CN214623019U - 一种冲激脉冲信号发射系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冲激脉冲信号发射系统，包括至少两个用于输出第一冲激脉冲信号的MOS管，用于将各MOS管输出的第一冲激脉冲信号合成为一路第二冲激脉冲信号的功率合成器，功率合成器的输出端与发射天线电连接；其中发射天线的输出信号为所述冲激脉冲信号发射系统的输出信号；还包括用于将功率合成器输出的第二冲激脉冲信号分成一组差分冲激脉冲信号输出的功率分配器，所述功率分配器接在功率合成器与发射天线之间；所述发射天线为用于将所述差分冲激脉冲信号求差并转换成一路第三冲激脉冲信号发射输出的差分天线。本实用新型能够获得高能量高重频的冲激脉冲信号，且抗干扰性能好。

Description

一种冲激脉冲信号发射系统

技术领域

本实用新型特别涉及一种冲激脉冲信号发射系统。

背景技术

超宽带雷达凭借其穿透性强、分辨率高、近距离盲区小的突出优势而广泛应用于应急救援、安监安防、城市建设、战场搜索等军民领域。而纳秒级窄脉冲发射机是各类冲激脉冲超宽带雷达的核心部件，脉冲发射机的稳定度、脉冲能量等参数均影响到雷达实际探测性能。而高重频有利于脉冲能量快速累积，实现在强噪声下提取微弱人体微动目标；高能量单脉冲是本质上提高目标信噪比的方法，因此高能量、高重频一直是脉冲发射机技术研发的主要方向。

虽然利用真空器件单管即可实现高能量冲激脉冲信号输出，但这类系统体积较大，不适合作为便携式应急救援装备中的冲激脉冲发射机。另外，由于真空管价格偏高，与真空管相应的配套模块技术要求高，因而基于真空管的雷达研发制造成本较高，研发难度大。

基于上述理由，现有应用于应急救援雷达中的脉冲发射机大量采用单个MOS管的设计方案，这种方案系统体积小巧、成本相对低。

然而，MOS管为微功率器件，基于单个MOS管的冲激脉冲发射机具有以下缺点：

第一，使用单管产生的冲激脉冲由于MOS管硬件条件的限制，其能量普遍较低，将导致发射信号功率较低，使雷达的探测范围受到限制，并且在使用相干积累时会导致积累时间较长，会需要较长的检测时间，使得虚警漏报的概率增大，难以实现高性能探测。

第二，MOS管为微功率器件，即使其工作在极限状态下也无法发射高能量脉冲。在实际设计中，基于单个MOS管的冲激脉冲发射机无法同时实现高能量和高重频输出，需要由工程师根据实际需求做一定取舍。在极限状态下，脉冲重复频率无法提高。低重复频率脉冲在单位时间内发射的脉冲数量较少，在探测时获得的回波积累较少，输出信噪比较小，导致探测的距离较短。

第三，现有单端输出的冲激脉冲信号即为MOS管输出信号与GND(地线)的电压差，获得的冲激脉冲信号幅度较低，探测范围较小，且在受到外界干扰时，只有单端输出的一端发生变化，抗干扰性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种改进了的冲激脉冲信号发射系统。

为解决现有技术中基于单个MOS管的冲激脉冲信号发射机无法同时实现高能量和高重频输出的技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种冲激脉冲信号发射系统，其特点是包括至少两个用于输出第一冲激脉冲信号的MOS管，用于将各MOS管输出的第一冲激脉冲信号合成为一路第二冲激脉冲信号的功率合成器，功率合成器的输出端与发射天线电连接；其中发射天线的输出信号为所述冲激脉冲信号发射系统的输出信号。

借由上述结构，本实用新型使用至少两个MOS管产生至少两路相同的第一冲激脉冲信号，再使用功率合成器对各路第一冲激脉冲信号进行合成，得到一路高能量的第二冲激脉冲信号，能够增大雷达的探测范围，提高雷达的探测性能。由于脉冲信号的能量较高，因此各MOS管均可以工作在额定工作状态，可以大幅提高脉冲信号的重频性能，即提高发射信号的重复频率，增加单位时间内的脉冲数量，能够获得更多的回波数量，提高能量积累，改善雷达输出的信噪比，增大探测范围；提高检测时相干积累的速度，加快检测目标的速度，从而降低虚警漏报的概率，提高雷达的检测性能。

为了解决现有技术中冲激脉冲信号抗干扰性差的技术问题，进一步地，还包括用于将功率合成器输出的第二冲激脉冲信号分成一组差分冲激脉冲信号输出的功率分配器，所述功率分配器接在功率合成器与发射天线之间；所述发射天线为用于将所述差分冲激脉冲信号求差并转换成一路第三冲激脉冲信号发射输出的差分天线。

借由上述结构，使用功率分配器对合成得到的第二冲激脉冲信号进行分配，产生一组反向的差分冲激脉冲信号，将该组差分冲激脉冲信号求差后转换成一路第三冲激脉冲信号发射输出，即将现有常规的单端输出方式改成差分输出，能够有效抑制共模干扰，提高抗干扰能力。

本实用新型中，如何利用MOS管获得一路冲激脉冲信号，如何将多路信号合成为一路信号，如何将一路信号分配成一组差分信号，差分信号如何接入差分天线并最终发射信号，均属于现有技术，在此不需要详细叙述，也不会影响本领域的技术人员对本实用新型的理解和实现。同时，本实用新型不涉及到软件或方法的改进，属于实用新型的保护客体。

与现有技术相比，本实用新型能够获得高能量高重频的冲激脉冲信号，且抗干扰性能好。

附图说明

图1为本实用新型冲激脉冲信号发射系统方框图。

图2为本实用新型冲激脉冲信号发射系统一具体实例的电路原理图。

图3为利用现有技术获得的冲激脉冲信号图。

图4为利用图2中所示冲激脉冲信号发射系统获得的冲激脉冲信号图。

其中，Q1、Q2、……、Qn为MOS管；U为功率合成器；T为功率分配器；C16、C17为电容组件；F为发射天线。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的冲激脉冲信号发射系统包括至少两个用于输出第一冲激脉冲信号的MOS管Q1、Q2、……、Qn，用于将各MOS管Q1、Q2、……、Qn输出的第一冲激脉冲信号合成为一路第二冲激脉冲信号的功率合成器U，功率合成器U的输出端通过功率分配器T与发射天线F电连接；其中发射天线F的输出信号为所述冲激脉冲信号发射系统的输出信号。

所述发射天线F为差分天线；所述功率分配器T用于将功率合成器U输出的第二冲激脉冲信号分成一组差分冲激脉冲信号输出，所述发射天线F用于将该组差分冲激脉冲信号求差后转换成一路第三冲激脉冲信号发射输出。

本实用新型使用至少两个MOS管Q1、Q2、……、Qn产生至少两路相同的第一冲激脉冲信号，再使用功率合成器U对各路第一冲激脉冲信号进行合成，得到一路高能量的第二冲激脉冲信号，能够增大雷达的探测范围，提高雷达的探测性能。

由于脉冲信号的能量较高，因此各MOS管Q1、Q2、……、Qn均可以工作在额定工作状态，可以大幅提高脉冲信号的重频性能，即提高发射信号的重复频率，增加单位时间内的脉冲数量，能够获得更多的回波数量，提高能量积累，改善雷达输出的信噪比，增大探测范围；提高检测时相干积累的速度，加快检测目标的速度，从而降低虚警漏报的概率，提高雷达的检测性能。

本实用新型使用功率分配器T对合成得到的第二冲激脉冲信号进行分配，产生一组反向的差分冲激脉冲信号，将该组差分冲激脉冲信号求差后转换成一路第三冲激脉冲信号发射输出，即将现有常规的单端输出方式改成差分输出。由于最终获得的第三冲激脉冲信号的电压峰值是第二冲激脉冲信号的两倍，但是单根线路上的电流保持不变，而在有外部噪声干扰时，两端的信号都会受到干扰，但是，因为最终传输的是两个差分信号之间的电压差，从而外界的共模噪声可以被完全抵消；两差分端信号的极性相反，它们对外辐射的电磁场可以相互抵消，两根线耦合得越紧密，泄露到外界的电磁能量越少，能够有效抑制EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)；两差分传输线可以互为参考，两根线可以互相作为返回路径，能够减轻信号跨线分割带来的影响；相较于普通单端信号需要依靠高低两个阈值电压判断，差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，受工艺、温度的影响小，能降低时序上的误差，时序定位精确。

可以通过增加MOS管Q1、Q2、……、Qn的数量，来提高发射系统的输出信号功率。在后期的扩展和性能优化中，可以根据实际功率需求设置MOS管Q1、Q2、……、Qn的数量，从而机动地调整脉冲能量。通过FPGA的trigger信号触发每个MOS管Q1、Q2、……、Qn同时产生相同的第一冲激脉冲信号，再通过功率合成器U合成为一个高功率的第二冲激脉冲信号，最后再通过功率分配器T分配成一组等幅、反相(相位相差180度)、极性相反的差分信号输出至差分天线，最终获得的是差分信号的差信号，获得高能量高重频抗干扰性能好的第三冲激脉冲信号。

在利用功率合成器U进行功率合成时，可以采用两种方式。第一种是采用二合一的功率合成器U对每两个信号进行功率合成，后续再进行多级合成，最终得到一个高能量的冲激脉冲信号。这种方法结构稍微复杂一些，但易于调整产生脉冲的MOS管Q1、Q2、……、Qn的数量。第二种是使用多路合成的功率合成器U将多个第一冲激脉冲信号直接合成为一路第二冲激脉冲信号。这种方法结构简单，但输入通道数量有限制。

在另一个实施例中，功率合成器U直接通过发射天线F发出高能量高重频的第二冲激脉冲信号，由于没有经过功率分配器T分配成差分信号，因此该实施例没有共模干扰抑制功能。

图2中示出基于两个MOS管的冲激脉冲信号发射系统电路原理，使用两个N沟道增强型MOS管Q1、Q2产生两路第一冲激脉冲信号进行合成，能够增加冲激脉冲信号发射系统最终输出的信号的功率。

如图2所示，通过FPGA产生的trigger信号(在高电平时触发)控制两个N沟道增强型MOS管Q1、Q2都产生同样的高重频的第一冲激脉冲信号(重复频率为400kHz，脉冲最大幅度为100V，脉冲宽带为1GHz)，其中trigger信号连接MOS管Q1、Q2的栅极，MOS管Q1、Q2的源极接地，MOS管Q1、Q2的漏极接上拉电平，通过MOS管Q1、Q2的漏极产生输出第一冲激脉冲信号，然后通过电容组件C16、C17滤除直流噪声分量，再使用二合一功率合成器U将两个相同的高重频第一冲激脉冲信号合成为一个能量较大的高重频第二冲激脉冲信号。最后，使用由线圈组成的功率分配器T产生一组差分冲激脉冲信号P1、P2。该组差分冲激脉冲信号P1、P2输入至差分天线后，差分天线发射输出高能量高重频抗干扰性能好的第三冲激脉冲信号。

图3为利用现有技术获得的冲激脉冲信号图。图4为利用图2中所示冲激脉冲信号发射系统获得的冲激脉冲信号图。图3和图4为示波器的显示结果。由于采用高精度毫伏级示波器，为了避免烧坏示波器，发射天线F的输出信号先经过一个信号衰减器再接入示波器，即，示波器显示的数据是经过衰减的输出数据数据，而不是原始输出数据。从图3和图4可以看出，采用本实用新型发射获得的冲激脉冲信号的幅度远远大于现有技术中采用单管发射机获得的冲激脉冲信号的幅度，可见本实用新型能够获得有效的高能量冲激脉冲信号。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种冲激脉冲信号发射系统，其特征在于，包括至少两个用于输出第一冲激脉冲信号的MOS管(Q1、Q2、……、Qn)，用于将各MOS管(Q1、Q2、……、Qn)输出的第一冲激脉冲信号合成为一路第二冲激脉冲信号的功率合成器(U)，功率合成器(U)的输出端与发射天线(F)电连接；其中发射天线(F)的输出信号为所述冲激脉冲信号发射系统的输出信号。

2.如权利要求1所述的冲激脉冲信号发射系统，其特征在于，还包括用于将功率合成器(U)输出的第二冲激脉冲信号分成一组差分冲激脉冲信号输出的功率分配器(T)，所述功率分配器(T)接在功率合成器(U)与发射天线(F)之间；所述发射天线(F)为用于将所述差分冲激脉冲信号求差并转换成一路第三冲激脉冲信号发射输出的差分天线。

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