CN206179324U - 固态雷达发射机教学演示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于雷达发射实验技术领域，具体涉及固态雷达发射机教学演示系统，包括波形产生器、1本振、2本振、上变频器、功率放大器、功率分配器、功放支路1、功放支路2、功放支路3、功放支路4、移相与衰减器、功率合成器、双向定向耦合器、隔离器、负载组合、控制模块、模拟开关组1、模拟开关组2、数据采集卡、触屏工控机和电源，1本振、2本振和波形产生器与上变频器、功率放大器和功率分配器连接，功率分配器分四条支路与功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4连接，功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4的输出端、功率合成器、双向定向耦合器、隔离器和负载组合连接。目的是：解决现目前缺乏雷达发射实验平台的问题。

Description

固态雷达发射机教学演示系统

技术领域

本实用新型属于雷达发射实验技术领域，具体涉及固态雷达发射机教学演示系统。

背景技术

随着科学技术的不断进步，雷达发射技术在国民经济各个行业中的应用越来越广泛，国家教育也越来越重视雷达发射技术专业人才的培养。然而，由于缺乏雷达发射实验平台，理论知识的讲解始终无法有效地提高学员对雷达发射机的认识和理解，学员的实践能力和动手能力往往比较弱，这无疑是一个亟待解决的迫切问题，对培养一批雷达发射技术专业高素质人才事关重大。

实用新型内容

本实用新型的目的是：旨在提供固态雷达发射机教学演示系统，用以解决现目前缺乏雷达发射实验平台带来学员对雷达发射技术认识不够、理解不深、实践能力和动手能力较弱的问题。

为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：固态雷达发射机教学演示系统，包括波形产生器、1本振、2本振、上变频器、功率放大器、功率分配器、功放支路1、功放支路2、功放支路3、功放支路4、移相与衰减器、功率合成器、双向定向耦合器、隔离器、负载组合、控制模块、模拟开关组1、模拟开关组2、数据采集卡、触屏工控机和电源，所述的控制模块的输出端分六条支路输出，其中第一条和第二条输出支路分别与1本振和2本振的输入端连接，所述1本振、2本振和波形产生器的输出端与上变频器的输入端连接，所述的上变频器、功率放大器和功率分配器依次连接，所述功率分配器的输出端分四条支路分别与功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4连接，所述的移相与衰减器设置于功率分配器与功放支路1之间，所述功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4的输出端与功率合成器的输入端连接，所述的功率合成器、双向定向耦合器、隔离器和负载组合依次连接；所述控制模块的第三条输出支路与移相与衰减器的输入端连接；所述控制模块的第四条输出支路与模拟开关组1的输入端连接，模拟开关组1的输入端还与各部件的电源输入相连接，所述模拟开关组1的输出端与电源连接；所述控制模块的第五条输出支路与模拟开关组2相连接，所述的模拟开关组2的输入端还与各部件的信号输出端连接，所述模拟开关组2、数据采集卡、触屏工控机和控制模块顺次连接构成回路；所述控制模块的第六条输出支路与触屏工控机连接构成指令支路。

采用上述技术方案的实用新型，系统上电后，需要对每个部件的电源进行上电选择，以保证每个部件正常工作，系统电源正常后，选择波形产生器的参数和1本振通过上变频器一次变频变成315M的射频信号，然后选择2本振的频率点与2本振进行二混频，产915M-1035M的射频信号，915M-1035M的射频信号首先通过功率放大器将信号放大到35dB，然后四路功分给四个功放支路，每一路功放大到37dB，然后四路合成，合成的信号通过双向定向耦合器，隔离器，负载组合输出。这样的平台设计，可以满足学员对雷达发射机主要性能参数的测量需要，使学员熟悉雷达发射信号的特点，对雷达发射机的组成、工作原理、工作过程、信号流程等具有形象直观的认识，提高对雷达发射机的维护保障能力，对提高学员对固态雷达发射机的认识和理解能力，提高学员的实践和动手能力，培养高水平的人才具有十分重要的意义，并为相应的科研提供一个实验平台。

进一步，还包括正反向检测，所述双向定向耦合器的一条输出支路与正反向检测的输入端连接。

还包括正反向检测，所述双向定向耦合器的一条输出支路与正反向检测的输入端连接，这样的设计，可以进行正反向检测，使用方便。

进一步，所述的波形产生器采用DDS技术，所述的波形产生器包括差分电平转换、DSP、FLASH、控制电路、SRAM、D/A、放大和滤波。

所述的波形产生器采用DDS技术，所述的波形产生器包括差分电平转换、DSP、FLASH、控制电路、SRAM、D/A、放大和滤波，这样的设计，波形产生器采用DDS技术，直接合成雷达非线性调频信号波形，具有信号波形种类多，波形转换迅速等特点。

进一步，所述的控制电路为EPLD。所述的控制电路为EPLD，这样的设计，波形数据的加载速度非常快。

进一步，所述的1本振和2本振包括分倍频、谐波发生器、混频、放大、滤波和高速开关。

所述的1本振和2本振包括分倍频、谐波发生器、混频、放大、滤波和高速开关，这样的设计，具有跳频时间短、速度快的特点。

进一步，所述的上变频器包括衰减器、一混频、滤波器、二混频、功放和隔离器。

所述的上变频器包括衰减器、一混频、滤波器、二混频、功放和隔离器，这样的设计，混频反应较快，产生发射用的发射信号，为发射机提供发射样本信号。

进一步，所述的功率放大器、功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4采用MW6S010NR1型功放管。

所述的功率放大器、功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4采用MW6S010NR1型功放管，这样的设计，工作频率和输出功率均较佳。

进一步，所述的功率分配器和功率合成器采用Wilkinson2路级联结构。

所述的功率分配器和功率合成器采用Wilkinson2路级联结构，这样的设计，效果较好。

进一步，所述的负载组合包括25Ω、50Ω、75Ω、开路和短路五种。

所述的负载组合包括25Ω、50Ω、75Ω、开路和短路五种，这样的设计，可以让学员认识到固态雷达发射机在不同负载状态下模拟雷达的不同匹配。

附图说明

本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本实用新型固态雷达发射机教学演示系统的实施例的结构示意图，为各部分电源输入，其中(n)为各部分耦合检波输出，其中(n)＝(1)，(2)，(3)……(11)；

图2是本实用新型固态雷达发射机教学演示系统中波形产生器的结构示意图；

图3是本实用新型固态雷达发射机教学演示系统中1本振和2本振的结构示意图；

图4是本实用新型固态雷达发射机教学演示系统中上变频器的结构示意图；

图5是本实用新型固态雷达发射机教学演示系统中功率放大器、功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实用新型的固态雷达发射机教学演示系统，包括波形产生器、1本振、2本振、上变频器、功率放大器、功率分配器、功放支路1、功放支路2、功放支路3、功放支路4、移相与衰减器、功率合成器、双向定向耦合器、隔离器、负载组合、控制模块、模拟开关组1、模拟开关组2、数据采集卡、触屏工控机、电源和正反向检测，波形产生器采用DDS技术，波形产生器包括差分电平转换、DSP、FLASH、EPLD控制电路、SRAM、D/A、放大和滤波，1本振和2本振包括分倍频、谐波发生器、混频、放大、滤波和高速开关，上变频器包括衰减器、一混频、滤波器、二混频、功放和隔离器，功率放大器、功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4采用MW6S010NR1型功放管，功率分配器和功率合成器 采用Wilkinson2路级联结构，负载组合包括25Ω、50Ω、75Ω、开路和短路五种，控制模块的输出端分六条支路输出，其中第一条和第二条输出支路分别与1本振和2本振的输入端连接，1本振、2本振和波形产生器的输出端与上变频器的输入端连接，上变频器、功率放大器和功率分配器依次连接，功率分配器的输出端分四条支路分别与功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4连接，移相与衰减器设置于功率分配器与功放支路1之间，功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4的输出端与功率合成器的输入端连接，功率合成器、双向定向耦合器、隔离器和负载组合依次连接，双向定向耦合器的一条输出支路与正反向检测的输入端连接；控制模块的第三条输出支路与移相与衰减器的输入端连接；控制模块的第四条输出支路与模拟开关组1的输入端连接，模拟开关组1的输入端还与各部件的电源输入相连接，模拟开关组1的输出端与电源连接；控制模块的第五条输出支路与模拟开关组2相连接，模拟开关组2的输入端还与各部件的信号输出端连接，模拟开关组2、数据采集卡、触屏工控机和控制模块顺次连接构成回路；控制模块的第六条输出支路与触屏工控机连接构成指令支路。

本实施例中，系统上电后，需要对每个部件的电源进行上电选择，以保证每个部件正常工作，系统电源正常后，选择波形产生器的参数和1本振通过上变频器一次变频变成315M的射频信号，然后选择2本振的频率点与2本振进行二混频，产生915M-1035M的射频信号，915M-1035M的射频信号首先通过功率放大器将信号放大到35dB，然后四路功分给四个功放支路，每一路功放大到37dB，然后四路合成，合成的信号通过双向定向耦合器，隔离器，负载组合输出。

波形产生器通过数字DDS技术能够产生15M固定载频信号、非线性调频信号、线性调频信号、相位编码脉冲序列的中频信号，信号的工作频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、信号带宽(固定载频除外)可以通过上位机来调整，以满足不同实验的需求，能够让学员清楚的了解不同类型信号的时域和频域波形区别，使学员对雷达信号有一个明确的认识。波形产生器的工作原理为：波形产生器接通电源后，DSP将存储在FLASH里的波形数据通过EPLD控制电路加载到SRAM中，经过D/A变换后滤波得到非线性调频信号波形，来自控制模块的波形选择差分信号经差分电平转换后可以控制EPLD在多种信号波形中选择任意一种波形参数输出，计算与DSP进行通讯，实现实时波形数据加载与刷新。波形产生器的主要技术性能指标为：工作频率：15MHz，脉冲宽度：1uS、5uS、10uS、50uS、200uS、变脉冲宽度，脉冲重复频率：300Hz、400Hz、500Hz，信号带宽(固定载频除外)：1MHz、2MHz、3MHz，输出功率：≥3dBm，杂散抑制：-50dBc，谐波抑制：-20dBc。

1本振是一个255M的点频信号，2本振是一个由直接数字合成的频率信号，它能够直接 合成1160MHz-1305MHz的频率信号，步进5MHz，通过上位机来进行频率设置。1本振利用基频提供的60MHz信号，采用直接频率合成技术，通过分倍频、谐波发生器、混频、放大、滤波、高速开关等电路，产生从1140MHz-1305MHz的25个工作频率点，由于发挥了直接频率合成技术所具有的跳频时间短的特点，使得频率源分机在不同频率间切换的跳频时间达到了2us的高速度。1本振的主要技术性能指标为：频率：300MHz，输出功率：≥3dBm，杂散抑制：-50dBc，谐波抑制：-20dBc，2本振的主要技术性能指标为：频率：1160MHz-1305MHz；步进5MHz，输出功率：3-6dBm，杂散抑制：-50dBc，谐波抑制：-20dBc。

上变频器是将波形产生器输入的信号波形经过两次上变频后为发射机提供发射激励信号，为整机测试提供300MHz信号，上变频器将来自波形产生器的15MHz信号先与1本振进行混频得到315MHz信号，经滤波放大后与2本振信号再次混频，再经过滤波放大等电路，形成915MHz-1035MHz的发射激励信号。上变频器主要功能是把波形产生器产生的中频信号与1本振和2本振的信号混频，产生发射用射频信号，为发射机提供发射样本信号。上变频器的主要技术性能指标为：输出频率：915MHz-1035MHz；步进5MHz，输入功率：≥3dBm，输出功率：≥20dBm，杂散抑制：-50dBc，谐波抑制：-20dBc。

功率分配器将发射激励信号功分成4路同幅同相的信号分别给四路功率放大器，四路功率放大器将来自功率分配器的信号放大37dB后通过功率合成器进行功率合成，合成后的射频信号功率约47.2dBm，学员可以通过功率合成器之前和功率合成后来了解固态雷达功率合成的来龙去脉。功率合成器合成的信号经过隔离器后输出，能够有效保护输出端在阻抗不匹配的情况下对电路的保护，以防止驻波过大的反射对电路的损坏，因此隔离器在固态雷达发射机中也起着至关重要作用。功率分配器和功率合成器主要是在Wilkinson2路功率分配器和功率合成器的基础上完成的，功率分配器、功率合成器采用了Wilkinson2路功率分配器、功率合成器级联的形式。Wilkinson 2路功率合成器是Wilkinson N路功率合成器在N＝2时的一种特殊情况，因此我们只需弄清楚Wilkinson N路功率合成器的原理。带有隔离电阻的Wilkinson N路功率等分器是1960年提出的，外形是一段同轴线，其内导体是空心的，外导体是接地的屏蔽器，一端是输入接头，另一端是N个输出接头，排列成星形布置，属于同一类接头，输入电阻内阻及N个负载均为ZO。在功率分配器中，输入同轴线的内导体被分成n个锯齿，每个锯齿与一公共结点间接有隔离电阻R，锯齿长度及各支路传输线长度为λ/4。由于对称性，可见输入功率将平均分配于n个输出端，得到同相同模的输出。反过来，同相同模的n路输入亦可被合并成n倍的功率输出，当功率从合成端输入时隔离电阻上无功率损耗，因为各个传输支路是同电位的，故无电流通过隔离电阻，但当某一输出端失配，致使有反射波折回，则此反射功率将分拆开：一部分经过隔离电阻到达其它输出端；另一部分沿锯齿片 走到输入端，然后又反射回来，沿各个锯齿到达各个输出端，如果隔离电阻尺寸很小而可视为集总元件时，则它的电长度可近似地认为是零，由于各锯齿的长度为λ/4，电长度在中心频率时为π/2，因而往返二次电长度是π，因此到达各个输出端的两部分信号是反相的。可以证明，只要适当选择隔离电阻和支线的特征阻抗值，就可以使这两部分信号幅度相等，因而彼此相消，这就是利用隔离电阻R达到各分支端口之间的隔离的原理。功率分配器和功率合成器的主要技术性能指标为：频率范围：915MHz-1035MHz，耐功率：50W，插入损耗：小于0.3dB。

移相与衰减器也在功率合成中起到了举足轻重的作用，在功率分配器分出来的四路功放前级信号中，原理上只有四路同相的功率信号进行放大，同相的信号进行合成，输出功率才是最大的，因此在保证前三相的功放前级信号同相，移动第四路功放前级信号的相位，就能够直观的看到，相位一致性在固态雷达合成技术中的重要意义。移相与衰减器的主要技术性能指标为：频率范围：915MHz-1035MHz，耐功率：5W，衰减范围：0-15dB，数字移相范围：0-360°(4位8步移相)。

来自上变频器的射频信号被前级功率放大器放大后经过功率分配器分成四路，四路信号分别被功放支路1、功放支路2、功放支路3、功放支路4放大再经过功率合成器合成。功率放大器和功放支路1、功放支路2、功放支路3、功放支路4使用freescale公司的MW6S010NR1型功放管，其工作电压为DC28V，增益为18dB，工作频率450-1500MHz,最大输出功率为10W，功率放大器和功放支路1、功放支路2、功放支路3、功放支路4的介质板介电常数为2.55，度是0.8mm，功率放大器和功放支路1、功放支路2、功放支路3、功放支路4的主要技术性能指标为：输入功率：≥10dBm，输出功率：≥37dBm(大于5W)，杂散抑制：-50dBc，谐波抑制：-20dBc。

双向定向耦合器通过在主通道中耦合一部分信号，供固态雷达发射机平台检测雷达信号特征以及监控雷达发射状态时使用。双向定向耦合器的主要技术性能指标为：频率范围：915MHz-1035MHz，耐功率：50W，插入损耗：小于0.5dB，耦合度：≥18dB。

隔离器的主要技术性能指标为：频率范围：915MHz-1035MHz，耐功率：50W，隔离度：20dB。

负载组合可以让学员认识到固态雷达发射机平台在通过五种负载(25Ω、50Ω、75Ω、开路、短路)的情况下模拟雷达的不同匹配。负载组合的主要技术性能指标为：频率范围：915MHz-1035MHz，耐功率：50W。

电源的主要技术性能指标为：+12V±0.2V 3A纹波小于30mv；+28V±0.3V 6A纹波小于50mv。

上述实施例仅示例性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.固态雷达发射机教学演示系统，其特征在于：包括波形产生器、1本振、2本振、上变频器、功率放大器、功率分配器、功放支路1、功放支路2、功放支路3、功放支路4、移相与衰减器、功率合成器、双向定向耦合器、隔离器、负载组合、控制模块、模拟开关组1、模拟开关组2、数据采集卡、触屏工控机和电源，所述的控制模块的输出端分六条支路输出，其中第一条和第二条输出支路分别与1本振和2本振的输入端连接，所述1本振、2本振和波形产生器的输出端与上变频器的输入端连接，所述的上变频器、功率放大器和功率分配器依次连接，所述功率分配器的输出端分四条支路分别与功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4连接，所述的移相与衰减器设置于功率分配器与功放支路1之间，所述功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4的输出端与功率合成器的输入端连接，所述的功率合成器、双向定向耦合器、隔离器和负载组合依次连接；所述控制模块的第三条输出支路与移相与衰减器的输入端连接；所述控制模块的第四条输出支路与模拟开关组1的输入端连接，模拟开关组1的输入端还与各部件的电源输入相连接，所述模拟开关组1的输出端与电源连接；所述控制模块的第五条输出支路与模拟开关组2相连接，所述的模拟开关组2的输入端还与各部件的信号输出端连接，所述模拟开关组2、数据采集卡、触屏工控机和控制模块顺次连接构成回路；所述控制模块的第六条输出支路与触屏工控机连接构成指令支路，还包括正反向检测，所述双向定向耦合器的一条输出支路与正反向检测的输入端连接，所述的波形产生器采用DDS技术，所述的波形产生器包括差分电平转换、DSP、FLASH、控制电路、SRAM、D/A、放大和滤波，所述的控制电路为EPLD，所述的1本振和2本振包括分倍频、谐波发生器、混频、放大、滤波和高速开关，所述的上变频器包括衰减器、一混频、滤波器、二混频、功放和隔离器，所述的功率放大器、功放支路1、功放支路2、功放支路3和功放支路4采用MW6S010NR1型功放管，所述的功率分配器和功率合成器采用Wilkinson2路级联结构，所述的负载组合包括25Ω、50Ω、75Ω、开路和短路五种。