一种X波段天气雷达测试系统信号发生装置的制作方法

本实用新型涉及天气雷达技术领域，尤其涉及一种x波段天气雷达测试系统信号发生装置。

背景技术：

目前天气雷达测试使用的仪表均是通用仪表，如频谱仪采用aligent公司的e4445a，信号源采用aligent公司的e8257d。这类仪表功能多而全，但作为天气雷达测试用，很多功能没有必要，造成极大浪费，同时由于仪表独立分散，进行一次系统测试，需要很多种仪表，携带、运输、使用均不方便。

随着现代气象业务和服务的不断深化，天气雷达在重大活动和灾害性天气监测中的作用日渐凸显，对应急保障能力的要求必然会越来越高。因此，雷达保障人员必须适应新形势，尤其在x波段雷达关键技术标准统一后，研发x波段天气雷达随机测量系统，为全面提高x波段雷达保障能力奠定基础。

现目前多采用专用信号发生仪表的方式，产生x波段天气雷达测试过程中所需要的测试信号，对雷达系统进行测试。但是专用测量仪表价格昂贵，需要专门存放，虽然其具备功能多的特点，但是在雷达测量过程中所需功能比较单一和浪费，而且由于自成系统，不便于做智能化和便携式的系统集成。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种x波段天气雷达测试系统信号发生装置，解决了目前采用专用信号发生仪表来测试信号存在的不足。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种x波段天气雷达测试系统信号发生装置，它包括控制器电路、锁相环电路、dac数模转换电路、混频器、滤波器和数控衰减器电路；所述控制器电路的输出端与所述锁相环电路、dac模数转换电路、混频器和数控衰减器电路的输入端连接；所述锁相环电路和dac数模转换电路的输出端与所述混频器的输入端连接；所述混频器的输出端与所述滤波器的输入端连接；所述滤波器的输出端与所述数控衰减器电路的输入端连接。

进一步地，所述控制器电路包括可编程控制器；所述可编程控制器的t2引脚上连接有板载高稳时钟y1，实现对可编程控制器的引脚进行配置；所述可编程控制器通过i/o接口与所述混频器、锁相环电路和数控衰减器电路连接；所述可编程控制器通过的t21引脚与所述dac数模转换电路连接。

进一步地，所述锁相环电路包括频率合成芯片；在所述频率合成芯片上外连有两个正线性稳压器；所述可编程控制器的i/o接口通过spi串行总线与所述频率合成芯片连接；所述频率合成芯片的第11、12和14引脚连接到所述混频器的输入端。

进一步地，所述dac数模转换电路包括dac芯片以及外围电路；所述可编程控制器的t21引脚与所述dac芯片的第37引脚连接；所述dac芯片的输出端与所述混频器的输入端连接。

进一步地，所述数控衰减器电路包括数控衰减器芯片maad-011021，所述滤波器的输出端与所述数控衰减器芯片的第2引脚连接，所述可编程控制器的输出端连接所述数控衰减器芯片的第4、5、6、7、8和9引脚。

本实用新型具有以下优点：一种x波段天气雷达测试系统信号发生装置，有效地降低雷达监测和维护的成本，提高系统集成度和工作效率，基于嵌入式系统，可实现长期有效的记录，便于故障分析，采用模块设计，可独立工作，自成系统，同时体积小巧，也可系统集成。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为控制器电路图；

图3为锁相环电路图；

图4为dac数模转换电路图；

图5为混频器电路图；

图6为数控衰减器电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种x波段天气雷达测试系统信号发生装置，它包括控制器电路、锁相环电路、dac数模转换电路、混频器、滤波器和数控衰减器电路；所述控制器电路的输出端与所述锁相环电路、dac模数转换电路、混频器和数控衰减器电路的输入端连接；所述锁相环电路和dac数模转换电路的输出端与所述混频器的输入端连接；所述混频器的输出端与所述滤波器的输入端连接；所述滤波器的输出端与所述数控衰减器电路的输入端连接。

进一步地，如图2所示，所述控制器电路包括可编程控制器；所述可编程控制器的t2引脚上连接有板载高稳时钟y1，实现对可编程控制器的引脚进行配置；所述可编程控制器通过i/o接口与所述混频器、锁相环电路和数控衰减器电路连接；所述可编程控制器通过的t21引脚与所述dac数模转换电路连接。

在全固态天气雷达中，为满足近距离盲区和探测能力的要求，频率源会不停的在不同脉宽或者不同信号模式的波形之间切换，对实时性和控制准确性要求较高，所以通常都会选择cpld或者fpga作为频率源的主控单元，由于本实用新型中，需要在可编程器件内加载ram内容，需要较大的存储空间，所以选择了fpga(ep3c55f484i7)作为频率源的主控器件，ep3c55f484i7具有55856个逻辑单元、2340kbits存储单元、327个用户可用i/o，完全能胜任本系统中对频率源的控制，其中y1为板载高稳时钟，并对可编程控制器ep3c55f484的部分引脚进行了配置。

进一步地，如图3所示，所述锁相环电路包括频率合成芯片；在所述频率合成芯片上外连有两个正线性稳压器；所述可编程控制器的i/o接口通过spi串行总线与所述频率合成芯片连接；所述频率合成芯片的第11、12和14引脚连接到所述混频器的输入端。

本系统锁相环采用集成vco宽带频率合成器adf5355，该器件单片集成了鉴相器、电荷泵、片内压控振荡器、数字分频器及片内vco，通过芯片的数字通信接口实现对adf4351内部的鉴相器、电荷泵以及压控振荡器的配置即可实现频率合成，图中完成了对adf4351的相应配置。采用5mm×5mm、32引脚lfcsp封装，充分节约板卡空间，同时具有噪声以及输出信号抖动特性；其具有输出频率范围：53mhz～13.6ghz，集成低相位噪声的压控振荡器，集成小数和整数分频器，具备较好的频率分辨率，集成小数和整数分频器，具备较好的频率分辨率的特点。

进一步地。如图4所示，所述dac数模转换电路包括dac芯片以及外围电路；所述可编程控制器的t21引脚与所述dac芯片的第37引脚连接；所述dac芯片的输出端与所述混频器的输入端连接。

采用双通道、14位高动态范围的dac器件ad9787，图中完成了对该器件相应管脚的配置，通过控制dac输出信号的幅度，可实现对信号功率的调整；其具有14位dac，提供800msps的采样速率，专有的dac输出开关技术可增强动态性能，cmos数据输入接口，设置和保持可调，低功耗复数32位数控振荡器(nco)，工作温度：-40℃至+85℃，供电电压：1.8v、3.3v供电的特点。

如图5所示，混频器的型号为hmc553alc3b，hmc553alc3b是一种通用的、双平衡的、砷化镓(gaas)、单片微波集成电路(mmic)混频器，封装在无铅、符合rohs要求的lcc封装中。hmc553alc3b可以用作6ghz到14ghz之间的上变频器或下变频器,不需要外部元件或匹配的电路

进一步地，如图6所示，所述数控衰减器电路包括数控衰减器芯片maad-011021，所述滤波器的输出端与所述数控衰减器芯片的第2引脚连接，所述可编程控制器的输出端连接所述数控衰减器芯片的第4、5、6、7、8和9引脚；数控衰减器芯片的第11引脚输出信号。

数控衰减器采用macom公司的maad-011021，maad-011021是一款宽带、高精度、6位数字衰减器，工作频率范围为0至30ghz，以0.5db步长提供31.5db的衰减控制范围。其具有频率范围：0～30ghz；衰减步进：0.5dblsb；衰减范围：0～31.5db；插入损耗：7.2db(15ghz)；3毫米无铅16引脚pqfn封装；集成ttl0/+5v控制；低相位误差4.3°(20ghz)的特点。

本实用新型的工作原理为：本实用新型要求输出信号频率范围为9.0ghz～9.6ghz。由锁相环产生频率8.94ghz～9.54ghz的信号，由dac产生60mhz的信号，频率分辨率为0.07hz。再将锁相环输出和dac输出信号注入混频器，经过混频器后将信号频率搬移至9.0ghz～9.6ghz，频率分辨率为0.07hz。由于混频过程中，会带来镜像频率，为有效降低镜像频率对输出信号的影响，本实用新型设计了滤波网络，滤波网络的有效带宽为9.0ghz～9.6ghz，带外抑制能力为60db，带内平整度为0.5db。混频器输出信号经过滤波网络后，9.0ghz～9.6ghz的信号正常输出，镜像频率被滤除。

本实用新型中滤波网络输出信号功率为-6dbm，数控衰减器设计衰减范围为(0～63db)，但是由于数控衰减器固定插入损耗为7db，所以数控衰减器实际衰减范围是(7～70db)，信号经数控衰减器后信号功率范围为(-76dbm～-13dbm)，满足系统要求的-110dbm～-10dbm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。