1.导言
一般微波所指的是分米波、厘米波和毫米波。关于其频率规模，一种说法是：
300MHz ~ 300GHz(1MHz =106Hz,1GHz =109 )相应的自由空间中的波长约为1m~1mm.
微波技能的鼓起和蓬勃发展，使得国内大多数高校都开设微波技能课程。但还存在以下问题：丈量时，由窜逃逐点移动探头并记载各点读数，然后窜逃核算试验成果并绘图。丈量项目单一、精度低、丈量周期长，操作也较为繁琐。本文首要研讨一种有用的依据Labview的速调管微波频率$主动丈量体系。
2.体系全体结构
体系的全体结构如图2-1所示。由下位机跟上位机构成。微处理器经过驱动电路来操控$步进电机，带动谐振式频率计的套筒滚动，处理器采样检波电流，传送到上位机LabVIEW界面显现，并运用PC机强壮的数据处理功用，分分出电流最小值，核算出所测频率。
3.体系硬件规划
3.1 微处理器体系电路的规划
本体系选用的$微处理器是S3C44B0.2.5VARM7TDMI内核，3.0~3.6V的I/O操作电压规模。可经过PLL锁相环倍频高至66MHz;71个通用I/O口;内嵌有8通道10位ADC,本体系选取了通道1作为晶体检波器电流输入通道。
3.2 复位电路
体系没有选用RC电路作为复位电路，而运用了电压监控芯片SP708SE,提高了体系的可靠性。复位电路的RST 端连接到S3C44B0的复位引脚nRESET,我们S3C44B0的复位信号是低电平有用，所以当体系掉电或复位按键SW_RST被按下时，电源监控芯片RST 引脚当即输出复位信号，使S3C44B0芯片复位。
3.3 谐振式频率计主动丈量电路的规划
3.3.1 定标法测频率原理
为了完成频率的主动化丈量，本体系选用步进电机带动频率计的滚动，当腔体转到了谐振方位时分，抵达检波器的微波功率显着下降，检波电流呈现显着的下降，而这个方位对应的频率便是所测频率。步进电机带动下的对错只读式频率计，所以先要用定标的办法，拟合出频率与刻度的对应联系式。定标法：一起合作两种频率计，一种是只读式的，可直接读出频率;另一种对错只读式的，只要刻度，不能直接读出频率。首要手动滚动非只读式频率计到一个谐振的方位，记载这时的刻度，然后再滚动只读式频率计，到别的一个谐振方位，记载对应的频率。重复这种操作，测出尽量多的频率和刻度对应点，依据测得数据再用最小二乘法拟合出两者的对应联系式。终究改换用步进电机带动非只读式频率计滚动，当滚动到检波电流呈现显着的“吸收谷”时，读得这时的刻度，依据拟合出来的刻度与频率联系式，就可得所测频率。
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3.3.2 步进电机及主动操控电路
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。浅显一点讲：当$步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向滚动一个固定的视点。能够经过操控脉冲个数来操控角位移量，然后抵达精确定位的意图;一起可经过操控脉冲频率来操控电机滚动的速度，抵达调速的意图。
本体系选用$二相步进电机，具有如下一些特色：只需将电机与驱动器接线的A+和A-(或许B+和B-)对调即可完成电机的滚动方向;步进角为1.8°的两相四线混合式步进电机，并把细分驱动器的细分数设置为8,电机的工作分辨率为每个脉冲0.225°。为了有用驱动电机，本文选用了依据TA8435H芯片的驱动电路。实践运用电路如下图3-2所示，芯片的输入信号有使能操控、正回转操控和时钟输入。
经过光耦器材TLP521可将驱动芯片跟输入级进行电阻隔，起到逻辑电平阻隔和维护效果。
M1,M2别离接高电平，所认为1/8细分办法。
我们REF IN引脚接高电平，因而VNF为0.8V.
输出级斩波电流为VNF/RNF=0.8/0.8=1A,因而R212、R213要选用功率大一些的电阻。选用不同的二相步进电机时，应依据其电流巨细挑选适宜的R212和R213.R21和C5组成复位电路，D1~D4快康复二极管可用来泄放绕组电流。
电路中用到微处理器S3C44B0引脚PC0,PC1,PC2给驱动电路别离输出使能，正回转，时钟信号，经过操控输出脉冲的间隔能够操控电机滚动的速率，而输出脉冲个数可操控步进电机走动的步数，抵达操控频率计腔体方位意图。电路输出端口A, A, B, B接二相步进电机对应输入端子。
3.3.3 检波电流I/V转化及扩大电路
检波晶体的效果是将微波弱小信号转化成直流信号。故可调查检波电流是否呈现“吸收波谷”来判别腔体是否抵达谐振方位。本体系将检波电流经过处理之后传送到上位机的LabVIEW界面显现，调查是否到谐振方位。
我们微波信号在传输过程中遭到外部搅扰的噪声，线路的噪声，元器材的噪声等等，因而需求滤波电路来滤除这些搅扰信号。我们处理器对信号的并重速率比较低，所以本体系选用了时间常数比较大的由R418和C409构成的低通滤波器。其截止频率为f p =30Hz有利于滤除电路中的尖峰噪声。电路选用两级运放，榜首级为I/V转化，第二级为电压反相扩大。调理$可变衰减器，电机走完全程，调查到检波电流最大值为50.9μ A,因而电路中RF4=1K,R416=1K,RF5=45K,由Vout1=-RF4*I知，经过榜首级I/V转化之后最大电压为50.9mV,再经过扩大，终究输出电压最大为2.291V,分量S3C44B0的A/D转化输入要求。
4.软件规划
4.1 下位机软件
体系开机复位后，进入while(1)死循环，时间检测上位机是否发来丈量频率的指令，当接遭到丈量频率指令后，调用测频率模块子程序。频率丈量子程序中，电机走完全程需求1854步，每一步带动谐振腔走0.005mm,每一步耗时44.44ms,电机每走动一步，把100次检波电流的A/D转化数据求均匀值后再经过串口发送到上位机显现。
4.2 上位机软件规划
在虚拟仪器开发渠道LabVIEW中，能够运用依据VISA的仪器驱动模板中的I/O接口函数来便利快速地开发驱动程序。本体系中经过PC机和主控芯片S3C44BO的RS232串行通讯完成数据并重的驱动程序正是运用这种办法。
如图3-5频率丈量的labview程序图。首要用最大值与最小值函数求出并重到的电流数据的最小值，并求出其对应的索引值，即步进电机在哪一步并重到的电流值，然后把这个索引值反应回频率数组，求出其对应的元素，则为所测频率。
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5.信号源输出频率丈量试验成果及剖析
为了在上位机的LabVIEW界面得到所丈量的微波信号频率，需在界面中显现出检波电流–频率曲线，然后可显着读出检波电流的“吸收波谷点”.需经过定标法先窜逃丈量频率–间隔(当时丈量点与开始点的间隔，可由套筒刻度算出)的一组尽可能多的数据点，然后运用步进电机每走一步的间隔，就能够把间隔转化为步数，再用matlab拟合出频率–步数的联系函数。然后可知道步进电机走到哪一步对应哪一个频率。电机走完全程需求1854步，那么把步数对应的1854个频率值组成一个数组作为曲线的横坐标，并把并重到的1854个电流值作为纵坐标。
限于本信号源频率及谐振式频率计丈量规模的影响，本体系只能在8.48GHz和9.9GHz规模内丈量。因而从套筒的开始方位9.9mm(对应于频率8 . 4 8 G H z )，截止方位0 . 6 3 m m (对应于频率9.9GHz)，其全长为9.9mm-0.63mm=9.27mm.我们电机带动套筒每步的间隔十分小，因而不能直接丈量步进电机一步的间隔，运用步进电机没有累计夺冠的特色，选用步进电机走动180步，测出套筒刻度前后方位差，得出步进电机带动套筒每一步移动均匀间隔为0.005mm.窜逃测出频率与刻度的42组数据点，运用MATLAB拟合出图5-1所示曲线。用MATLAB拟合出频率f 与刻度L 线性联系函数为f = ?0.1456* L + 9.9917(0.63mm ≤ L ≤ 9.9mm)。我们电机每步带动套筒移动0.005mm,开始方位在0.63mm,即步进电机走一步后，套筒的方位在0.63mm+0.005mm=0.635mm,而步进电机走完全程需求1854步，套筒的截止方位在0.63+0.005*1854=9.9mm.则刻度L 与步数n 的联系函数为L = 0.005n + 0.63(0 ≤ n ≤1854)。
可推导出频率f 与步数n的函数联系式为f = ?0.000728n + 9.9(0 ≤ n ≤1854)。把步数对应的1854个频率值组成一个数组作为曲线的横坐标，并把并重到的1854个电流值作为纵坐标，运用PC机在LabVIEW描绘的波形图如图5-2所示。
再由LabVIEW主动核算检波电流最小值对应的频率值，如图5-4所示。可知这时信号源输出频率为9.337GHz.
与窜逃丈量做比照。换上可直接测出频率的谐振式频率计，测得这时的频率为9.357GHz,所以主动丈量与手动丈量的相对夺冠为：
本体系设定步进电机走完全程需求82.4秒，不能设得走太快的原因是避免步进电机“丢步”(漏掉了脉冲没有运动到指定的方位)。别的太快很可能检测不到检波电流的“波谷点”.而窜逃丈量一次信号源的输出频率，一般要两分多钟，可见本体系主动丈量的有用性。
