CN205643751U - 一种数字探空仪发射系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字探空仪发射系统，包括单片机、副载波振荡器、载波振荡器、淬频振荡器和发射天线；单片机通过副载波振荡器与载波振荡器相连；淬频振荡器和发射天线分别与载波振荡器相连。利用本实用新型发射系统能有效进行探空仪信号发射，结构简单、频率谐调方便。

Description

一种数字探空仪发射系统

技术领域

本实用新型属于气象技术领域，具体涉及一种用于气象探测的数字探空仪发射系统。

背景技术

大气环境和我们的生活息息相关，随着科学技术的不断进步，我们对大气环境的认识也越来越深刻。气象探测是通过探测地球大气的温度、湿度和气压等要素的垂直分布情况来了解和预报天气情况，这与人们日常生活有着密切联系。无线电探空仪因其探测数据实时、高效，已成为高空气象探测中最常用的探测工具。探空仪作为一个便携式的自供电设备随气球升空，不再回收。这种工作模式就要求它体积小、重量轻、可靠性高、成本低。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种重量轻、体积小、使用便携、成本低的发射系统。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种数字探空仪发射系统，包括单片机、副载波振荡器、载波振荡器、淬频振荡器和发射天线；单片机通过副载波振荡器与载波振荡器相连；淬频振荡器和发射天线分别与载波振荡器相连。

副载波振荡器包括调制电路和负压产生电路；单片机依次通过调制电路、负压产生电路与载波振荡器相连。

发射天线采用线状阵子天线。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：利用本实用新型发射系统能有效进行探空仪信号发射，结构简单、频率谐调方便。

附图说明

图1为本实用新型发射系统的结构框图；

图2为图1中调制电路的原理图；

图3为图1中负压产生电路的原理图；

图4为图1中淬频振荡器的电路原理图；

图5为图1中载波振荡器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型数字探空仪发射系统包括单片机、副载波振荡器、载波振荡器、淬频振荡器和发射天线。副载波振荡器包括调制电路和负压产生电路；单片机依次通过调制电路、负压产生电路与载波振荡器相连。淬频振荡器和发射天线分别与载波振荡器相连。

单片机采用PIC系列单片机，产生32.7KHz信号，探空仪上传感器将采集到的气象信息输入至单片机内，该P、T、U信息（气压、温度、湿度传感器信息）经调制电路后被调制到32.7KHz方波信号上，调制后的32.7KHz方波信号经负压产生电路（如图3所示），通过放大、反相和改变占空比，产生负压后，才能按照系统指标的要求去调制载波信号。

结合图2，调制电路包括P1，P2，P3，U2，U3，所述P1的1引脚连接在R1与C1之间，C1另一端接地，R1另一端接电源；所述P2的1引脚悬空，2引脚接PORT2，3引脚地，4引脚连接R2，R2的另一端接ACC；所述P3的1、2引脚接VCC，3引脚接地；单片机U1的9、10引脚连接Y1、C2、C3然后接地，所述U2的1、2引脚接PORT2，3引脚接U1的13引脚，4、5引脚接U1的24引脚，7引脚接地，8引脚接32.7KHz，8引脚接U1的12引脚14引脚连接VCC和C4，C4接地。所述U3的1、2引脚接U1的17引脚，14引脚接VCC5，其中C6与C5并联后接地。

结合图3，负压产生电路包括C25、C24、C9、C16、R23、R3、R4、R5、RP1、V1、V2、V3、V6、V7，所述的R3、R4并联后接地，所述R23与C9串联在V2的基极，V1一端接在C9与V2基极之间，一端接地；所述的R5与RP1连接在V3的集电极，C16与V7串联后接地，V6一端接在C16与V7之间，一端接在32.7KHz负压信号的输出上。从U1的8引脚输出32.7KHz的方波信号经过C25、C24滤波，R23减小幅值，C9滤波直流分量后，输出的方波信号产生负压。方波信号经过C9后的负压和正压幅度并不是等分的，主要是V1的作用，当32.7KHz交流信号到达二极管V1的负极时，负压通过V1到地，由于地是“0”电位，而V1通过的导通电压在0.6-0.7V之间，所以C9输出的正弦波的负压被限制在-0.6--0.7V。当V2，V3都导通时，C9输出的方波信号，经过V2、V3的两个b-e接到地。32.7KHz方波信号经过V2、V3放大、反相后，经过可调电位器RP1降幅，C16滤除直流分量后，输出的信号负压测得在-11.2V左右，正压则由于V6、V7限幅，负压通过V6直接加载到振荡管V8的基极。

传感器输入的气象信息二进制码通过P2端子的PORT2端口输入到与门器件U2的1、2脚，二者相与之后输入到单片机U1的13引脚。经过U1控制程序处理后，从U1的17脚RC6输出，经过与非门U3反相处理后，再输入到与门U2的10脚，该反相信号通过U1的12脚RC1输出的32.7KHz的方波信号相与，之后从U1的8脚输出到后续负压产生电路。这样，通过对气象信息二进制码的反相；实现数字0状态，发射机受32.7KHzd的方波调制；数字1状态，发射机只受800KH调制。

如图4所示，淬频振荡器为一个电容三点式的振荡器，用以产生淬频信号。淬频信号是用于控制振荡器的间歇振荡状态，通过周期性的强制关闭振荡管起振，使其稳定在某一频率。当外界信号激励时，就会改变振荡器的起振状态，或者是延长饱和状态的振荡时间，或是增大不饱和状态时振荡信号的幅度。这样就使得振荡器输出的信号包络与无外界激励时的信号包络明显不同，从而便于后续接收电路识别和解调。800KHz的淬频信号，是一种正玄波，用来提高再生应答的接收灵敏度，由本实用新型淬频振荡器产生的。在实际电路设计中，处于超再生工作状态的载波振荡器，在受到800KHz正玄波信号淬频的影响下，载波振荡器应答的重复频率与淬频相等，此状态称为“同步”或称基本频率的“擒获”。在这种同步状态下，载波振荡器振荡状态下不能达到饱和，称之为“欠饱和”。一旦接收到地面雷达0.8us询问脉冲后，载波振荡器在0.8us期间内产生谐振荡，振荡强度立即从“欠饱和”达到饱和，从而使这个饱和状态下的淬频幅度高于其他淬频幅度，称之为应答“鼓包”。在0.8us谐振荡期间，超高频晶体管基极回路电流增大，使负偏压降低，造成“鼓包”后的第一个淬频“失步”，这样就会在一连串800KHz间歇振荡频率中，少了一个800KHz波形，故而形成“缺口”。

载波振荡器，用于产生1.675GHz的超高频信号，作为探空仪的载波信号，800KHz的淬频信号和32.7KHz方波信号都要调制到该载波信号上，然后通过前端的发射天线发射出去。当地面雷达接收到该探空仪发射系统发射的载波信号后，通过检波获得的信号就包括三个信号：800KHz淬频信号，根据800KHz淬频信号的“鼓包”和“缺口”，可获得探空仪的实时高度信息。通过解调32.7副载波（32.7KHz方波信号）即可获得信息二进制码。

结合图4，淬频振荡器包括R9、R11、R6、R7、R8、C17、C27、C15、V5。结合图5所示，载波振荡器是由超高频晶体管V9，电阻R10、R13、R14、R15、R16，电位器RP2，电感L12、L3、L4，电容C18、C19、C20、C22、C26、C29、可变电容C8和变压器T1构成。R11与C17并联后，一端接R9，另一端接到V5的基极，C15与R7串联后、与R6、R8并联连接在V5的发射极， C27与V5并联后接在T1的1引脚。C18一端连接T1的4引脚，另一端接地。 R13、R14与RP2串联后，一端分别接与R10一端和电源VCC12相连，另一端接T1的3引脚，R10另一端接T1的4引脚。C19与C20分别接T的3与2引脚，然后接地。所述的L12一端接电源VCC12，另一端与R15和R16并联后接V9的集电极，C22一端接地，另一端接V9的集电极，C8与C26串联后接在V8的基极，L4一端接V8的发射极， L3和C29并联后一端与L4另一端相连，另一端接地。C19与C20在载波振荡器电路中是耦合电容，C22、C29是振荡电容，振荡电路的选频电路是C29与L3并联后再分别和C22、L4串联构成谐振选频电路，电容C26放在V9的基极是用来高频滤波的，既滤除振荡器输出信号包含的高次谐波分量，也滤除天线接收的载波信号的高次谐波分量。电感L12接在电源端是为了保护电源，阻止超高频振荡信号馈入电源造成电源损坏。C22也是用来滤除振荡信号里的高次谐波，以防止它对电源信号的干扰。电阻R15、R16并联连接在电源和三极管V9的集电极之间，既是为了给三极管V9设置合适的集电极静态工作点，也是引入电流负反馈，当振荡管集电极电流增大时，R15、R16的两端电压增大，从而减小了振荡器集电极电压，进而减小集电极电流，从而保护振荡管V9，以免集电极电流过大而击穿。使用两个电阻并联在电源和三极管V9的集电极两端也是防止集电极电流过大烧穿电阻，并联可以分流，减小每个电阻的负荷。气象信号经过副载波振荡器调制后，依次通过电容C26和可变电容C8输入到探空仪天线上。

发射天线安装在发射系统前端，并随探空气球升上天空，而且是一次性的，不可回收的，所以对天线的要求必须成本低、简单、方便、实用。探空仪发射天线选用线状阵子天线，线状阵子天线简单方便、成本低。线状阵子天线包括单极子天线和偶极子天线。考虑到当阵子天线的一臂加在发射机PCB前端后，阵子天线的一臂和PCB板长条状的金属地等效构成了一个偶极子天线，当然该偶极子天线的两臂不一定等长。由于发射机PCB板尺寸是固定的，即该偶极子天线的一臂是固定的，所以这里只需设计该线状阵子天线的另一臂。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (4)

1.一种数字探空仪发射系统，其特征在于：包括单片机、副载波振荡器、载波振荡器、淬频振荡器和发射天线；所述单片机通过副载波振荡器与载波振荡器相连；所述淬频振荡器和发射天线分别与所述载波振荡器相连。

2.根据权利要求1所述的数字探空仪发射系统，其特征在于：所述副载波振荡器包括调制电路和负压产生电路；所述单片机依次通过调制电路、负压产生电路与载波振荡器相连。

3.根据权利要求1所述的数字探空仪发射系统，其特征在于：所述发射天线采用线状阵子天线。

4.根据权利要求2所述的数字探空仪发射系统，其特征在于：所述载波振荡器由超高频晶体管V9，电阻R10、R13、R14、R15、R16，电位器RP2，电感L12、L3、L4，电容C18、C19、C20、C22、C26、C29、可变电容C8和变压器T1构成； C18一端连接T1的4引脚，另一端接地； R13、R14与RP2串联后，一端分别接与R10一端和电源VCC12相连，另一端接T1的3引脚，R10另一端接T1的4引脚；C19与C20分别接T的3与2引脚，然后接地；所述L12一端接电源VCC12，另一端与R15和R16并联后接V9的集电极，C22一端接地，另一端接V9的集电极，C8与C26串联后接在V8的基极，L4一端接V8的发射极， L3和C29并联后一端与L4另一端相连，另一端接地。