CN212905417U - 一种机动式边界层风廓线雷达发射机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种机动式边界层风廓线雷达发射机，利用50W脉冲功率放大模块用于对RF射频信号进行脉冲调制和一级功率放大，得到一级功率放大后的脉冲射频信号；一级功率放大后的脉冲射频信号经过一分二威尔金森功分器分别传输给两个700W脉冲功率放大模块进行二级功率放大，分别得到两个二级功率放大后的脉冲射频信号；两个二级功率放大后的脉冲射频信号通过二合一威尔金森合成器进行信号合成。本实用新型最终的输出信号的功率达到1.4KW，提升了功率大小，满足机动式边界层风廓线雷达发射机的要求，且结构简单、性能稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及雷达发射机技术领域，尤其是一种机动式边界层风廓线雷达发射机。
背景技术
机动式边界层风廓线雷达具有较强的机动性和无人值守能力以及环境适应性,可用于边界层大气风场的观测和数值预报，局地环境气体污染扩散过程观测，机场空域气流监测，灾害性气象服务。能改善数值天气预报系统对预报天气的准确率，改善短期天气预报和临近预报的效果。机动式边界层风廓线雷达由天线、发射机、接收机、监控单元、信号处理单元、数字处理终端、数据视频通讯和载车等系统组成。
其中，机动式边界层风廓线雷达的发射机要求具备功率放大、结构简单、性能稳定的功能。
实用新型内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种机动式边界层风廓线雷达发射机，能够满足机动式边界层风廓线雷达发射机的要求，且本实用新型的结构简单、性能稳定。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案，包括：
一种机动式边界层风廓线雷达发射机，包括：按照信号传输方向依次连接的前级组件和末级组件；
所述前级组件包括：前级脉冲功率放大模块；
所述末级组件包括：一分二威尔金森功分器、第一末级脉冲功率放大模块、第二末级脉冲功率放大模块、第一隔离器、第二隔离器、二合一威尔金森合成器；
前级脉冲功率放大模块输入RF射频信号和差分调制信号，前级脉冲功率放大模块用于对RF射频信号进行脉冲调制和一级功率放大，得到一级功率放大后带有调制脉冲的射频信号即一级功率放大后的脉冲射频信号；
前级脉冲功率放大模块的输出端分别连接一分二威尔金森功分器的两个输入端，一分二威尔金森功分器的两个输出端分别连接第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块的输入端；前级脉冲功率放大模块输出的一级功率放大后的脉冲射频信号经过一分二威尔金森功分器分别传输给第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块，第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块分别用于对一级功率放大后的脉冲射频信号进行二级功率放大，分别得到两个二级功率放大后的脉冲射频信号；
第一末级脉冲功率放大模块的输出端和第二末级脉冲功率放大模块的输出端分别连接二合一威尔金森合成器的两个输入端，第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块输出的二级功率放大后的脉冲射频信号通过二合一威尔金森合成器进行信号合成，二合一威尔金森合成器的输出信号即为得到末级组件的输出信号。
所述前级脉冲功率放大模块为50W脉冲功率放大模块；所述前级脉冲功率放大模块输出的一级功率放大后的脉冲射频信号即为输出功率约50W的脉冲射频信号。
所述第一末级脉冲功率放大模块和所述第二末级脉冲功率放大模块均为700W脉冲功率放大模块，第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块输出的二级功率放大后的脉冲射频信号即为两个功率约700W的脉冲射频信号；
二合一威尔金森合成器的输出信号即为功率约1.4KW的脉冲射频信号。
所述末级组件还包括：衰减器；
前级脉冲功率放大模块的输出端先与衰减器的输入端相连接，衰减器的输出端再与一分二威尔金森功分器的输入端相连接；衰减器用于对前级脉冲功率放大模块输出的一级功率放大后的脉冲射频信号进行功率调整，将一级功率放大后的脉冲射频信号的功率调整为末级组件所要求输入的功率。
所述末级组件还包括：两个隔离器；
第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块的输出端先分别与该两个隔离器的输入端相连接，该两个隔离器的输出端再分别与二合一威尔金森合成器的两个输入端相连接；隔离器用于防止电路的反射功率过大导致功率管芯片被烧毁。
所述前级组件还包括：前级监控模块；
前级监控模块用于与雷达主监控进行通讯，实现发射机内部故障的连锁保护；
前级监控模块用于采集前级脉冲功率放大模块输出的一级功率放大后的脉冲射频信号，对一级功率放大后的脉冲射频信号进行功率检测、脉宽检测、工作比检测，并将检测结果发送给雷达主监控；前级监控模块用于采集前级组件的内部温度；前级监控模块还用于对前级组件的电源供电情况进行检测，并将检测结果发送给雷达主监控；
前级监控模块用于对发射机进行切断保护。
所述末级组件还包括：末级监控模块；
末级监控模块与前级监控模块之间通讯连接；
末级监控模块用于对末级组件的输出信号即二合一威尔金森合成器的输出信号进行功率检测，并将检测结果通过前级监控模块发送给雷达主监控；末级监控模块用于采集末级组件的内部温度；末级监控模块还用于对末级组件的电源供电情况进行检测，并将检测结果通过前级监控模块发送给雷达主监控。
所述末级监控模块为一个BITE小信号电路，BITE小信号电路与前级监控模块之间为串行通讯，BITE小信号电路的电源供电检测为直流电平取样，温度检测为温度继电器节点状态采用，BITE小信号电路的温度要求为-40℃～50℃范围内稳定。
50W脉冲功率放大模块采用型号为MMPA1213-47的功率管芯片。
700W脉冲功率放大模块采用型号为PTVA12600的功率管芯片。
本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型的发射机的末级组件采用两个700W脉冲功率放大模块合成输出，使得输出信号的功率达到1.4KW，提升了功率大小。
(2)本实用新型的前级监控模块和末级监控模块提高了电路的可靠性。
(3)本实用新型的设计使得发射机的结构尺寸的大幅度减小，重量也减轻了一半。
(4)根据机动式边界层风廓线雷达发射机的要求，本实用新型能够实现1280±10MHz、10dBmW的RF射频信号至1.4KW的微波功率放大。本实用新型具有机内故障检测、故障定位、故障指示、故障保护的功能，且故障定位可具体到每个可更换单元。本实用新型为雷达系统的连接提供满足总体要求的信号接口，以实现雷达系统的遥控操作和状态监视。
附图说明
图1为本实用新型的一种机动式边界层风廓线雷达发射机的架构示意图。
图2为本实用新型的一种机动式边界层风廓线雷达发射机的电路连接图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
由图1所示，本实用新型的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，包括：前级组件1、末级组件2、散热风扇；其中，
前级组件1输入功率为8dBm～12dBm的RF射频信号，前级组件1输出功率约为50W的脉冲射频信号；前级组件1的输出端连接末级组件2的输入端；末级组件2的输入即为前级组件1所输出的功率约为50W的射频信号；末级组件2输出功率大于1KW的脉冲射频信号。
本实施例中，散热风扇按耗散功率210W进行选择；散热风扇可选择ebm－papst的型号为5656S的交流风机，其尺寸为135×135×38mm，轴承结构为双滚珠轴承，工作温度范围为-40℃～+75℃，功率约30W，风量约为235m3/h。整个雷达发射机系统的冷却需7～8只散热风扇，总风量约达1645～1880m3/h。
本实施例中，将前级组件1、末级组件2、散热风扇设计为一体的结构，即整个雷达发射机系统为一体的结构，且散热风扇设置于前级组件1和末级组件2之间。
由图1所示，前级组件1包括：50W脉冲功率放大模块11、前级监控模块12；本实施例中，50W脉冲功率放大模块11采用石家庄新园电子股份有限公司生产的型号为MMPA1213-47的功率管芯片。
由图1所示，末级组件2包括：衰减器21、一分二威尔金森功分器22、两个700W脉冲功率放大模块23、两个隔离器24、二合一威尔金森合成器25、末级监控模块26；本实施例中，700W脉冲功率放大模块23采用德国Infineon公司生产的型号为PTVA12600的功率管芯片，一分二威尔金森功分器22和二合一威尔金森合成器25的散热面材质均为铜。
50W脉冲功率放大模块11输入功率为8dBm～12dBm的RF射频信号和差分调制信号，50W脉冲功率放大模块11对RF射频信号进行脉冲调制和功率放大，50W脉冲功率放大模块11输出功率约为50W的脉冲射频信号；
50W脉冲功率放大模块11的输出端与衰减器21的输入端相连接，将功率约为50W的脉冲射频信号送入衰减器21进行功率调整，将脉冲射频信号的功率调整为末级组件所要求输入的功率；
衰减器21的输出端与一分二威尔金森功分器22的输入端相连接，一分二威尔金森功分器22的两个输出端分别与两个700W脉冲功率放大模块23的输入端相连接，通过两个700W脉冲功率放大模块23分别对功率调整后的脉冲射频信号进行功率放大，分别放大为功率约为700W的脉冲射频信号；
两个700W脉冲功率放大模块23的输出端分别与两个隔离器24的输入端相连接；隔离器24用于防止电路的反射功率过大导致功率管芯片被烧毁；本实施例中，隔离器24的型号为LTP-0923BW-3；两个隔离器24的输出端分别与二合一威尔金森合成器25的两个输入端相连接；二合一威尔金森合成器25将两个功率约为700W的脉冲射频信号进行合成，合成后得到功率约为1.4KW的脉冲射频信号；
经二合一威尔金森合成器25合成后输出的脉冲射频信号即为末级组件的输出信号，二合一威尔金森合成器25的输出端通过一分二功分器一路与末级监控模块26的输入端相连接，另一路直接输出。
本实施例中，前级组件1的供电为13V直流电，末级组件2的供电为50V直流电。
前级监控模块12与雷达主监控进行通讯，实现发射机内部故障的连锁保护；
前级监控模块12采集50W脉冲功率放大模块11输出的脉冲射频信号，对50W脉冲功率放大模块11输出的脉冲射频信号进行功率检测、脉宽检测、工作比检测，并将检测结果发送给雷达主监控，前级监控模块12还进行过脉宽、过工作比的判断，若脉宽或工作比超过设定的范围，则实时反馈给雷达主监控，并及时对发射机进行切断保护；
前级监控模块12还采集前级组件1的内部温度，并进行过温度的判断，若温度超过设定的范围，则实时反馈给雷达主监控，并及时对发射机进行切断保护；
前级监控模块12还对前级组件1的电源供电情况进行检测，若供电异常，则实时反馈给雷达主监控；
前级监控模块12与末级监控模块26之间通讯连接；
末级监控模块26对末级组件2的输出信号即二合一威尔金森合成器25合成后输出的脉冲射频信号进行功率检测，并将检测结果通过前级监控模块12发送给雷达主监控；
末级监控模块26还采集末级组件2的内部温度，并进行过温度的判断，若温度超过设定的范围，则通过前级监控模块12实时反馈给雷达主监控，并及时对发射机进行切断保护；
末级监控模块26还对末级组件2的电源供电情况进行检测，若供电异常，则通过前级监控模块12实时反馈给雷达主监控。
本实施例中，末级监控模块26为一个BITE小信号电路，BITE小信号电路与前级监控模块之间为串行通讯，BITE小信号电路的电源供电检测为直流电平取样，温度检测为温度继电器节点状态采用，BITE小信号电路的温度要求为-40℃～50℃范围内稳定。
由图2所示，本实用新型的一种机动式边界层风廓线雷达发射机的电路结构为：
前级组件1的50W脉冲功率放大模块11即MMPA1213-47的功率管芯片输入功率为8dBm～12dBm的RF射频信号、差分调制信号、13V直流电；50W脉冲功率放大模块11输出功率约为50W的脉冲射频信号；
50W脉冲功率放大模块11输出端与衰减器21的输入端相连接，衰减器21的输出端与一分二威尔金森功分器22的输入端相连接，一分二威尔金森功分器22的两个输出端分别与两个700W脉冲功率放大模块23即PTVA12700的功率管芯片的输入端相连接，两个700W脉冲功率放大模块23即PTVA12700的功率管芯片均为50V直流电供电，两个700W脉冲功率放大模块23即PTVA12700的功率管芯片的输出端分别连接两个隔离器24即LTP-0923BW-3的输入端，两个隔离器24即LTP-0923BW-3的输出端分别与二合一威尔金森合成器25的两个输入端相连接；二合一威尔金森合成器25将两个功率约为700W的脉冲射频信号进行合成，合成后得到功率约为1.4KW的脉冲射频信号。
其中，电容器C7、C8、C15、C16、C25、C26、C33、C34均为10uF，电容器C5、C6、C13、C14、C23、C24、C31、C32均为1uF，电容器C1、C2、C3、C4、C11、C12、C19、C20、C21、C22、C29、C30均为56pF，电容器C17、C18、C35、C36均为100uF，电容器C9、C10、C27、C28均为24pF；电阻R1、R2、R7、R8均为10Ω，电阻R3、R4、R5、R6、R9、R10、R11、R12均为5.6Ω。
电阻R3、R4、R9、R10的一端接入一个电压幅值为3.2V带有TTL的栅极调制脉冲信号VGS，栅极调制信号VGS具备控制功率管开启和关断的作用。
对末级组件模块2输出的射频脉冲信号进行采样，并送到检波二极管的一端，且检波二极管的另一端接到检波输出口，检查末级组件模块2输出的射频脉冲信号的波形是否正确。
以上仅为本实用新型创造的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型创造，凡在本实用新型创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，包括：按照信号传输方向依次连接的前级组件(1)和末级组件(2)；
所述前级组件(1)包括：前级脉冲功率放大模块；
所述末级组件(2)包括：一分二威尔金森功分器(22)、第一末级脉冲功率放大模块、第二末级脉冲功率放大模块、第一隔离器、第二隔离器、二合一威尔金森合成器(25)；
前级脉冲功率放大模块输入RF射频信号和差分调制信号，前级脉冲功率放大模块用于对RF射频信号进行脉冲调制和一级功率放大，得到一级功率放大后带有调制脉冲的射频信号即一级功率放大后的脉冲射频信号；
前级脉冲功率放大模块的输出端分别连接一分二威尔金森功分器(22)的两个输入端，一分二威尔金森功分器(22)的两个输出端分别连接第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块的输入端；前级脉冲功率放大模块输出的一级功率放大后的脉冲射频信号经过一分二威尔金森功分器(22)分别传输给第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块，第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块分别用于对一级功率放大后的脉冲射频信号进行二级功率放大，分别得到两个二级功率放大后的脉冲射频信号；
第一末级脉冲功率放大模块的输出端和第二末级脉冲功率放大模块的输出端分别连接二合一威尔金森合成器(25)的两个输入端，第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块输出的二级功率放大后的脉冲射频信号通过二合一威尔金森合成器(25)进行信号合成，二合一威尔金森合成器(25)的输出信号即为得到末级组件(2)的输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，所述前级脉冲功率放大模块为50W脉冲功率放大模块(11)；所述前级脉冲功率放大模块输出的一级功率放大后的脉冲射频信号即为输出功率约50W的脉冲射频信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，所述第一末级脉冲功率放大模块和所述第二末级脉冲功率放大模块均为700W脉冲功率放大模块(23)，第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块输出的二级功率放大后的脉冲射频信号即为两个功率约700W的脉冲射频信号；
二合一威尔金森合成器(25)的输出信号即为功率约1.4KW的脉冲射频信号。
4.根据权利要求1所述的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，所述末级组件(2)还包括：衰减器(21)；
前级脉冲功率放大模块的输出端先与衰减器(21)的输入端相连接，衰减器(21)的输出端再与一分二威尔金森功分器(22)的输入端相连接；衰减器(21)用于对前级脉冲功率放大模块输出的一级功率放大后的脉冲射频信号进行功率调整，将一级功率放大后的脉冲射频信号的功率调整为末级组件(2)所要求输入的功率。
5.根据权利要求1所述的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，所述末级组件(2)还包括：两个隔离器(24)；
第一末级脉冲功率放大模块和第二末级脉冲功率放大模块的输出端先分别与该两个隔离器(24)的输入端相连接，该两个隔离器(24)的输出端再分别与二合一威尔金森合成器(25)的两个输入端相连接；隔离器(24)用于防止电路的反射功率过大导致功率管芯片被烧毁。
6.根据权利要求1所述的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，所述前级组件(1)还包括：前级监控模块(12)；
前级监控模块(12)用于与雷达主监控进行通讯，实现发射机内部故障的连锁保护；
前级监控模块(12)用于采集前级脉冲功率放大模块输出的一级功率放大后的脉冲射频信号，对一级功率放大后的脉冲射频信号进行功率检测、脉宽检测、工作比检测，并将检测结果发送给雷达主监控；前级监控模块(12)用于采集前级组件(1)的内部温度；前级监控模块(12)还用于对前级组件(1)的电源供电情况进行检测，并将检测结果发送给雷达主监控；
前级监控模块(12)用于对发射机进行切断保护。
7.根据权利要求6所述的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，所述末级组件(2)还包括：末级监控模块(26)；
末级监控模块(26)与前级监控模块(12)之间通讯连接；
末级监控模块(26)用于对末级组件(2)的输出信号即二合一威尔金森合成器(25)的输出信号进行功率检测，并将检测结果通过前级监控模块(12)发送给雷达主监控；末级监控模块(26)用于采集末级组件(2)的内部温度；末级监控模块(26)还用于对末级组件(2)的电源供电情况进行检测，并将检测结果通过前级监控模块(12)发送给雷达主监控。
8.根据权利要求7所述的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，所述末级监控模块(26)为一个BITE小信号电路，BITE小信号电路与前级监控模块(12)之间为串行通讯，BITE小信号电路的电源供电检测为直流电平取样，温度检测为温度继电器节点状态采用，BITE小信号电路的温度要求为-40℃～50℃范围内稳定。
9.根据权利要求2所述的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，50W脉冲功率放大模块(11)采用型号为MMPA1213-47的功率管芯片。
10.根据权利要求3所述的一种机动式边界层风廓线雷达发射机，其特征在于，700W脉冲功率放大模块(23)采用型号为PTVA12600的功率管芯片。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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