[發明專利]一種VHF頻段雷電信號模擬器

在審

• 申請號: 201610746021.7
• 申請日: 2016-08-29
• 公開（公告）號: CN107800494A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 徐萍
• 申請（專利權）人: 徐萍
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及一種VHF頻段雷電信號模擬器，適用于無人機載領域。

背景技術

雷電是大氣中云間或云地間大量的正負電子聚集飽和之后瞬間釋放的一種常見的自然現象，其在發生過程中釋放巨大能量，具有大電流、高電壓、強電磁輻射的特征。雖然與干旱、咫風、地震等自然災害相比，雷電災害造成的經濟財產損失和人員傷害并不是那么突出，但是隨著社會信息化和數字化的深入，雷電災害對人類社會的威脅日益加大，尤其是金融、通信、電力、保險、國防等要害部門的數據安全和設備穩定運行更是突出。因此人們對雷電災害的防護提出了更高的要求。

上世紀80年代末期我國不少科研機構開始開展雷電定位技術研究，目前己經形成了一定的技術能力。但是國內不論是從寬帶干涉儀還是從窄帶干涉儀基礎上發展起來的測向定位系統，在數據采集，來波方向估計和時差估計，特別是大數據量的數據采集和存儲方面還沒有完備的實現技術。因此，國內的雷電探測系統普遍關注于地閃雷電信號的分析及其定位技術，至今還沒有完備的云閃雷電觀測的自主研制系統。以華中科技大學為主要力量承擔的“十一五”國家科技支撐重點世界各國都相當重視雷電監測定位新技術的研究和應用，雷電探測定位系統，在雷電的監測、定位以及防護等研究領域處于核心位置，可為雷電災害的預報、災害快速定位以及災后重建提供重要信息依據。目前，幾乎所有的發達國家和地區都建立了全國或地區性的雷電監測網絡。隨著我國從事雷電災害及探測研究的投入不斷加大，相應的雷電監測預報系統己經逐步投入運行。因此，在結合雷電探測定位系統的實際應用需求，從理論方案的論證、設備器件選型到系統硬件實現，提出一種雷電信號模擬器設計的完整解決方案，以為相關雷電監測預報系統后續調試提供幫助具有重要意義。

發明內容

本發明提供一種VHF頻段雷電信號模擬器，通過對模擬電路的設計優化提高了信號源輸出信號抗雜波干擾能力；消除了輻射信號通帶內的噪聲和雜散信號影響；通過多級低噪聲放大器級聯組合提高了輸出信號功率，同時有效抑制了放大器因非線性失真造成的信號頻譜雜亂，使得雷電信號模擬器輸出信號的頻譜非常干凈。電路結構緊湊，體積小，工作穩定，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干擾性和可靠性。

本發明所采用的技術方案是。

VHF頻段雷電信號模擬器由鎖相環功能電路、時鐘驅動功能電路、低噪聲功率放大電路、動態斜坡補償電路設計組成。

所述鎖相環功能電路選用硅矽公司(Silicon Laboratories)生產的Si4133雙波段鎖相環芯片為核心器件，該芯片提供射頻、中頻輸出，擁有24-pin TSSOP與28-pin QFN兩種不同封裝，需使用3.0V直流電源為該芯片供電。

所述時鐘驅動功能電路選擇光納米半導體公司(ONSemi)生產的輸出電平轉換率平均時延在ns數量級甚至更低的，能夠提供ECL差分信號。輸出的MC100LVEP16時鐘驅動芯片為核心器件。ECL電路由差分管和射隨器組成,ECL電路可有效減小時鐘相位抖動，具有輸入阻抗大，抗共模干擾能力強，信號檢測能力高，驅動能力強等特點。由于所選擇的時鐘分頻配置電路的輸出阻抗為高阻，為保持電路前后端阻抗匹配，需要對電路進行阻抗匹配。另一方面，時鐘驅動芯片輸出直流耦合電平，僅適用于近距離傳輸時鐘信號的情況。因此，電路布局要求驅動芯片與DA盡可能接近，同時要求印制電路板銅箔阻抗與信號線阻抗匹配。

所述低噪聲功率放大電路采用微電子電路公司(Mini-Circuits)生產的Gali_5+型低噪聲功率放大器作為核心器件。Gali-5型低噪聲功率放大器在配合適當的R, L, C元件組成外圍電路其增益可達24dB，而相應噪聲系數為卻僅為0.68dB，非常適合應用在雷電信號模擬器中。由于功率放大器在工作時自身發熱溫度較高，在具體印制電路板布局布線時要求芯片底部與地平面接觸良好以利于散熱。該功能電路適用于兩級放大電路。

所述動態斜坡補償電路采用BiCOMS工藝，可以根據輸人、輸出電壓變化而自動改變補償信號斜率的動態斜坡補償電路。放大器A1，電阻R1,R2,R3,R4組成了一個減法器電路。M3，MQ，M5組成電流鏡，M1、M2為Q2管提供電壓偏置，M3為Q2管提供電流偏置。

本發明的有益效果是：提高了輸出信號功率，同時有效抑制了放大器因非線性失真造成的信號頻譜雜亂，電路結構緊湊，體積小，工作穩定，提高了工作效率，功耗低，且具有良好的抗干擾性和可靠性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。