步进电机控制的微波频率自动测量电路设计

5.信号源输出频率测量实验结果及分析

为了在上位机的LabVIEW界面得到所测量的微波信号频率，需在界面中显示出检波电流--频率曲线，从而可明显读出检波电流的“吸收波谷点”.需通过定标法先手工测量频率--距离(当前测量点与起始点的距离，可由套筒刻度算出)的一组尽可能多的数据点，然后利用步进电机每走一步的距离，就可以把距离转化为步数，再用matlab拟合出频率--步数的关系函数。从而可知道步进电机走到哪一步对应哪一个频率。电机走完全程需要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，并把采集到的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测量范围的影响，本系统只能在8.48GHz和9.9GHz范围内测量。因此从套筒的起始位置9.9mm(对应于频率8 . 4 8 G H z )，截止位置0 . 6 3 m m (对应于频率9.9GHz)，其全长为9.9mm-0.63mm=9.27mm.由于电机带动套筒每步的距离非常小，因此不能直接测量步进电机一步的距离，利用步进电机没有累计误差的特点，采用步进电机走动180步，测出套筒刻度前后位置差，得出步进电机带动套筒每一步移动平均距离为0.005mm.手工测出频率与刻度的42组数据点，利用MATLAB拟合出图5-1所示曲线。用MATLAB拟合出频率f 与刻度L 线性关系函数为f = ?0.1456* L + 9.9917(0.63mm ≤ L ≤ 9.9mm)。由于电机每步带动套筒移动0.005mm,起始位置在0.63mm,即步进电机走一步后，套筒的位置在0.63mm+0.005mm=0.635mm,而步进电机走完全程需要1854步，套筒的截止位置在0.63+0.005*1854=9.9mm.则刻度L 与步数n 的关系函数为L = 0.005n + 0.63(0 ≤ n ≤1854)。

可推导出频率f 与步数n的函数关系式为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，并把采集到的1854个电流值作为纵坐标，利用PC机在LabVIEW描绘的波形图如图5-2所示。

再由LabVIEW自动计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.

与手工测量做对比。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,所以自动测量与手动测量的相对误差为：

本系统设定步进电机走完全程需要82.4秒，不能设得走太快的原因是防止步进电机“丢步”(漏掉了脉冲没有运动到指定的位置)。另外太快很可能检测不到检波电流的“波谷点”.而手工测量一次信号源的输出频率，通常要两分多钟，可见本系统自动测量的实用性。