23.8G大气测量系统研制总结报告(1)

1、23.8G大气测量系统研制总结报告1 发射机构成1.1 发射机系统组成喇叭天线 波导激励器隔离器MSA接口用于标定耿管振荡器定向耦合器 混频器 波导激励器电 源预留备用 1.2 振荡器1.2.1振荡器构成振荡器采用德国进口PHEMT振荡器，精度高，稳定性好。对于振荡频率的调节专门设计了可调微波支节结构。细微的调节采用电压控制。频率：23.8GHz,功率：5dBm。1.2.2 振荡器的稳定性问题在第一轮试验中，发现功率输出的稳定性不够。经分析认为：虽然馈源有良好的驻波系数，但是辐射器直接与自由空间相通，会有一部分反射回波，由于漫反射及多路径效应，反射的回波有一定统计分布，通俗的说是很杂乱的，任何

2、无线电波传输和发射都有这个规律。由于这个原因，增加了隔离器。 加装隔离器后，在定向耦合器处标定功率很稳定。关于振荡器的频率稳定性和功率稳定性问题，主要靠温度控制保证。关于温度控制问题，专门章节讨论。1.3 波导激励器 振荡器为微带平面结构，为了和波导辐射器进行了连接，设计了波导激励器结构。此结构为小型微带天线振源辐射器。位于耿管振荡器的反面，通过两层板进行内部连接。波导激励器直接和bj220波导连接，形成了波导结构的振荡器。1.4 定向耦器 定向耦合器为双孔定向耦合器结构，波导的宽边耦合。上下主副波导双层结构。用HFSS仿真设计，一次加工调试成功。耦合口过渡到SMA接口。方便与测试设备连接。

3、耦合度为10dB，插入损耗0.2dB。1.5 隔离器 隔离器为购买的成品，反向隔离度大于20dB，正向损耗小于0.5dB，电压驻波比小于1.2。1.6 喇叭天线天线为25dB标准增益喇叭，铝材线切割而成。坚固耐用，稳定性好，易于结构连接。1.7 电源 发射机电源为1.5V可调电源，供电电流为10mA。2 接收机构成2.1 接收机系统组成检波输出喇叭天线定向耦合器混频器电源本振低噪声放大器频率模块 2.2 喇叭天线 与发射天线相同的结构。参见相关章节。2.3 低噪声放大器 低噪声放大器提供40dB增益，噪声系数小于3.3dB。2.4 本振 本振振荡器采用和发射机振荡器相同的原理和结构形式。2.5

4、 混频器混频器采用环行混频器。与本振制作在同一块微带电路板上。为外差式接收机体制。本系统采用一次变频，这样结构相对简单，对于只有损耗测量的系统是较为优化的体系形式。2.6 中频模块中频为20MHz的信号，经两级滤波和低噪声放大后，进行检波。检波信号送数据采集卡。在中频模块中，对增益控制、动态和步进进行了调节。根据实际的使用需要，输出电压的中值调整为1V。系统动态范围:30dB(还需进一步测试)；系统分辨度：0.1dB(还需进一步测试)；系统分辨率：+24mV/dB噪底：0.3V3 数据采集系统数据采集系统采用功能强大的“”数据采集卡，通用性强，方便二次开发。通过数据采集软件的编程，可以对采集数

5、据进行滤波、处理、存储，并设计适合用户使用的界面。4 温控系统的开发4.1 保温机箱研发机箱内衬4公分厚保温材料，有较小的导热系数，目的是维持机箱内电子设备的温度。4.2 温控原理温控目的是给电子设备提供恒温工作环境。恒温器由温控器、加热器及电源构成。加热的功率取决于被控元件和外部空间的导热系数。设定的恒温温度为50度。本温度可调整，根据夏天最热的天气内部的最高温度设定。本设备采用遮阳通风装置，为了避免阳光直射使温度过高。冬天的温度需要电能来维持，功率约40W。恒温装置和需要进一步的调试。5 作用距离雷达方程 由于采用较高增益天线（25dB），波束宽度约为10（不是很窄，又考虑较好的方向性），

6、为此项目特别研制了低噪声放大器，中放采用滤波及低噪声放大，使得本系统有较好的作用距离，5公里至10公里（待进一步测试验证）。发射功率1mW，对周围环境产生辐射危害极低，满足国家标准。6 系统的标校6.1 发射机和接收机的标校发射机和接收机有耦合输出口，直接可以用功率计、频谱仪等设备进行测量和标校。6.2 系统标校 将系统的各个部分安装调试完毕，数据采集卡可以正常读取数据。在发射机和接收机处连接功率计或频谱仪及微波信号源等设备进行标校。标校的结果可以写入数据采集卡。7 本系统特点（1）K波段系统行业内研究较少，各个分系统全部采用自研，微波元件也大部分为自研，成果显著。（2）采用标准化接口，适合批量生产，成本在行业内相比不高。（3）温控提高稳定性。（4）数据采集卡开发式体系功能强大、方便二次开发和缩短研制周期。8 需进一步研究内容（1）设计小型化天线，减小体积。（2）较小局部温度控制还需进一步研究，减少热功耗。（3）MOS工艺芯片