技术可以有效的解决上述问题，通过对微波器件进行结构设计，可以实现多个谐振模在各自的频率区间内独立的工作。

然而，多模微波检测技术中需要保证谐振模之间不会发生混叠现象，因此相邻的谐振模之间需要设置足够的频率间隔，这就要求驱动电路必须在一个更广的频率区间内对微波器件进行扫频激励。但同时考虑到微波检测的实时性，对微波器件的单个扫频周期需要尽可能短，而驱动电路在更广的频率区间内对微波器件进行扫频激励会导致无法满足这一实时性要求。

因此，针对多模微波检测技术需要解决上述实时性和混叠问题的矛盾。

发明内容

为了解决目前多模微波检测技术中存在的问题，本发明提供了一种基于快速跳频技术的多模微波检测系统及方法。

一种基于快速跳频技术的多模微波检测系统，所述系统包括：

扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2、混频电路、具有多个谐振模的微波传感器、射频检波电路以及相应的控制电路；其中，扫频本振基准电路LO1、跳频基准本振电路LO2和射频检波电路分别与控制电路相连；扫频本振基准电路LO1和跳频基准本振电路LO2分别和混频电路相连；

所述混频电路用于实现LO1、LO2输出频率的搬移与合成，即实现LO1的输出频率与LO2的输出频率的频域叠加；所述射频检波电路用于将微波传感器输出的微波信号转换为直流模拟信号，并通过实时的模数转换将微波传感器的输出数据传输至控制电路；所述控制电路用于控制整个系统的射频逻辑与检波逻辑以实现多模微波检测过程对于微波传感器的快速跳频与扫频操作以及传感器的数据采集操作。

可选的，所述扫频本振基准电路LO1采用含有Sigma-Delta调制模块的宽带小数分频锁相环，用于单个谐振模工作区间内的快速扫频；所述跳频基准本振电路LO2采用含有多个压控振荡器的窄带整数分频锁相环，用于实现不同谐振模工作区间之间的快速跳频切换。

可选的，所述含有Sigma-Delta调制模块的宽带小数分频锁相环采用三阶无源结构的宽带环路带宽；所述含有多个压控振荡器的窄带整数分频锁相环采用三阶无源结构的窄带环路带宽。

可选的，所述含有Sigma-Delta调制模块的宽带小数分频锁相环采用四阶二型小数分频锁相环，包括鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP、环路滤波器LF1、压控振荡器VCO1以及小数分频器F_DIV，同时在环路中设置Sigma-Delta调制模块用于抑制小数分频器F_DIV产生的小数杂散。