[发明专利]一种VHF频段雷电信号模拟器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种VHF频段雷电信号模拟器，适用于无人机载领域。

背景技术

雷电是大气中云间或云地间大量的正负电子聚集饱和之后瞬间释放的一种常见的自然现象，其在发生过程中释放巨大能量，具有大电流、高电压、强电磁辐射的特征。虽然与干旱、咫风、地震等自然灾害相比，雷电灾害造成的经济财产损失和人员伤害并不是那么突出，但是随着社会信息化和数字化的深入，雷电灾害对人类社会的威胁日益加大，尤其是金融、通信、电力、保险、国防等要害部门的数据安全和设备稳定运行更是突出。因此人们对雷电灾害的防护提出了更高的要求。

上世纪80年代末期我国不少科研机构开始开展雷电定位技术研究，目前己经形成了一定的技术能力。但是国内不论是从宽带干涉仪还是从窄带干涉仪基础上发展起来的测向定位系统，在数据采集，来波方向估计和时差估计，特别是大数据量的数据采集和存储方面还没有完备的实现技术。因此，国内的雷电探测系统普遍关注于地闪雷电信号的分析及其定位技术，至今还没有完备的云闪雷电观测的自主研制系统。以华中科技大学为主要力量承担的“十一五”国家科技支撑重点世界各国都相当重视雷电监测定位新技术的研究和应用，雷电探测定位系统，在雷电的监测、定位以及防护等研究领域处于核心位置，可为雷电灾害的预报、灾害快速定位以及灾后重建提供重要信息依据。目前，几乎所有的发达国家和地区都建立了全国或地区性的雷电监测网络。随着我国从事雷电灾害及探测研究的投入不断加大，相应的雷电监测预报系统己经逐步投入运行。因此，在结合雷电探测定位系统的实际应用需求，从理论方案的论证、设备器件选型到系统硬件实现，提出一种雷电信号模拟器设计的完整解决方案，以为相关雷电监测预报系统后续调试提供帮助具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种VHF频段雷电信号模拟器，通过对模拟电路的设计优化提高了信号源输出信号抗杂波干扰能力；消除了辐射信号通带内的噪声和杂散信号影响；通过多级低噪声放大器级联组合提高了输出信号功率，同时有效抑制了放大器因非线性失真造成的信号频谱杂乱，使得雷电信号模拟器输出信号的频谱非常干净。电路结构紧凑，体积小，工作稳定，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干扰性和可靠性。

本发明所采用的技术方案是。

VHF频段雷电信号模拟器由锁相环功能电路、时钟驱动功能电路、低噪声功率放大电路、动态斜坡补偿电路设计组成。

所述锁相环功能电路选用硅矽公司(Silicon Laboratories)生产的Si4133双波段锁相环芯片为核心器件，该芯片提供射频、中频输出，拥有24-pin TSSOP与28-pin QFN两种不同封装，需使用3.0V直流电源为该芯片供电。

所述时钟驱动功能电路选择光纳米半导体公司(ONSemi)生产的输出电平转换率平均时延在ns数量级甚至更低的，能够提供ECL差分信号。输出的MC100LVEP16时钟驱动芯片为核心器件。ECL电路由差分管和射随器组成,ECL电路可有效减小时钟相位抖动，具有输入阻抗大，抗共模干扰能力强，信号检测能力高，驱动能力强等特点。由于所选择的时钟分频配置电路的输出阻抗为高阻，为保持电路前后端阻抗匹配，需要对电路进行阻抗匹配。另一方面，时钟驱动芯片输出直流耦合电平，仅适用于近距离传输时钟信号的情况。因此，电路布局要求驱动芯片与DA尽可能接近，同时要求印制电路板铜箔阻抗与信号线阻抗匹配。

所述低噪声功率放大电路采用微电子电路公司(Mini-Circuits)生产的Gali_5+型低噪声功率放大器作为核心器件。Gali-5型低噪声功率放大器在配合适当的R, L, C元件组成外围电路其增益可达24dB，而相应噪声系数为却仅为0.68dB，非常适合应用在雷电信号模拟器中。由于功率放大器在工作时自身发热温度较高，在具体印制电路板布局布线时要求芯片底部与地平面接触良好以利于散热。该功能电路适用于两级放大电路。

所述动态斜坡补偿电路采用BiCOMS工艺，可以根据输人、输出电压变化而自动改变补偿信号斜率的动态斜坡补偿电路。放大器A1，电阻R1,R2,R3,R4组成了一个减法器电路。M3，MQ，M5组成电流镜，M1、M2为Q2管提供电压偏置，M3为Q2管提供电流偏置。

本发明的有益效果是：提高了输出信号功率，同时有效抑制了放大器因非线性失真造成的信号频谱杂乱，电路结构紧凑，体积小，工作稳定，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干扰性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。