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宽频带声表面波频谱分析系统 宫俊杰，周献文，魏玉兰 (中国科学院声学研究所，北京 100080) WidebandSAWCZT-basedspectrometersystem GONGJunjie,HOUXian-wen,WEIYu-Ian (InstituteofAcoustics,theChineseAcademyofSciences,Beijing,100080,China) 摘要:本文介绍我们研制的用于微波辐射测量设备的宽频带声表面波频谱分析系统，其瞬时分析带宽178MHz, 频率分辨率45KHz、截获概率1008，系统频谱输出方式为模拟/数字。 引 言 基于付里叶变换原理的声表面波频谱分析技术早在70年代就引起人们的广泛关注，随着 声表面波脉冲压缩滤波器设计、制作技术的提高，80年代初出现了一些实用化的声表面波频谱 分析系统，之后开始大量应用于雷达、电子对抗、导弹制导等军事装备中。声学所在国内最早 将这一技术发展应用到毫米波射电望远镜和臭氧层探测系统中，目前已能实现几KHz的频率分 辨率，几百MH:的分析带宽，60dB以上的输人动态范围以及100%的截获周期。 1付氏变换原理与声表面波频谱分析系统 对于输人的时域信号f(t)，其付里叶变换可以表示为: Fw()=J}f(t)e-dt (I) 令W=29r1e4，并利用恒等式2tr=t2+,r2一((t一灼z变换，上式即变成Chirp变换数学模型: F(w)一F(27rpr)一ejMn,亡·[f(t)elI,ei2u(一)2dt (2) 后乘项(M) 前乘项似) 卷积项(C) 由付里叶变换式我们得到了Chirp变换的数学模型，考虑到仅关心信号的功率谱，将后乘 项((M)省略，这样我们采用均为负斜率的SAW-RAC色散延迟线构成图(1)的硬件结构，就可实 现信号的实时功率谱分析，既通过将输人信号与具有负斜率的SAW色散延迟线 (展宽线CHII) 产生的线性调频信号进行相乘，取频率差值后，再与具有负斜率的SAW色散延迟线 (压缩线CH I)进行卷积，结果是输人信号的功率谱出现在这一硬件结构的输出时间轴上，且输人信号的 频率比例于输出谱线的延迟时间，信号的功率比例于输出谱线的幅度。 2 宽频带声表面波频谱分析系统的设计与制作 宽频带、1008截获概率和良好的系统温度特性是本系统的主要特征。在系统设计与制作中， 为实现单通道178MH:的瞬时分析带宽，用于前乘项 ((M)的SAW-RAC线性调频本振进行了串 联倍频、抑制基频干扰、同时减小相位变化导致主副瓣比变差的设计。并实现了线性调本振带 宽356MHz和色散时延44u。两倍于卷积项 ((C)的设计要求。 作者简介:宫俊杰(1959-)，男，现在中科院声学所任副研究员，主要从事微声器件和超声电子学系统研究工作， 曾获国家发明三等奖、中科院科技进步二等奖各一项，发表论文二十篇。 在实现100%截获概率，同时简化系统结构、提高可靠性、有效抑制简化带来的相邻频段交 叉干扰的频谱分析系统方面，设计了时域交替和高速时间切割的SAW谱分析器结构。同时为保 证系统有良好的温度稳定性，SAW谱分析器选择了负斜率M(L)一C(S)结构，既RAC器件 均为负斜率设计。 为提取噪声背景中的弱信号，还在系统终端设计了匹配于声表面波频谱分析系统高速功率 谱样本输出的数据流采集、逐帧同步积分的信道式数字处理器。 综合上述设计，本系统 (原理图略)在1261MHz-1439MHz带宽内输人为CW信号时的脉冲 压缩输出如图 (2)所示。 3 宽频带声表面波频谱分析系统的主要指标和性能。 瞬时带宽 频率分辨率 输人动态范围 主副瓣比 截获概率 输出方式 178MHz 95KHz -30一一90(dB) )12dB 1008 模拟1数字 4 结 论 : 本文介绍了采用我们研制的宽频带高性能的RAC色散延迟线构成的宽频带声表面波功率谱 分析系统。目前