CN102121984A - 一种地波雷达信号校准源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地波雷达信号校准源，用于地波雷达天线的校准。该校准源包括信号产生控制模块、电源模块、信号调理电路；所述信号产生控制模块包括微控制器，以及与该微控制器信号连接的数字频率合成器；所述数字频率合成器外接晶体振荡器作为其外部时钟频率源；所述信号调理电路包括顺次信号连接的射频变压器、低通滤波器及天线接口，其中射频变压器的输入端与数字频率合成器的输出端连接；所述电源模块用于向其他部件供电，包括电池及电源管理单元。相比现有技术，本发明具有体积小、频率覆盖范围大、使用简单、电池供电、易携带等优点，适用于工程实践中，尤其适用于在野外进行地波雷达校准的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线信号发生装置，尤其涉及一种地波雷达信号校准源，用于地波雷达天线的校准。
背景技术
理想情况下各天线接收信号的幅度和初始相位应相同，但实际有误差，此时需要校准。将雷达校准源放在离天线足够远的地方，此时应视为远场。雷达校准源在远场情况下向天线辐射信号，以某一根天线为基准，将其他各天线接收到的信号幅度和相位调整一致，将此调整量记录下来，作为幅相校准值。因此，为了在远场进行天线校准需要一天线校准源装置。现有的信号源装置大多数采用普通的频率合成器和压控振荡器的工作原理来实现，当所需的信号频率只是在几十兆范围内时，直接采用普通频率合成器即可。而采用压控振荡器则电路结构相对复杂，不能灵活设置其工作方式。如果采用FPGA+D/A方式，则价格昂贵。在工程中虽然可以采用专业的信号源，但是由于专业信号源体积比较大，价格昂贵，重量较重，并且重要的是在野外供电困难，所以不能采用。由于高频地波雷达天线放置在户外环境常常是很恶劣的条件下，并且远离人们生活区，因此对天线的校准源要求携带方便，电池供电要求功耗低，操作方便并且能够手动设置工作方式。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服在地波雷达天线校准过程中在野外的情况下现有信号源存在的携带不便，供电困难、价格昂贵以及电路结构复杂等缺点，提供一种结构简单、成本低、便携性好的，适于野外应用的地波雷达信号校准源。
本发明采用以下技术方案：
一种地波雷达信号校准源，该校准源包括信号产生控制模块、电源模块、信号调理电路；所述信号产生控制模块包括微控制器，以及与该微控制器信号连接的数字频率合成器（DDS）；所述数字频率合成器外接晶体振荡器作为其外部时钟频率源；所述信号调理电路包括顺次信号连接的射频变压器、低通滤波器及天线接口，其中射频变压器的输入端与数字频率合成器的输出端连接；所述电源模块用于向其他部件供电，包括电池及电源管理单元。
相比现有技术，本发明具有体积小、频率覆盖范围大、使用简单、电池供电、易携带等优点，适用于工程实践中，尤其适用于在野外进行地波雷达校准的情况。
附图说明
图1为本发明的地波雷达信号校准源的结构框图；
图2为具体实施方式中所述地波雷达信号校准源的硬件结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如附图1所示，本发明的地波雷达信号校准源包括信号产生控制模块、电源模块、信号调理电路；所述信号产生控制模块包括微控制器，以及与该微控制器信号连接的数字频率合成器；所述数字频率合成器外接晶体振荡器作为其外部时钟频率源；所述信号调理电路包括顺次信号连接的射频变压器、低通滤波器及天线接口，其中射频变压器的输入端与数字频率合成器的输出端连接；所述电源模块用于向其他部件供电，包括电池及电源管理单元。
在本具体实施方式中，
所述低通滤波器通过一个功率放大器与天线接口连接，该功率放大器采用HMC474芯片，该放大器能够实现DC-6GHz范围内信号的放大，最大增益达到15.5dB，最高输出功率可以达到8dBm，单电源+5V供电，功耗低。
所述数字频率合成器为AD9859芯片，芯片的最大系统时钟频率达到400MHz、内部集成10位DAC、相位噪声达到-120dBc/Hz@1kHz、最大无杂散动态范围可以达到75dB、内部集成4-20倍的时钟倍频器因此外部可以通过很小的时钟频率即可将其倍频到系统最大时钟频率。
所述晶体振荡器采用截止频率为20MHz的晶体振荡器，优选有源晶体振荡器，当然，也可使用无源差分晶振。
所述微控制器为ARM9开发板，该系列开发板已经集成有控制器和触摸屏部分，并且内部也已经集成了wince系统，仅需要此基础之上编写相应的驱动程序以及软件显示控制界面即可，不需额外增加输入输出设备，这样可以大大缩短产品研发周期，并且价格也不是很昂贵，携带方便，操作简单。
所述低通滤波器为7阶模拟椭圆形滤波器。
所述电池为8.4V锂离子充电电池，所述电源管理单元包括分别与电池电连接的多个变压器件，将电池电压转换为各部件所需的电压。
所述天线接口采用SMA（Sub-Miniature-A，反极性公头）接口，该接口适用范围广，大小适中，适宜于便携设备。
本具体实施方式的硬件结构如附图2所示（图中未画出电源模块），其详细工作过程及原理如下：
电源供电采用8.4V锂离子充电电池，配带充电器。电源管理单元采用DC-DC芯片HYM2576-5V将电池电压转换为5V电压供给ARM9开发板。同时通过稳压芯片LT1129IST-5V、AMS1117-3.3V、AMS1117-1.8V分别给信号板上的各种芯片供电。其中5V供HMC474、3.3V分别供给有源晶振和DDS芯片AD9859、1.8V则只给DDS芯片AD9859供电。
通过触摸屏设置信号的频率、初始相位和幅度等参数，并将输入的各项参数转换为二进制数据送给微控制器。微控制器将各参数分别转化为DDS芯片AD9859的时钟控制信号、串行数据输入信号SDATA、片选信号CS、数据更新信号UPDATA、数据复位信号RESET。然后通过微控制器ARM9开发板的GPIO口将上述控制信号分别与DDS芯片AD9859的相应控制信号输入端相连接，并将微控制器的地线与DDS芯片的地线相连接以便形成一回路。
DDS芯片AD9859在上述信号的控制下，并在外部20MHz的晶振频率下通过内部的锁相环倍频到系统最高时钟频率400MHz。系统在400MHz时钟频率的作用下，并在频率控制字作用下通过公式Fout=M×Fclk/2N（其中Fout表示我们所需要的信号的输出频率，N为频率控制字寄存器的位数，在这里为32，Fclk表示系统时钟、在此处为400MHz，M则表示频率控制字通过更改频率控制字M的值便可以得到不同的输出频率Fout）、幅度控制字以及相位控制字的作用下产生所需要的信号频率、幅度和初始相位等参数。产生的信号通过差分信号引脚输出。输出的差分信号通过射频变压器将其差分信号转换为单端模拟信号。
上述输出的模拟信号频率覆盖在高频段，并会产生谐波分量，因此本具体实施方式中在后一级加入7阶模拟椭圆型低通滤波器来滤除其不需要的谐波分量。低通滤波器的截止频率可以根据具体应用场合的频率范围来确定。在具体实施方式中采用了20MHz截止频率的椭圆型低通滤波器。
经过低通滤波后的信号可以作为输出信号来使用，但是对于输出信号幅度有具体要求的场合则还需要增加一级功率放大器部分。HMC474放大器芯片其增益可以达到15dBm，输出幅度最高可以达到8dBm，在具体实施方式中其输出幅度最高可达到5dBm。
最后经过放大器放大后的信号已经可以满足实际应用的需求，通过SMA接口与地波雷达天线连接。
Claims (10)
1.一种地波雷达信号校准源，其特征在于，该校准源包括信号产生控制模块、电源模块、信号调理电路；所述信号产生控制模块包括微控制器，以及与该微控制器信号连接的数字频率合成器；所述数字频率合成器外接晶体振荡器作为其外部时钟频率源；所述信号调理电路包括顺次信号连接的射频变压器、低通滤波器及天线接口，其中射频变压器的输入端与数字频率合成器的输出端连接；所述电源模块用于向其他部件供电，包括电池及电源管理单元。
2.如权利要求1所述地波雷达信号校准源，其特征在于，所述低通滤波器与天线接口通过一个功率放大器连接。
3.如权利要求2所述地波雷达信号校准源，其特征在于，所述功率放大器为HMC474芯片。
4.如权利要求1所述地波雷达信号校准源，其特征在于，所述数字频率合成器为AD9859芯片。
5.如权利要求1所述地波雷达信号校准源，其特征在于，所述晶体振荡器为截止频率为20MHz的晶体振荡器。
6.如权利要求5所述地波雷达信号校准源，其特征在于，所述晶体振荡器为有源晶体振荡器。
7.如权利要求1所述地波雷达信号校准源，其特征在于，所述微控制器为ARM9开发板。
8.如权利要求1所述地波雷达信号校准源，其特征在于，所述低通滤波器为7阶模拟椭圆形滤波器。
9.如权利要求1所述地波雷达信号校准源，其特征在于，所述电池为8.4V锂离子充电电池，所述电源管理单元包括分别与电池电连接的多个变压器件，将电池电压转换为各部件所需的电压。
10.如权利要求1所述地波雷达信号校准源，其特征在于，所述天线接口为SMA接口。
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