一种毫米波测云雷达系统论文和设计-邓思华

全文摘要

本实用新型公开了一种毫米波测云雷达系统，包括数字信号处理器、频率源、发射机、第一接收机、第二接收机与环形器；所述数字信号处理器通过频率源分别与所述第一接收机、第二接收机、发射机相连；所述发射机与所述环形器输入端相连；所述环形器输出端与所述第一接收机输入端相连；所述第一接收机输出端、第二接收机输出端分别与所述数字信号处理器相连。本实用新型毫米波测云雷达系统为单发双收体制，具有体积小、成本低的特点；单发双收体制对通道隔离度及平衡性要求低，设计及系统调测难度小；降低寄生通道干扰对系统的影响。

主设计要求

1.一种毫米波测云雷达系统，其特征在于，包括数字信号处理器、频率源、发射机、第一接收机、第二接收机与环形器；所述数字信号处理器通过频率源分别与所述第一接收机、第二接收机、发射机相连；所述发射机与所述环形器输入端相连；所述环形器输出端与所述第一接收机输入端相连；所述第一接收机输出端、第二接收机输出端分别与所述数字信号处理器相连。

设计方案

2.根据权利要求1所述一种毫米波测云雷达系统，其特征在于，所述发射机包括脉冲调制电路、功率放大电路、隔离放大电路、隔离发射输出电路、测试输出电路与激励耦合输出电路；所述脉冲调制电路分别与所述功率放大电路和隔离放大电路相连；所述功率放大电路输出端与所述激励耦合输出电路相连；所述隔离放大电路输出端与所述测试输出电路、所述隔离发射输出电路相连。

3.根据权利要求1所述一种毫米波测云雷达系统，其特征在于，所述第一接收机与第二接收机均包括依次相连的隔离器、第一运算放大器、第一带通滤波器、第一混频器、第一低通滤波器、第二运算放大器、第二混频器、第二低通滤波器、第三运算放大器、第二带通滤波器与功率放大器。

4.根据权利要求3所述一种毫米波测云雷达系统，其特征在于，所述第一接收机与第二接收机之间还设置有第一功分器与第二功分器；所述第一功分器输出端与所述第一混频器输入端相连；所述第二功分器与所述第二混频器输入端相连。

5.根据权利要求1所述一种毫米波测云雷达系统，其特征在于，所述接收机与环形器之间、频率源与发射机之间、发射机与环形器之间均设置有耦合器。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于雷达技术领域，尤其涉及一种毫米波测云雷达系统。

背景技术

毫米波雷达与天气雷达(X、C和S波段雷达)相比，毫米波雷达在气象探测上具有以下特性：

(1)具有较强的探测小粒子(如云、雾和沙尘暴)的能力；

(2)多普勒效应明显，具有较好的多普勒速度的分辨力，测速精度较高；

(3)可以在小的天线孔径下得到窄波束，方向性好，有极高的空间分辨力。

然而毫米波雷达比天气雷达工作频率更高，在收发系统设计及生产调测中对技术要求及仪器设备要求更高，导致成本较高。

传统发射机采用双发双收(水平通道和垂直通道同时发送，水平通道和垂直通道同时接收)。发射激励信号经发射机放大后输出，经一分二功分器分为两路发射信号，发射信号经环行器后至天线喇叭口进行发射。

传统发射机缺点：

(1)双通道发射同一个通道发射功率为总功率的一半，探测能力降低，系统体积也会增加；

(2)成本较高；

(3)通道隔离度及平衡性要求高，设计难度大。

传统接收机采用回波信号经天线接收经小信号放大器、滤波器后进行混频滤波，再中频放大滤波后输出中频信号。

传统接收机缺点：

(1)组合频率干扰频率点多，容易产生寄生通道干扰；

(2)为解决寄生通道干扰中镜频干扰需较高中频频率，高中频使其相同Q值的中频滤波器的带宽变大，降低相邻信道的抑制能力，因此较高中频频率降低接收机的选择性。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种毫米波测云雷达系统，包括数字信号处理器、频率源、发射机、第一接收机、第二接收机与环形器；所述数字信号处理器通过频率源分别与所述第一接收机、第二接收机、发射机相连；所述发射机与所述环形器输入端相连；所述环形器输出端与所述第一接收机输入端相连；所述第一接收机输出端、第二接收机输出端分别与所述数字信号处理器相连。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型毫米波测云雷达系统为单发双收体制，具有体积小、成本低的特点；

(2)单发双收体制对通道隔离度及平衡性要求低，设计及系统调测难度小；

(3)降低寄生通道干扰对系统的影响。

附图说明

图1是一种毫米波测云雷达系统的系统图；

图2是发射机的电路图；

图3是第一接收机与第二接收机的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如附图1所示，本实用新型一种毫米波测云雷达系统，包括数字信号处理器、频率源、发射机、第一接收机、第二接收机与环形器；所述数字信号处理器通过频率源分别与所述第一接收机、第二接收机、发射机相连；所述发射机与所述环形器输入端相连；所述环形器输出端与所述第一接收机输入端相连；所述第一接收机输出端、第二接收机输出端分别与所述数字信号处理器相连。

进一步的，所述发射机包括脉冲调制电路、功率放大电路、隔离放大电路、隔离发射输出电路、测试输出电路与激励耦合输出电路；所述脉冲调制电路分别与所述功率放大电路和隔离放大电路相连；所述功率放大电路输出端与所述激励耦合输出电路相连；所述隔离放大电路输出端与所述测试输出电路、所述隔离发射输出电路相连。

进一步的，所述第一接收机与第二接收机均包括依次相连的隔离器、第一运算放大器、第一带通滤波器、第一混频器、第一低通滤波器、第二运算放大器、第二混频器、第二低通滤波器、第三运算放大器、第二带通滤波器与功率放大器。

进一步的，所述第一接收机与第二接收机之间还设置有第一功分器与第二功分器；所述第一功分器输出端与所述第一混频器输入端相连；所述第二功分器与所述第二混频器输入端相连。

进一步的，所述接收机与环形器之间、频率源与发射机之间、发射机与环形器之间均设置有耦合器。

系统设置外置直流电源用于为系统供电。

如附图2所示，发射机具体包脉冲调制器、第一功率放大器、第一隔离器、第二功率放大器、第三功率放大器与第二隔离器；脉冲调制器输出端分别接第一功率放大器、第二功率放大器与第三功率放大器的电源输入端；激励耦合输出电路、测试输出电路、隔离发射输出电路均设置有耦合器；第一功率放大器输出端通过耦合器输出信号；第二功率放大器、第三功率放大器输出端相连并通过耦合器输出信号。脉冲调制器输入端还设置有过压保护电路及时序保护电路。

如附图3所示，两个接收机通道的第一混频器之间与第二混频器之间分别设置有功分器，用于为混频器提供混频信号。

发射机中脉冲调制电路的脉冲调制器在触发脉冲的作用下，控制功率放大器，将频率源送来的射频信号放大，输出大功率的射频脉冲信号。

本实用新型的发射机能够降低回波信号经过功率放大后的强发射信号泄漏对发射机性能指标的影响。

信号发射原理：数字信号处理器输出中频线性调频信号至频率源，频率源将中频线性调频信号进行上倍频，倍频后信号中心频点实现35GHz发射激励信号。电源调制信号能够通过控制发射机功放开关，实现选择是否将发射激励信号进行功率放大。发射机输出信号经耦合器、环形器后通过天线发射输出。

信号接收原理：第一接收机与第二接收机同时接收回波信号并将其进行混频、滤波后得到中频信号，数字信号处理器对中频信号进一步处理，通过光纤传输至终端，或者与其他终端进行伺服通信。

系统工作时将第三测试发射信号耦合输出至第一测试信号输入，利用第二接收机通道不发射信号，监控发射信号峰值功率，同时对发射机功率监视，实现实时检测发射信号功率变化情况的监测，反馈系统工作情况。

天线接收回波信号经环行器(发射通道)、隔离器、耦合器，在低噪放中进行功率放大后，经混频滤波后等到高中频，高中频信号再放大后进行Ⅱ混频滤波后，进行低中频放大，输出中频回波信号。

第一混频器获取高中频值(800MHz)，提高接收机对镜像频率干扰的抑制能力，第一级带通滤波器完成频带选择。

第二混频器获取低中频值(60MHz)，第二、三级低通滤波器及第四级带通滤波器完成提取有用信道及抑制邻道干扰。第一运算放大器为高频前端低噪声放大器，第二放大器为高中频放大器，第三放大器为低中频放大器，接收机的总增益被分配在三个频段中，系统更稳定。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型毫米波测云雷达系统为单发双收体制，具有体积小、成本低的特点，有利于生产；

(2)单发双收体制对通道隔离度及平衡性要求低，设计及系统调测难度小；

(3)降低寄生通道干扰对系统的影响，能够得到LDR线性退极化比产品。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

设计图

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