一种新型电离层探测仪发射系统的制作方法

本实用新型属于电子通信技术领域，尤其涉及一种新型电离层探测仪发射系统。

背景技术：

目前的电离层探测仪往往采用单一的探测体制和探测波形，不能兼顾多种探测模式和被测目标的特性，导致系统的可升级性和可扩展性不强。同时，现有的电离层探测仪基本上都是采用两副或者多副天线进行探测，发射天线和接收天线分开放置，这不仅使得探测场地要求较高、天线架设难度和成本增加，也会因为天线之间的能量耦合对探测效果产生一定影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种丰富了探测方式和改善了探测效果，且简化了探测系统结构、降低了成本的电离层探测仪发射系统。能够针对不同探测需求，灵活配置不同的探测波形和探测参数，在整个短波工作带宽内可实现通带增益平坦、低谐波输出；降低了系统的架设难度和对场地的要求。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种新型电离层探测仪发射系统，包括计算机，与所述计算机连接的USB接口芯片，与所述USB接口芯片连接的主控制器FPGA，以及与所述主控制器FPGA连接的接收系统，还包括依次连接的波形产生模块、功率放大模块和收发开关模块；所述收发开关模块与所述接收系统连接；所述主控制器FPGA分别与所述波形产生模块、功率放大模块和收发开关模块连接。

在上述的新型电离层探测仪发射系统中，所述波形产生模块采用直接数字频率合成芯片，两个独立的数字频率合成器内核，分别用于实现本振信号和发射信号输出；采用m序列、巴克码、互补码探测码制。

在上述的新型电离层探测仪发射系统中，所述功率放大模块输出功率在53dBm以上，增益为17dB。

在上述的新型电离层探测仪发射系统中，所述功率放大模块采用三级功放电路级联，第一级选用MW6S004作为小信号放大器，最大输出功率为36dBm，在探测频段内增益为17dB，输入信号为0dBm，输出功率为17dBm；第二级选用MRFE6VS25L作为推动级，最大输出功率为44dBm，增益为19dB，输出功率为36dBm；第三级选用MRF6VP11KH，采用推挽结构，最大输出功率达60dBm。

在上述的新型电离层探测仪发射系统中，采用宽带匹配技术和负反馈技术，使所述功率放大模块工作于AB类状态，在满足功率要求的同时保证一定的线性度。

在上述的新型电离层探测仪发射系统中，所述收发开关模块包括在发射端至天线端与天线端至接收端均使用串并拓扑结构形成单刀双掷开关，所述天线端通过隔直电容C3与二极管PIN2、二极管PIN3正极相连；高频扼流圈L5通过电阻R2一端接地，另一端与隔直电容C3、二极管PIN2正极、二极管PIN3正极相连；驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3、驱动电路4级联LC滤波器1、LC滤波器2、LC滤波器3、LC滤波器4；隔直电容C1与二极管PIN1负极相连，所述二极管PIN1负极同时连接LC滤波器1与隔直电容C2一端，所述二极管PIN1正极通过电阻R1接地；所述隔直电容C2另一端与二极管PIN2负极、LC滤波器2相连；隔直电容C5与二极管PIN4负极相连，所述二极管PIN4负极同时连接LC滤波器4与隔直电容C4一端，所述二极管PIN4正极通过电阻R3接地；所述隔直电容C4另一端与二极管PIN3负极、LC滤波器3相连。

在上述的新型电离层探测仪发射系统中，所述功率放大模块与所述隔直电容C1连接，所述接收系统通过限幅器与所述隔直电容C5连接。

在上述的新型电离层探测仪发射系统中，所述隔直电容C3连接偶极子天线。

在上述的新型电离层探测仪发射系统中，多台探测仪发射系统使用GPS信号实现同步收发。

本实用新型的有益效果是：

（1）通过 改变电离层探测仪的工作体制和工作方式，获得了高质量的电离层探测回波信息，能够满足常规的电离层探测需求。探测设备能够更加精简，便携性得到很大的提高。

（2）依托通带增益性能高的功放单元和大功率短波天线开关，采用一副天线即可实现常规的电离层观测，降低了系统的架设难度和对场地的要求。

（3）探测码制和探测参数可以灵活地通过软件进行配置，使得电离层探测不但可以用来对软目标电离层进行常规观测，同时可以对硬目标（飞机、舰船等）进行探测，拓展了电离层探测仪的应用。

（4）不但精简了探测设备、降低了成本、丰富了探测方式和改善了探测效果，也为构建天线阵列收发一体化带来了应用前景。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例整体结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例功率放大模块电路原理图；

图3为本实用新型一个实施例收发开关模块整体拓扑结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实施例采用如下技术方案实现：一种新型电离层探测仪发射系统，包括计算机，与所述计算机连接的USB接口芯片，与所述USB接口芯片连接的主控制器FPGA，以及与所述主控制器FPGA连接的接收系统，还包括依次连接的波形产生模块、功率放大模块和收发开关模块；所述收发开关模块与所述接收系统连接；所述主控制器FPGA分别与所述波形产生模块、功率放大模块和收发开关模块连接。

进一步，所述波形产生模块采用直接数字频率合成芯片，两个独立的数字频率合成器内核，分别用于实现本振信号和发射信号输出；采用m序列、巴克码、互补码探测码制。

进一步，所述功率放大模块输出功率在53dBm以上，增益为17dB。

进一步，所述功率放大模块采用三级功放电路级联，第一级选用MW6S004作为小信号放大器，最大输出功率为36dBm，在探测频段内增益为17dB，输入信号为0dBm，输出功率为17dBm；第二级选用MRFE6VS25L作为推动级，最大输出功率为44dBm，增益为19dB，输出功率为36dBm；第三级选用MRF6VP11KH，采用推挽结构，最大输出功率达60dBm。

进一步，采用宽带匹配技术和负反馈技术，使所述功率放大模块工作于AB类状态，在满足功率要求的同时保证一定的线性度。

进一步，所述收发开关模块包括在发射端至天线端与天线端至接收端均使用串并拓扑结构形成单刀双掷开关，所述天线端通过隔直电容C3与二极管PIN2、二极管PIN3正极相连；高频扼流圈L5通过电阻R2一端接地，另一端与隔直电容C3、二极管PIN2正极、二极管PIN3正极相连；驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3、驱动电路4级联LC滤波器1、LC滤波器2、LC滤波器3、LC滤波器4；隔直电容C1与二极管PIN1负极相连，所述二极管PIN1负极同时连接LC滤波器1与隔直电容C2一端，所述二极管PIN1正极通过电阻R1接地；所述隔直电容C2另一端与二极管PIN2负极、LC滤波器2相连；隔直电容C5与二极管PIN4负极相连，所述二极管PIN4负极同时连接LC滤波器4与隔直电容C4一端，所述二极管PIN4正极通过电阻R3接地；所述隔直电容C4另一端与二极管PIN3负极、LC滤波器3相连。

进一步，所述功率放大模块与所述隔直电容C1连接，所述接收系统通过限幅器与所述隔直电容C5连接。

进一步，所述隔直电容C3连接偶极子天线。

更进一步，多台探测仪发射系统使用GPS信号实现同步收发。

具体实施时，如图1所示，上述的电离层探测仪发射系统包括计算机，与计算机连接的USB接口芯片，与USB接口芯片连接的主控制器FPGA，以及与主控制器FPGA连接的接收系统，还包括依次连接的波形产生模块、功率放大模块和收发开关模块；收发开关模块与所述接收系统连接；主控制器FPGA分别与所述波形产生模块、功率放大模块和收发开关模块连接。

电离层探测仪发射系统探测时，计算机设置收发开关为发射状态，通过控制传输方式使USB接口芯片向现场可编程门阵列(FPGA)写入波形发生模块的频率控制字、相位控制字等信息，使得直接数字频率合成器产生探测波形，信号再通过功率放大模块由HF偶极子天线向外完成发射；系统接收时，收发开关设置为接收状态，信号由HF偶极子天线进入接收系统，采集的数据被批量传输至计算机进行处理与分析。同时，为了对大范围的电离层动态变化情况进行实时监控，多台探测仪使用GPS信号实现同步收发。

对于垂直探测与移动目标探测，由于回波功率相对较大，要求探测快，而相关特性较好的巴克码和互补码可满足该探测应用的需求。对于斜向探测和斜向返回探测，由于回波信号较弱，因而采取高增益的伪随机码，如m序列。

波形产生模块由直接数字频率合成芯片实现。两个独立的数字频率合成器(DDS)内核，分别用于实现本振信号和发射信号输出。采用m序列、巴克码、互补码等探测码制。实际探测应用时，其占空比、探测次数、码序列长度等参数均可通过软件灵活设定。

如图2所示，功率放大模块将信号激励元产生的射频信号进行放大，使用三级功放电路级联实现。第一级使用MW6S004作为小信号放大器，其最大输出功率为36dBm，在探测频段内设计增益为17dB，当输入信号为0dBm，该级输出功率为17dBm。第二级推动级选用MRFE6VS25L，其最大输出功率可达44dBm，设计增益为19dB,输出功率为36dBm。第三级末级使用MRF6VP11KH，采用推挽结构，其最大输出功率可达60dBm，由于探测仪发射系统功放单元模块输出功率在53dBm以上，因而设计增益为17dB。采用宽带匹配技术和负反馈技术，使功率放大器尽量工作于AB类状态，在满足功率要求的同时尽量保证一定的线性度。

如图3所示，收发开关模块拓扑结构，使用PIN二极管作为核心器件，利用PIN二极管的导通电阻大小随正反偏置电流的变化关系可以实现高速开关功能。发射端至天线端与天线端至接收端都使用串并拓扑结构形成单刀双掷开关，以此满足单根天线实现收发切换的要求。天线通过隔直电容C3后与发射端PIN二极管PIN2、接收端PIN二极管PIN3正极相连。高频扼流圈L5通过电阻R5一端接地，另一端与隔直电容C3、二极管PIN3正极、二极管PIN2正极相连。驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3、驱动电路4级联LC滤波器1、LC滤波器2、LC滤波器3、LC滤波器4通过控制二极管PIN1、PIN2、PIN3、PIN4从而控制开关方向。功率放大模块的输出信号经隔直电容C1与二极管PIN1负极相连，二极管PIN1负极同时连接LC滤波器1与隔直电容C2一端，PIN1正极通过电阻R1接地。隔直电容C2另一端与二极管PIN2负极、LC滤波器2相连。接收系统由限幅器限幅后经隔直电容C5与二极管PIN4负极相连，二极管PIN4负极同时连接LC滤波器4与隔直电容C4一端，二极管PIN4正极通过电阻R3接地。隔直电容C4另一端与二极管PIN3负极、LC滤波器3相连。

当驱动电路1、驱动电路3正向偏置且驱动电路2、驱动电路4反向偏置时，二极管PIN1、二极管PIN3截止，二极管PIN2、二极管PIN4导通，此时收发开关工作于发射模式；当驱动电路1、驱动电路3反向偏置且驱动电路2、驱动电路4正向偏置时，此时收发开关工作于接收模式。每路偏置电压采用独立控制信号，通过测出时延，可精确控制每路二极管状态，从而有效避免发射信号对接收系统的干扰，还可保证接收系统完整地接收回波信号。

本实施例提出的一种新型电离层探测仪发射系统，可获得高质量的电离层探测回波信息，能够满足常规的电离层探测需求。波形产生模块依托直接数字频率合成器进行全软件化参数配置，功率放大模块采用固态发射机技术，在整个短波工作带宽内可实现通带增益平坦、低谐波输出，大功率短波天线开关的实现使得原来的收发天线分置可改进为收发共用一副天线，简化了探测系统的硬件结构，降低了系统的架设难度和对场地的要求。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。