一种S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s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s波段雷达关键技术标准统一后，研发s波段天气雷达随机测量系统，为全面提高s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s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s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问题。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种s波段天气雷达测试系统信号发生装置，它包括锁相环、直接数字式频率合成器、混频器、滤波网络、数控放大器、数控衰减器和可编程控制器；所述可编程控制器的输出端分别与所述锁相环、直接数字式频率合成器、数控放大器和数控衰减器的输入端连接；所述锁相环和直接数字式频率合成器的输出端与所述混频器的输入连接；所述混频器、滤波网络、数控放大器和数控衰减器依次顺次连接。

进一步地，所述锁相环包括adf4351芯片及其外围电路；所述可编程控制器的输出端从所述adf4351芯片的refin端接入；所述adf4351芯片的cpout端和vtune端连接有一个三阶低通滤波器，以形成精准的压控电压控制vco端的输出频率；所述adf4351芯片的第12引脚与所述混频器的输入端连接。

进一步地，所述直接数字式频率合成器包括ad9910芯片以及低压差电源芯片u157和u158；所述低压差电源芯片u158的3.3v电压端与所述低压差电源芯片u157的3.3v电压端连接，输出所述ad9910所需的1.8v电源输出；在所述ad9910芯片第80和81引脚之间连接有一变压器t9，由所述变压器t9将差分信号转为单端信号后输出到所述混频器。

进一步地，所述数控放大器包括adl5246芯片以及外围电路；所述adl5246芯片由三个通道放大器组成，其中一通道和三通道皆为固定增益放大器；二通道为可调增益放大器，通过调整所述adl5246芯片的vgain1端和vgain2端上的电阻阻值即可控制增益。

进一步地，所述数控衰减器包括hmc1119芯片及其外围电路；所述数控放大器的输出端与所述hmc1119芯片的第6引脚连接，所述可编程控制器的输出端连接到所述hmc1119芯片的所有控制位上。

进一步地，还包括时钟选择电路和功分器；所述时钟选择电路的输出端与所述功分器的输入端连接，所述功分器的输出端与所述锁相环和所述直接数字式频率合成器的输入端连接；所述可编程控制器的输出端与所述时钟选择电路的输入端连接。

本实用新型具有以下优点：一种s波段天气雷达测试系统信号发生装置，有效地降低了雷达监测和维护的成本；提高系统集成度和工作效率；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；降低了对维护人员技术能力和操作熟练度的要求。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为锁相环电路图；

图3为直接数字式频率合成器电路图；

图4为数控放大器电路图；

图5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s波段天气雷达测试系统信号发生装置，它包括锁相环、直接数字式频率合成器、混频器、滤波网络、数控放大器、数控衰减器和可编程控制器；所述可编程控制器的输出端分别与所述锁相环、直接数字式频率合成器、数控放大器和数控衰减器的输入端连接；所述锁相环和直接数字式频率合成器的输出端与所述混频器的输入连接；所述混频器、滤波网络、数控放大器和数控衰减器依次顺次连接。

进一步地，如图2所示，所述锁相环包括adf4351芯片及其外围电路；所述可编程控制器的输出端从所述adf4351芯片的refin端接入；所述adf4351芯片的cpout端和vtune端连接有一个三阶低通滤波器，以形成精准的压控电压控制vco端的输出频率；所述adf4351芯片的第12引脚与所述混频器的输入端连接。

adf4351芯片内部集成了鉴相器、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。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；所以电路设计的难点在于低通滤波器，通过在ad4531充电泵电流输出(cpout)经3阶低通滤波器后，形成精准的压控电压，输入至vco的压控电压信号(vtune)，从而精准的控制vco输出频率。

进一步地，如图3所示，所述直接数字式频率合成器包括ad9910芯片以及低压差电源芯片u157和u158；所述低压差电源芯片u158的3.3v电压端与所述低压差电源芯片u157的3.3v电压端连接，输出所述ad9910所需的1.8v电源输出；在所述ad9910芯片第80和81引脚之间连接有一变压器t9，由所述变压器t9将差分信号转为单端信号后输出到所述混频器。

使用lt1963系列低压差电源芯片提供3.3v和1.8v电源，输出电流的正端和负端经51ω电阻转换成电压后，由变压器将差分信号转为单端信号，然后输出至混频器。

进一步地，如图4所示，所述数控放大器包括adl5246芯片以及外围电路；所述adl5246芯片由三个通道放大器组成，其中一通道和三通道皆为固定增益放大器；二通道为可调增益放大器，通过调整所述adl5246芯片的vgain1端和vgain2端上的电阻阻值即可控制增益。

通过对用户设置的信号功率进行分段，当设置信号功率为大功率段时(≥-10dbm)，将数控衰减器衰减量设置为0，通过调整数控放大器的增益即可实现对信号功率的调整。adl5246是一款高性能、低噪声可变增益放大器(vga)，集成低噪声放大器、高线性度vga以及0.5w输出驱动器级。可变衰减器网络经过优化，可在45db增益控制范围内提供高线性度性能。adl5246的增益通过单极性控制电压可在0v至3.3v范围内设置，针对0.6ghz至3ghz范围内的任意频率进行优化，平均调谐带宽为200mhz。adl5246针对多标准基站接收机和点对点接收(rx)与发送(tx)应用而优化。

进一步地，如图5所示，所述数控衰减器包括hmc1119芯片及其外围电路；所述数控放大器的输出端与所述hmc1119芯片的第6引脚连接，所述可编程控制器的输出端连接到所述hmc1119芯片的所有控制位上。

通过对用户设置的信号功率进行分段，当设置信号功率为小功率段时(＜-10dbm)，将数控放大器的增益设置为-13.5db，通过调整数控衰减器的衰减量即可实现对信号功率的调整。hmc1119是一款宽带、高精度、7位数字衰减器，工作频率范围为0.1ghz至6.0ghz，以0.25db步长提供31.5db的衰减控制范围。数控衰减器的所有控制位由系统中的可编程控制器提供，为了保证控制效果以及控制信号相互干扰，每个控制位上均实用100p电容进行滤波。电源部分也使用10uf和0.1uf电容并联的模式实现电源滤波，降低数控衰减器的噪声影响。

进一步地，还包括时钟选择电路和功分器；所述时钟选择电路的输出端与所述功分器的输入端连接，所述功分器的输出端与所述锁相环和所述直接数字式频率合成器的输入端连接；所述可编程控制器的输出端与所述时钟选择电路的输入端连接；可编程控制器连接通信接口实现命令的发送和接收。

本实用新型的频率分辨率高达0.23hz，由锁相环输出和直接数字式频率合成输出混频完成测试信号的频率控制。其中锁相环具有工作带宽大的优点，可输出信号频率范围宽，但是锁相环又有频率分辨率低的缺点，所以系统中引入频率精度高的dds做为锁相环的补充，实现高频率分辨率的要求。

动态范围高达125db(-110dbm～+20dbm)，由数控放大器和数控衰减器配合完成测试信号的幅度控制，数控放大器的增益可控范围为45db(-13.5～+31.5db)，数控衰减器衰减可控范围为95.25db(0～95.25db)，理论动态范围为140.25db，实际考虑信号饱和以及信号噪声对信号发生装置的影响，实际动态范围为130db。

时钟选择电路主要实现外部参考时钟和装置内部高稳时钟的切换，通过时钟选择电路内部集成信号检测功能，如检测到有外部参考时钟注入时，自动选择外部参考时钟作为系统的工作时钟，若未检测到外部参考时钟，选择装置内部高稳时钟作为工作时钟。为了让锁相环和直接数字式频率合成器相位可参考，使用功分器将时钟信号一分为二，分别提供给锁相环和直接数字式频率合成器，保证输出测试信号与外部参考时钟的相参性。

输出信号频率范围为2.7ghz～3ghz，最小频率分辨率为1hz。系统设计时，由锁相环产生频率固定为2.65ghz的信号，由直接数字式频率合成器产生50mhz～350mhz的信号，频率分辨率为0.23hz。再将锁相环输出和直接数字式频率合成器输出信号注入混频器，经过混频器后将信号频率搬移至2.7ghz～3ghz，频率分辨率为0.23hz。

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，系统设计了滤波网络，滤波网络的有效带宽为2.7ghz～3ghz，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，2.7ghz～3ghz的信号正常输出，镜像频率被滤除。

滤波网络输出信号功率为-6dbm，数控放大器增益为(-13.5～+31.5db)，信号经过数控放大器后，信号功率范围为-19.5dbm～+25.5dbm。数控衰减器设计衰减范围为(0～92.5db)，但是由于数控衰减器固定插入损耗为5db，所以数控衰减器实际衰减范围是(5～97.5db)，信号经数控衰减器后信号功率范围为(-117dbm～+20.5dbm)，满足系统要求的-110dbm～+20dbm。

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。