CN107329121A - 用于s波段降水粒子散射实验测量的发射电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，包括直流稳压电路、晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器、第一低通滤波电路、带通滤波器、第二射频放大器、第三射频放大器和第二低通滤波电路；晶振参考电路与第一锁相环电路和第二锁相环电路连接，第一锁相环电路与第一射频放大器连接，第一射频放大器依次与第一低通滤波电路、带通滤波器连接和第二射频放大器连接，第二锁相环电路与第三射频放大器连接，第三射频放大器与第二低通滤波电路连接，本发明通过第一锁相环电路产生稳定频率的射频信号，通过第二锁相环电路产生稳定频率的混频本振信号，满足测量要求，输出信号稳定。

Description

用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路

技术领域

本发明涉及雷达探测领域，尤其涉及一种用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路。

背景技术

常规厘米波雷达定量测量降水技术在天气预报，特别是洪涝灾害预报工作中发挥着极为重要的作用。雷达电磁波在大气中传播时会受到云以及降水的影响而发生散射、吸收和衰减等现象，这不仅大大影响了常规雷达的遥感性能，同时还影响了利用雷达数据精确反演降水的微观物理参数。因此研究降水粒子在厘米波段的散射特性对于大气探测、气候遥感等领域有着十分重要的意义。为了更好地利用S波段气象雷达探测与反演降水粒子，目前急需一种发射3GHz频率电磁波的射频发射电路，该发射电路可在实验室内发射电磁信号，为降水粒子的散射特性研究提供支撑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，本用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路能通过第一锁相环电路产生稳定频率的射频信号，通过第二锁相环电路产生稳定频率的混频本振信号，满足测量要求，输出信号稳定。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，包括直流稳压电路、晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器、第一低通滤波电路、带通滤波器、第二射频放大器、第三射频放大器、第二低通滤波电路和发射天线；所述晶振参考电路通过晶振功分电路分别与第一锁相环电路和第二锁相环电路连接，所述第一锁相环电路与第一射频放大器连接，所述第一射频放大器与第一低通滤波电路连接，所述第一低通滤波电路与带通滤波器连接，所述带通滤波器与第二射频放大器连接，所述第二射频放大器与发射天线连接，所述第二锁相环电路与第三射频放大器连接，所述第三射频放大器与第二低通滤波电路连接，所述第二低通滤波电路连接有SMA连接器；所述直流稳压电路分别与晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器、第二射频放大器和第三射频放大器连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一锁相环电路包括第一鉴相器、第一环路滤波电路、第一压控振荡器、第一电阻功分器和第一衰减器，所述第一鉴相器与第一环路滤波电路连接，所述第一环路滤波电路与第一压控振荡器连接，所述第一压控振荡器与第一电阻功分器连接，所述第一电阻功分器分别与第一衰减器和第一射频放大器连接，所述第一衰减器与第一鉴相器连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第二锁相环电路包括第二鉴相器、第二环路滤波电路、第二压控振荡器、第二电阻功分器和第二衰减器，所述第二鉴相器与第二环路滤波电路连接，所述第二环路滤波电路与第二压控振荡器连接，所述第二压控振荡器与第二电阻功分器连接，所述第二电阻功分器分别与第二衰减器和第三射频放大器连接，所述第二衰减器与第二鉴相器连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，还包括PCB电路板，所述直流稳压电路、晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器、第一低通滤波电路、带通滤波器、第二射频放大器、第三射频放大器、第二低通滤波电路、发射天线和SMA连接器均设置在PCB电路板上，所述PCB电路板为双面印制板，PCB电路板的尺寸为205.3mm*247.1mm，PCB电路板的板材为FR4板材，PCB电路板的板厚为1mm，PCB电路板的相对介电常数为4.3。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述晶振参考电路包括恒温晶振Y1、电阻R1、可变电阻R2、电解电容C1、电解电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6，所述恒温晶振Y1的引脚1与可变电阻R2的滑动端连接，所述可变电阻R2的一端连接地线且另一端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端、电解电容C1的正极、电容C3的一端和电容C4的一端与直流稳压电路连接，所述电解电容C1的负极、电容C3的另一端和电容C4的另一端连接地线，所述恒温晶振Y1的引脚5连接地线，所述恒温晶振Y1的引脚3、电解电容C2的正极、电容C5的一端和电容C6的一端与直流稳压电路连接，所述电解电容C2的负极、电容C5的另一端和电容C6的另一端连接地线。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述晶振功分电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C7和电容C8，所述电阻R3的一端与恒温晶振Y1的引脚4连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，所述电阻R4的另一端通过电容C7与第一锁相环电路连接，所述电阻R5的另一端通过电容C8与第二锁相环电路连接。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一环路滤波电路和第二环路滤波电路均包括电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述电容C9的一端、电阻R6的一端、电阻R7的一端均与第一鉴相器或第二鉴相器连接，所述电阻R7的另一端分别与电容C10的一端和电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端、电容C11的一端和电容C12的一端均与第一压控振荡器或第二压控振荡器连接，所述电阻R6的另一端与电容C13的一端连接，所述电容C9的另一端、电容C13的另一端、电容C10的另一端、电容C11的另一端和电容C12的另一端均连接地线。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述第一低通滤波电路和第二低通滤波电路均包括电感L1、电感L2、电感L3、电容C17、电容C14、电容C15和电容C16，所述电感L1的一端和电容C17的一端均与第一射频放大器或第三射频放大器连接，所述电感L1的另一端分别与电容C14的一端和电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端分别与电容C15的一端和电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端和电容C16的一端均与带通滤波器或SMA连接器连接，所述电容C17的另一端、电容C14的另一端、电容C15的另一端和电容C16的另一端均连接地线。

本发明可以通过第一锁相环电路输出3.000GHz的射频信号，可以通过第二锁相环电路输出3.002GHz的射频信号，第一锁相环电路和第二锁相环电路的结构相同。均通过外部电路的单片机向锁相环芯片写入相应的数据便可控制整个锁相环产生恒定频率的射频信号，第一锁相环电路产生频率为3.000GHz的信号，通过同轴线连接发射天线将其辐射至空间中；第二锁相环电路产生3.002GHz信号，通过同轴线连接至接收电路，作为混频的参考信号。本发明电路简单，成本低廉。可以实现单一频率的输出，输出频率可控，可输出频率范围为2880MHz~3340MHz，大功率输出，其特点如下:一是信号质量高且稳定，频率可控，输出信号稳定，输出的频率可精确到1MHz；二是发射的大功率增加了传输距离，使测量距离更远。

附图说明

图1为本发明的电路原理示意图。

图2为本发明的晶振参考电路的电路图。

图3为本发明的晶振功分电路的电路图。

图4为本发明的第一环路滤波电路或第二环路滤波电路的电路图。

图5为本发明的第一低通滤波电路或第二低通滤波电路的电路图。

图6为本发明的第一锁相环电路输出频率与时间的曲线图。

图7为本发明的频谱仪测得的输出射频信号频谱。

具体实施方式

下面根据图1至图7对本发明的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1，一种用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，包括直流稳压电路1、晶振参考电路2、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器9、第一低通滤波电路10、带通滤波器11、第二射频放大器12、第三射频放大器19、第二低通滤波电路20和发射天线13；所述晶振参考电路2通过晶振功分电路3分别与第一锁相环电路和第二锁相环电路连接，所述第一锁相环电路与第一射频放大器9连接，所述第一射频放大器9与第一低通滤波电路10连接，所述第一低通滤波电路10与带通滤波器11连接，所述带通滤波器11与第二射频放大器12连接，所述第二射频放大器12与发射天线13连接，所述第二锁相环电路与第三射频放大器19连接，所述第三射频放大器19与第二低通滤波电路20连接，所述第二低通滤波电路20连接有SMA连接器；所述直流稳压电路1分别与晶振参考电路2、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器9、第二射频放大器12和第三射频放大器19连接。

进一步地，参见图1，所述第一锁相环电路包括第一鉴相器4、第一环路滤波电路5、第一压控振荡器6、第一电阻功分器7和第一衰减器8，所述第一鉴相器4与第一环路滤波电路5连接，所述第一环路滤波电路5与第一压控振荡器6连接，所述第一压控振荡器6与第一电阻功分器7连接，所述第一电阻功分器7分别与第一衰减器8和第一射频放大器9连接，所述第一衰减器8与第一鉴相器4连接。

进一步地，参见图1，所述第二锁相环电路包括第二鉴相器14、第二环路滤波电路15、第二压控振荡器16、第二电阻功分器17和第二衰减器18，所述第二鉴相器14与第二环路滤波电路15连接，所述第二环路滤波电路15与第二压控振荡器16连接，所述第二压控振荡器16与第二电阻功分器17连接，所述第二电阻功分器17分别与第二衰减器18和第三射频放大器19连接，所述第二衰减器18与第二鉴相器14连接。

进一步地，还包括PCB电路板，所述直流稳压电路1、晶振参考电路2、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器9、第一低通滤波电路10、带通滤波器11、第二射频放大器12、第三射频放大器19、第二低通滤波电路20、发射天线13和SMA连接器均设置在PCB电路板上，所述PCB电路板为双面印制板，PCB电路板的尺寸为205.3mm*247.1mm，PCB电路板的板材为FR4板材，PCB电路板的板厚为1mm，PCB电路板的相对介电常数为4.3。

进一步地，参见图2，所述晶振参考电路2包括恒温晶振Y1、电阻R1、可变电阻R2、电解电容C1、电解电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6，所述恒温晶振Y1的引脚1与可变电阻R2的滑动端连接，所述可变电阻R2的一端连接地线且另一端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端、电解电容C1的正极、电容C3的一端和电容C4的一端与直流稳压电路1连接，所述电解电容C1的负极、电容C3的另一端和电容C4的另一端连接地线，所述恒温晶振Y1的引脚5连接地线，所述恒温晶振Y1的引脚3、电解电容C2的正极、电容C5的一端和电容C6的一端与直流稳压电路1连接，所述电解电容C2的负极、电容C5的另一端和电容C6的另一端连接地线。恒温晶振Y1采用芯片CO27VS05DE-02-10.000。晶振参考电路2的目的是产生10MHz的信号。

进一步地，参见图3，所述晶振功分电路3包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C7和电容C8，所述电阻R3的一端与恒温晶振Y1的引脚4连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，所述电阻R4的另一端通过电容C7与第一锁相环电路连接，所述电阻R5的另一端通过电容C8与第二锁相环电路连接。所述晶振功分电路3由电阻，电容组成，将恒温晶振产生精确的10MHz方波信号提供给两个锁相环的鉴相器作为参考。

进一步地，参见图4，所述第一环路滤波电路5和第二环路滤波电路15均包括电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述电容C9的一端、电阻R6的一端、电阻R7的一端均与第一鉴相器或第二鉴相器连接，所述电阻R7的另一端分别与电容C10的一端和电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端、电容C11的一端和电容C12的一端均与第一压控振荡器或第二压控振荡器连接，所述电阻R6的另一端与电容C13的一端连接，所述电容C9的另一端、电容C13的另一端、电容C10的另一端、电容C11的另一端和电容C12的另一端均连接地线。

进一步地，参见图5，所述第一低通滤波电路10和第二低通滤波电路20均包括电感L1、电感L2、电感L3、电容C17、电容C14、电容C15和电容C16，所述电感L1的一端和电容C17的一端均与第一射频放大器9或第三射频放大器19连接，所述电感L1的另一端分别与电容C14的一端和电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端分别与电容C15的一端和电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端和电容C16的一端均与带通滤波器11或SMA连接器连接，所述电容C17的另一端、电容C14的另一端、电容C15的另一端和电容C16的另一端均连接地线。所述的第一低通滤波电路10和第二低通滤波电路20是将谐波信号以及其他干扰信号滤除，得到有用的信号。

本实施例的晶振参考电路2产生精确的10MHz方波信号通过晶振功分电路3分两路分别提供给第一锁相环电路的第一鉴相器4作为参考信号和第二锁相环电路的第二鉴相器14(注：实际器件是锁相环芯片，它里面集成了鉴相器，还有分频器（将振荡器反馈信号分频）等，鉴相器将两个信号鉴相后经过芯片内部处理后输出偏置电压)作为参考信号，第一压控振荡器6输出的信号反馈给第一鉴相器4，第一鉴相器4内部将第一压控振荡器6反馈的信号分频后与参考信号进行鉴相，并输出一个偏置电压，经过第一环路滤波电路5滤除交流分量得到直流偏置电压，直流偏置电压控制第一压控振荡器6，使第一压控振荡器6输出预设的3.000GHz频率，预设频率是单片机通过数据线向专用的锁相环芯片写入数据从而对频率进行控制，用户可通过键盘修改此频率值。第一锁相环电路输出的信号经过第一射频放大器9放大和第一低通滤波电路10和带通滤波器11滤除杂波后，再经过第二射频放大器12放大，得到最终的3GHz频率信号输出给发射天线13发射的。同理，第二压控振荡器16输出的信号分频后反馈给第二鉴相器14，第二鉴相器14内部将第二压控振荡器16反馈的信号分频后与参考信号进行鉴相，并输出一个偏置电压，偏置电压经过第二环路滤波电路15得到稳定的直流偏置电压控制第二压控振荡器16，从而输出预设的3.002GHz频率。第二锁相环电路输出的信号经过第三射频放大器19放大和第二低通滤波电路20滤除杂波得到最终的3.002GHz频率信号输出给接收电路，通过同轴线连接至接收电路，作为混频的本振信号。（注：电阻功分器是由电阻组成的功分电路，将功率平分至两路。）

图6给出了第一锁相环电路输出信号频率与时间的曲线，可以看出第一锁相环电路锁相时间为20us。图7是用Agilent的频谱仪测得的输出射频信号频谱，可以看出信号为3.000GHz，功率为14.29dBm，其余为噪声信号。由图7实测结果知本发明的适用性。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，其特征在于：包括直流稳压电路、晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器、第一低通滤波电路、带通滤波器、第二射频放大器、第三射频放大器、第二低通滤波电路和发射天线；所述晶振参考电路通过晶振功分电路分别与第一锁相环电路和第二锁相环电路连接，所述第一锁相环电路与第一射频放大器连接，所述第一射频放大器与第一低通滤波电路连接，所述第一低通滤波电路与带通滤波器连接，所述带通滤波器与第二射频放大器连接，所述第二射频放大器与发射天线连接，所述第二锁相环电路与第三射频放大器连接，所述第三射频放大器与第二低通滤波电路连接，所述第二低通滤波电路连接有SMA连接器；所述直流稳压电路分别与晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器、第二射频放大器和第三射频放大器连接。

2.根据权利要求1所述的用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，其特征在于：所述第一锁相环电路包括第一鉴相器、第一环路滤波电路、第一压控振荡器、第一电阻功分器和第一衰减器，所述第一鉴相器与第一环路滤波电路连接，所述第一环路滤波电路与第一压控振荡器连接，所述第一压控振荡器与第一电阻功分器连接，所述第一电阻功分器分别与第一衰减器和第一射频放大器连接，所述第一衰减器与第一鉴相器连接。

3.根据权利要求2所述的用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，其特征在于：所述第二锁相环电路包括第二鉴相器、第二环路滤波电路、第二压控振荡器、第二电阻功分器和第二衰减器，所述第二鉴相器与第二环路滤波电路连接，所述第二环路滤波电路与第二压控振荡器连接，所述第二压控振荡器与第二电阻功分器连接，所述第二电阻功分器分别与第二衰减器和第三射频放大器连接，所述第二衰减器与第二鉴相器连接。

4.根据权利要求1所述的用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，其特征在于：还包括PCB电路板，所述直流稳压电路、晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路、第一射频放大器、第一低通滤波电路、带通滤波器、第二射频放大器、第三射频放大器、第二低通滤波电路、发射天线和SMA连接器均设置在PCB电路板上，所述PCB电路板为双面印制板，PCB电路板的尺寸为205.3mm*247.1mm，PCB电路板的板材为FR4板材，PCB电路板的板厚为1mm，PCB电路板的相对介电常数为4.3。

5.根据权利要求1所述的用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，其特征在于：所述晶振参考电路包括恒温晶振Y1、电阻R1、可变电阻R2、电解电容C1、电解电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6，所述恒温晶振Y1的引脚1与可变电阻R2的滑动端连接，所述可变电阻R2的一端连接地线且另一端与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端、电解电容C1的正极、电容C3的一端和电容C4的一端与直流稳压电路连接，所述电解电容C1的负极、电容C3的另一端和电容C4的另一端连接地线，所述恒温晶振Y1的引脚5连接地线，所述恒温晶振Y1的引脚3、电解电容C2的正极、电容C5的一端和电容C6的一端与直流稳压电路连接，所述电解电容C2的负极、电容C5的另一端和电容C6的另一端连接地线。

6.根据权利要求5所述的用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，其特征在于：所述晶振功分电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C7和电容C8，所述电阻R3的一端与恒温晶振Y1的引脚4连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和电阻R5的一端连接，所述电阻R4的另一端通过电容C7与第一锁相环电路连接，所述电阻R5的另一端通过电容C8与第二锁相环电路连接。

7.根据权利要求6所述的用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，其特征在于：所述第一环路滤波电路和第二环路滤波电路均包括电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电阻R6、电阻R7和电阻R8，所述电容C9的一端、电阻R6的一端、电阻R7的一端均与第一鉴相器或第二鉴相器连接，所述电阻R7的另一端分别与电容C10的一端和电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端、电容C11的一端和电容C12的一端均与第一压控振荡器或第二压控振荡器连接，所述电阻R6的另一端与电容C13的一端连接，所述电容C9的另一端、电容C13的另一端、电容C10的另一端、电容C11的另一端和电容C12的另一端均连接地线。

8.根据权利要求7所述的用于S波段降水粒子散射实验测量的发射电路，其特征在于：所述第一低通滤波电路和第二低通滤波电路均包括电感L1、电感L2、电感L3、电容C17、电容C14、电容C15和电容C16，所述电感L1的一端和电容C17的一端均与第一射频放大器或第三射频放大器连接，所述电感L1的另一端分别与电容C14的一端和电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端分别与电容C15的一端和电感L3的一端连接，所述电感L3的另一端和电容C16的一端均与带通滤波器或SMA连接器连接，所述电容C17的另一端、电容C14的另一端、电容C15的另一端和电容C16的另一端均连接地线。