一种C波段天气雷达测试系统功率测量装置的制作方法

本实用新型涉及天气雷达技术领域，尤其涉及一种c波段天气雷达测试系统功率测量装置。

背景技术：

天气雷达作为监测中小尺度灾害性天气的重要工具,在灾害性天气预报、定量估测降水及洪水监测预报中发挥着越来越重要的作用。天气雷达是否正常运行,制约着定量估测降水、灾害性天气预报及洪水监测预报的质量。

在天气雷达维护工作中，功率测量是最重要和最基础的一部分，是保证雷达系统能够精确工作的前提。目前微波功率测量仪器正向着小型化、低功耗、宽频带、高精度的方向发展。

现目前有采用热敏电阻做功率传感元件的热敏电阻型功率测量装置。热敏电阻值的温度系数较大，被测信号的功率被热敏电阻吸收后产生热量，使其自身温度升高，电阻值发生显著变化，利用电阻电桥测量电阻值的变化，显示功率值；但是其存在着测量结果受环境(如温度、湿度)影响较大；而且只能测平均功率值，在测试脉冲信号的峰值功率时会有一定的误差；以及不具备大动态范围测试能力的缺陷。

也有采用半导体二极管作为检波元件的二极管功率测量装置。二极管传感器主要包含隔直流电容器，终端电阻器，二极管和射频旁路电容器。流过二极管的电流是负载电阻器两端出现的外加电压的非线性函数。二极管在很低的外加电压(mv级)下将传导显著电流(ua级)，但仍然存在非线性关系，并引起遵循外加电压平方(即平方律响应)的整流输出，因而服从幂次关系。当二极管工作在平方律区域时，检测二极管的输出直接效仿输入功率变化。由于检波机理服从幂次关系，故平方律二极管传感器将指示复合波形总功率的正确值；但是其存在着测量高功率电平时，仅适用于连续波信号；而且当传感器工作在线性范围时，载频的谐波可能带来了显著的测量误差；以及难以同时测量多个功率信号的问题。

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c波段天气雷达测试系统功率测量装置，解决了目前采用的功率测量方式存在的不足。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种c波段天气雷达测试系统功率测量装置，包括第一射频信号检测单元、第二射频信号检测单元、双通道数模转换单元、数据处理单元和温度检测单元；所述第一射频信号检测单元和第二射频信号检测单元的输出与所述双通道数模转换单元的输入端连接；所述双通道模数转换单元和所述温度检测单元的输出端与所述数据处理单元的输入端连接；所述第一射频信号检测单元和第二射频信号检测单元的使能端与所述数据处理单元的使能端连接。

进一步地，所述第一射频信号检测单元包括一个对数放大型检波芯片u1和外围电路，所述第二射频信号检测单元包括一个对数放大型检波芯片u2和外围电路；所述检波芯片u1和u2的第13、14引脚与所述双通道数模转换单元的输入端连接；所述检波芯片u1和u2的第6引脚使能输出端与所述数据处理单元的使能输入端连接。

进一步地，所述双通道数模转换单元包括a/d转换芯片u3；所述检波芯片u1的输出端与所述a/d转换芯片u3的第1和2引脚连接；所述检波芯片u2的输出端与所述a/d转换芯片u3的第15和16引脚连接；所述a/d转换芯片u3的da[11.0]、db[11.0]和adclk端口与所述数据处理单元的输入端连接。

进一步地，所述温度检测单元包括多路二极管和电阻串联的电路，串联电路的电阻输出端与所述数据处理单元的输入端连接，串联电路的二极管输入端与3.3v供电端连接。

进一步地，所述数据处理单元包括fpga芯片和外围电路；所述检波芯片u1的使能端与所述fpga芯片的第140引脚连接，所述检波芯片u2的使能端与所述fpga芯片的第141引脚连接；所述a/d转换芯片u3的输出端与所述fpga芯片的da[11.0]、db[11.0]和adclk端口连接；所述温度检测单元的输出端与所述pfga芯片的led[4.1]端口连接。

进一步地，还包括供电单元，所述供电单元包括稳压器u13、u16、u17、u19和u20；所述稳压器u17和u19串联，所述稳压器u16和u20串联，且串联后的稳压器u17和u19与串联后的稳压器u16和u20并联；所述稳压器u13与串联后的稳压器u20和u16并联；所述供电单元的供电输出端与所述第一射频检测单元、第二射频检测单元、数据处理单元、双通道数模转换单元和温度检测单元的供电输入端连接。

进一步地，还包括通信接口单元，所述通信接口单元与所述数据处理单元相互连接。

本实用新型具有以下优点一种c波段天气雷达测试系统功率测量装置，使c波段天气雷达测试仪器具备了小型化、低功耗、宽频带、高精度、快速测试等优点，支持与其他小型化测试设备的集成化；双测试通道，提高了c波段天气雷达日常维护时的工作效率；本装置测量精确、体积小、结构设计简单，提供了一种利用fpga校准和功率检测芯片检测的具有两个检测端口的功率测量装置，测量精度达到±1db，在满足c波段天气雷达功率测量要求的同时具备高性价比。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为第一射频检测单元和第二射频检测单元的电路图；

图3为双通道数模转换单元的电路图；

图4为温度检测单元的电路图；

图5为数据处理单元的电路图；

图6为供电单元的电路图；

图7为通信接口单元的电路图。

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c波段天气雷达测试系统功率测量装置，包括第一射频信号检测单元、第二射频信号检测单元、双通道数模转换单元、数据处理单元和温度检测单元；所述第一射频信号检测单元和第二射频信号检测单元的输出与所述双通道数模转换单元的输入端连接；所述双通道模数转换单元和所述温度检测单元的输出端与所述数据处理单元的输入端连接；所述第一射频信号检测单元和第二射频信号检测单元的使能端与所述数据处理单元的使能端连接。

进一步地，如图2所示，所述第一射频信号检测单元包括一个对数放大型检波芯片u1和外围电路，所述第二射频信号检测单元包括一个对数放大型检波芯片u2和外围电路；所述检波芯片u1和u2的第13、14引脚与所述双通道数模转换单元的输入端连接；所述检波芯片u1和u2的第6引脚使能输出端与所述数据处理单元的使能输入端连接。

其中，检波芯片u1和u2的型号为hmc713lp3e，其13引脚和7引脚之间连接有一rc滤波电路，第15和16引脚连接供电单元的3p3v供电端，在第15、16引脚与第8引脚之间并联有三个电容；第3引脚和第12引脚之间串联有两个电阻。

对数放大型检波器具备灵敏度高、响应速度快和结构简单的特点，使本装置具有频率范围宽、功率测量动态范围大、测量速度快、测量精度高等优点。其采用连续压缩技术，可在宽输入频率范围内提供具有高测量精度的54db动态范围。随着输入信号增加，连续放大器逐渐进入饱和，从而生成精确的对数函数近似值。一系列检波器输出求和、转换成电压域并缓冲驱动outp输出。

进一步地，如图3所示，所述双通道数模转换单元包括a/d转换芯片u3；所述检波芯片u1的输出端与所述a/d转换芯片u3的第1和2引脚连接；所述检波芯片u2的输出端与所述a/d转换芯片u3的第15和16引脚连接；所述a/d转换芯片u3的da[11.0]、db[11.0]和adclk端口与所述数据处理单元的输入端连接。

其中，a/d转换芯片u3的型号为ltc2290，其第62引脚连接供电单元的3vdc供电端，双通道模数转换单元采用与射频信号检测单元输出电压范围相匹配的低功率高速a/d转换器，该a/d转换器71.3dbsnr和90db无杂散动态范围(sfdr)的特性保证了功率检测数据的正确性与完整性。模拟输入端接收到模拟信号后，由大带宽采样保持电路保证ad转换精度后，再通过12位高性能流水线模数转换电路进行ad转换后输出数字信号。

进一步地，如图4所示，所述温度检测单元包括多路二极管和电阻串联的电路，串联电路的电阻输出端与所述数据处理单元的输入端连接，串联电路的二极管输入端与3.3v供电端连接。

温度检测单元包括四路二极管和电阻串联而成的电路，二极管的输入端与供电单元的fpga3v供电端连接，电阻的输出端分别与fpga芯片的led1、led2、led3和led4端口连接。

进一步地，如图5所示，所述数据处理单元包括fpga芯片和外围电路；所述检波芯片u1的使能端与所述fpga芯片的第140引脚连接，所述检波芯片u2的使能端与所述fpga芯片的第141引脚连接；所述a/d转换芯片u3的输出端与所述fpga芯片的da[11.0]、db[11.0]和adclk端口连接；所述温度检测单元的输出端与所述pfga芯片的led[4.1]端口连接。

进一步地，如图6所示，还包括供电单元，所述供电单元包括稳压器u13、u16、u17、u19和u20；所述稳压器u17和u19串联，所述稳压器u16和u20串联，且串联后的稳压器u17和u19与串联后的稳压器u16和u20并联；所述稳压器u13与串联后的稳压器u20和u16并联；所述供电单元的供电输出端与所述第一射频检测单元、第二射频检测单元、数据处理单元、双通道数模转换单元和温度检测单元的供电输入端连接。

供电电源可以有5.5vdc、fpga3.3v、fpga1.5v、3p3v、2.5v和3vdc供电端；稳压器u13的第8引脚分别连接稳压器u19和u20的第引脚，稳压器u17；在稳压器u19和u17之间，稳压器u20和u16之间，稳压器u13和3vdc供电端，稳压器u13和5.5vdc供电端之间均连接有磁珠和两个并联的电容，以用来抑制信号线和电源线上的高频噪声和尖峰干扰。

进一步地，如图7所示，还包括通信接口单元，所述通信接口单元与所述数据处理单元相互连接。

本实用新型的工作原理为：第一射频信号检测单元和第二射频信号检测单元将采集到的射频信号转换为与输入功率成正比的直流电压，输出到双通道数模转换单元a/d转换形成数字信号，将数字信号发生给数据处理单元，数据数量单元检测实时温度，并将接收到的数字信号进行标校计算处理，将处理得到的数据发送给通信接口单元，通信接口单元将接收到的数据发出；本实用新型的数据处理单元中的fpga程序负责接收功率检测数据和温度检测数据，根据上位机给出的频率信息，对功率检测数据进行补偿校准。在fpga程序设计上，将c波段天气雷达的工作频段分为若干个频段，在每个频段上分别进行测量校准，应用一次函数校准斜率，并根据设置的工作频点，在查找表中选择合适的功率校准值，然后送给上位机。fpga与上位机之间采用tcp/ip协议通信。

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。