脉冲式指数衰减正弦信号发生器及其信号发生方法

摘要

本发明提供一种脉冲式指数衰减正弦信号发生器，包括：一脉冲电流源；一金属腔壳体，其包括围成圆柱形腔体的套筒、设置在该套筒一端的底座以及自该底座一端面的中心向套筒的另一端轴向延伸的圆柱形凸台；一同轴导线，其一端连接至所述脉冲电流源，另一端沿所述套筒的中心轴依次穿过所述底座和凸台延伸至所述凸台的远离所述底座的一端面；一金属活塞，其自所述套筒的另一端轴向延伸进入所述腔体；以及一同轴探针，其径向穿过所述套筒进入所述腔体，并与所述凸台的位置对应。本发明的信号发生器能够输出信号幅度、频率、衰减时间可调的脉冲式指数衰减正弦信号，极大地方便了不同腔式BPM信号处理器的研发，而且其结构简单、操作方便、成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及信号发生器领域，尤其涉及一种脉冲式指数衰减正弦信号发生器及其信号发生方法。

背景技术

在某些特殊领域，如在测试腔式束流位置检测器(CBPM)的信号处理器性能时，需要脉冲式指数衰减的高频正弦(数GHz以上)信号，以模拟束团经过CBPM之后的输出信号，用于CBPM信号处理器的开发测试与性能评估。腔式BPM的输出信号的波形图如图1所示，其表达式如下：

在式(1)中，A是信号幅度，是信号相位，τ是信号衰减时间，f是信号频率。

在腔式BPM信号处理器的开发与测试过程中，需要有能够产生式(1)所示信号的信号发生器，以仿真束流信号进行处理器开发和性能评估。不同腔式BPM输出的信号，其幅度、频率、衰减时间各不相同，如果具备各参数可调的信号发生器将极大地方便不同腔式BPM信号处理器的研发。目前市场上常用的信号发生器可产生诸如方波、正弦波、三角波等连续信号，而能够产生此类脉冲式的高频指数衰减正弦信号的设备价格达到十几万美元，非常昂贵，限制了其使用范围。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种脉冲式指数衰减正弦信号发生器，以输出信号幅度、频率、衰减时间可调的指数衰减正弦信号。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种脉冲式指数衰减正弦信号发生器，包括：

一脉冲电流源；

一金属腔壳体，其包括围成圆柱形腔体的套筒、设置在该套筒一端的底座以及自该底座一端面的中心向套筒的另一端轴向延伸的圆柱形凸台；

一同轴导线，其一端连接至所述脉冲电流源，另一端沿所述套筒的中心轴依次穿过所述底座和凸台延伸至所述凸台的远离所述底座的一端面；

一金属活塞，其自所述套筒的另一端轴向延伸进入所述腔体；以及

一同轴探针，其径向穿过所述套筒进入所述腔体，并与所述凸台的位置对应。

进一步地，所述金属活塞为螺纹推杆，其包括同轴连接的螺纹段和杆段；所述杆段朝向所述腔体延伸，所述螺纹段与所述套筒的内壁螺纹配合。

进一步地，所述底座和所述凸台一体成型。

本发明另一方面提供一种脉冲式指数衰减正弦信号发生方法，该信号发生方法包括如下步骤：

步骤S1，提供根据权利要求1所述的脉冲式指数衰减正弦信号发生器，以通过所述同轴探针输出一脉冲式指数衰减正弦信号；

步骤S2，通过调节所述脉冲电流源输出的脉冲信号的幅度和脉冲宽度，以调节所述脉冲式指数衰减正弦信号的幅度；通过调节所述金属活塞延伸进入所述腔体的深度，以调节所述脉冲式指数衰减正弦信号的衰减时间；以及通过调节所述同轴探针的伸入所述腔体的一端与所述凸台的外缘面之间的径向距离，以调节所述脉冲式指数衰减正弦信号的频率。

综上所述，本发明的信号发生器能够输出信号幅度、频率、衰减时间可调的脉冲式指数衰减正弦信号，极大地方便了不同腔式BPM信号处理器的研发，而且其结构简单、操作方便，相对于现有的昂贵的高频信号发生器，本发明具有明显的价格优势。

附图说明

图1示出了脉冲式指数衰减正弦信号的波形图；

图2示出了本发明的脉冲式指数衰减正弦信号发生器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图2所示，本发明的脉冲式指数衰减正弦信号发生器，包括：一脉冲电流源1、一金属腔壳体2、一同轴导线3、一金属活塞4和一同轴探针5。

下面分别对各个部件进行详细描述：

脉冲电流源1用于输出幅度、脉冲宽度可调的脉冲信号，以便调节同轴探针5输出的信号的幅度A。

金属腔壳体2包括围成圆柱形腔体的套筒21、设置在该套筒21一端的底座22以及自该底座22的中心向套筒的另一端轴向延伸的圆柱形凸台23。在图2中，一通孔24在凸台23和底座22的中心延伸，并且该凸台23优选与底座22一体成型。在本实施例中，套筒21的另一端的内壁上设有一台阶孔211，台阶孔211的孔壁上设有内螺纹。

同轴导线3的一端连接至脉冲电流源1，另一端沿套筒21的中心轴穿过底座22和凸台23中的通孔24延伸至凸台23的端面；

金属活塞4自套筒21的另一端轴向延伸进入腔体，由于套筒21的直径固定，通过调节金属活塞4延伸进入腔体的深度(相当于调节金属活塞4与凸台23之间的轴向距离d)来调节同轴探针5输出的信号的衰减时间τ。在本实施例中，金属活塞4采用包括同轴连接的螺纹段41和杆段42的螺纹推杆实，其中，螺纹段41的直径大于杆段42的直径，杆段42朝向腔体内延伸并且至少部分与套筒21的内表面紧密配合，螺纹段41至少部分与台阶孔211的孔壁上的螺纹配合，当旋转螺纹推杆4时，即可改变其延伸进入腔体的深度。

同轴探针5自套筒21的外表面径向穿过套筒21进入腔体，并且与凸台23的位置对应(即同轴探针5与凸台23径向对齐)。其中，通过调节该探针5延伸进入腔体的深度(相当于调节同轴探针5的伸入腔体的一端与凸台23的外缘面之间的径向距离g)，即可调节同轴探针5输出的信号的频率f。

下面对本发明的原理进行详细说明：

当脉冲电流源1输出的脉冲信号通过同轴导线3流过腔体的中心时，金属腔壳体2将吸收能量并产生电磁振荡，从而在腔体中激励起与金属腔壳体2本身固有特征频率一致的共模TM₀₁₀信号，通过同轴探针5将该信号引出，即产生脉冲式指数衰减正弦信号，其表达式如前述式(1)所示。

其中，信号的衰减时间τ由金属腔壳体2的品质因数Q决定，Q越大衰减时间越长，而Q值与同轴探针5的伸入腔体的一端与凸台23的外缘面之间的径向距离g的平方根成正比关系，即信号的频率f与金属腔壳体2的有效长度有关，而该有效长度随着金属活塞4的朝向腔体的端面与凸台23的朝向腔体的端面之间的轴向距离d变化，因而信号的频率f与轴向距离d成正比关系，即f∝d。信号的幅度A与通过金属腔壳体2的信号功率p成正比，即A∝p，因而通过调节脉冲电流源1输出的脉冲信号的幅度和脉冲宽度，即可高节信号幅度A。

结合上述原理，本发明提供一种脉冲式指数衰减正弦信号发生方法，包括如下步骤：

步骤S1，提供前述的脉冲式指数衰减正弦信号发生器，以通过同轴探针5输出一脉冲式指数衰减正弦信号；

步骤S2，通过调节脉冲电流源1提供的脉冲信号的幅度和脉冲宽度，以调节同轴探针5输出的信号的幅度A；通过调节金属活塞4延伸进入腔体的深度，以调节同轴探针5输出的信号的衰减时间τ；以及通过调节同轴探针5与凸台23之间的径向距离，以调节同轴探针5输出的信号的频率f。

经过上述步骤，使得本发明的信号发生器能够输出信号幅度、频率、衰减时间可调的脉冲式指数衰减正弦信号，极大地方便了不同腔式BPM信号处理器的研发。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。