S波段降水粒子散射测量仪、测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种S波段降水粒子散射测量仪、测量系统及测量方法。该测量仪包括发射电路、接收电路；所述发射电路包括晶振参考电路、晶振功分电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路、发射天线；所述接收电路包括接收天线、多级放大通道、本振信号增益放大电路、混频滤波电路。采用本发明专利技术装置能够在微波暗室内精确地测量降水粒子的散射特性，测试的流程和方法简单易行，成本较低，能够将测得的数据用于雷达的定标以及粒子散射理论计算的对比验证。

【技术实现步骤摘要】
S波段降水粒子散射测量仪、测量系统及测量方法
本专利技术涉及气象雷达探测领域，具体涉及一种可被应用于实验室内完成降水粒子群散射的探测，利于对比理论计算的结果进行以及定标的研究的装置。
技术介绍
常规厘米波雷达定量测量降水技术在天气预报，特别是洪涝灾害预报工作中发挥着极为重要的作用。雷达电磁波在大气中传播时会受到云以及降水的影响而发生散射、吸收和衰减等现象，这不仅大大影响了常规雷达的遥感性能，同时还影响了利用雷达数据精确反演降水的微观物理参数。因此研究降水粒子在厘米波段的散射特性对于大气探测、气候遥感等领域有着十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了弥补现有技术中的空白，提供一种工作频率在3GHz的可用于降水粒子散射探测的微型雷达系统，该系统可准确地在实验室完成可控降水粒子群的散射探测，便于对比理论计算以及定标的研究。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种S波段降水粒子散射测量仪，包括发射电路、接收电路；其中，发射电路包括：晶振参考电路，用于产生10MHz方波信号；晶振功分电路，将晶振参考电路产生的10MHz方波信号分为两路，分别提供给两个锁相环电路；第一锁相环电路，接收晶振功分电路提供的信号，产生频率为3GHz的信号；第二锁相环电路，接收晶振功分电路提供的信号，产生频率为3.002GHz的信号，并通过同轴线连接至所述接收电路；发射天线，接收第一锁相环电路输出的信号，进行发射；直流稳压电路，分别与所述晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路相连；其中，接收电路包括：接收天线，接收回波信号；多级放大通道，将接收的回波信号放大到-20dBm到-10dBm之间；本振信号增益放大电路，接收第二锁相环电路产生的3.002GHz本振信号，放大至10dBm后输出；混频滤波电路，接收放大后的回波信号和本振信号，进行混频并产生中频信号。进一步的，所述发射电路还包括第一射频放大器、第一低通滤波电路、带通滤波电路、第二射频放大器、第三射频放大器、第二低通滤波电路；所述第一锁相环电路依次通过第一射频放大器、第一低通滤波电路、带通滤波电路、第二射频放大器与发射天线相连；所述直流稳压电路分别与第一射频放大器、第二射频放大器、第三射频放大器相连。进一步的，所述第一锁相环电路和第二锁相环电路均包括鉴相器、环路滤波电路、压控振荡器、电阻功分器和衰减器；所述鉴相器依次通过环路滤波电路、压控振荡器与电阻功分器连接；所述衰减器与鉴相器连接；所述第一锁相环电路的电阻功分器分别与对应的衰减器、第一射频放大器连接；所述第二锁相环电路的电阻功分器分别与对应的衰减器、第三射频放大器连接。进一步的，所述晶振参考电路包括恒温晶振Y1、电阻R1、可变电阻R2、电解电容C1、电解电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；所述恒温晶振Y1的引脚1与可变电阻R2的滑动端连接；所述可变电阻R2的一端连接地线，且另一端与电阻R1的一端连接；所述电阻R1的另一端、电解电容C1的正极、电容C3的一端和电容C4的一端与所述直流稳压电路连接；所述电解电容C1的负极、电容C3的另一端和电容C4的另一端连接地线；所述恒温晶振Y1的引脚5连接地线；所述恒温晶振Y1的引脚3、电解电容C2的正极、电容C5的一端和电容C6的一端与所述直流稳压电路连接；所述电解电容C2的负极、电容C5的另一端和电容C6的另一端连接地线；所述晶振功分电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C7和电容C8；所述电阻R3的一端与恒温晶振Y1的引脚4连接；所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和电阻R5的一端连接；所述电阻R4的另一端通过电容C7与第一锁相环电路连接；所述电阻R5的另一端通过电容C8与第二锁相环电路连接。进一步的，所述多级放大通道包括第一级可调增益放大支路、第二级可调增益放大支路和射频增益放大电路；所述接收天线依次通过第一级可调增益放大支路和第二级可调增益放大支路与射频增益放大电路连接；所述第一级可调增益放大支路包括第一单刀三掷开关、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第一衰减器、第一增益放大器、第一带通滤波器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器、第二衰减器、第二带通滤波器和第二单刀三掷开关；所述第一单刀三掷开关的引脚1通过SMA连接器连接接收天线，引脚2依次通过第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第一衰减器、第一增益放大器和第一带通滤波器与第二单刀三掷开关的引脚2连接，引脚3与所述第二单刀三掷开关的引脚3连接，引脚4依次通过第三低噪声放大器、第四低噪声放大器、第二衰减器和第二带通滤波器与第二单刀三掷开关的引脚4连接；所述第二级可调增益放大支路包括第三单刀三掷开关、第三衰减器、第二增益放大器、第三带通滤波器、第四衰减器和第四单刀三掷开关；所述第三单刀三掷开关的引脚1与第二单刀三掷开关的引脚1连接，引脚2依次通过第三衰减器、第二增益放大器和第三带通滤波器和第四单刀三掷开关的引脚2连接，引脚3与第四单刀三掷开关的引脚3连接，引脚4通过第四衰减器与第四单刀三掷开关的引脚4连接；所述第四单刀三掷开关的引脚1与射频信号增益放大电路连接。进一步的，所述射频信号增益放大电路包括第五衰减器、第三增益放大器和第四带通滤波器；所述第五衰减器的一端与第四单刀三掷开关的引脚1连接，另一端与第三增益放大器连接；所述第三增益放大器与第四带通滤波器连接；所述第四带通滤波器与混频滤波电路连接；所述本振信号增益放大电路包括单刀双掷开关、第六衰减器、第四增益放大器和第五带通滤波器；所述单刀双掷开关的引脚2和引脚3分别连接有SMA连接器，引脚1与第六衰减器连接；所述第六衰减器依次通过第四增益放大器、第五带通滤波器连接与混频滤波电路连接；所述混频滤波电路包括混频器和低通滤波器；所述第五带通滤波器和第四带通滤波器均与混频器连接；所述混频器与低通滤波器连接；所述低通滤波器连接有SMA连接器。进一步的，所述S波段降水粒子散射测量仪还包括PCB电路板；所述发射电路和接收电路均设置在所述PCB电路板上；所述PCB电路板采用双面印制的FR4板材，板厚为1mm，相对介电常数为4.3。进一步的，发射天线和接收天线均包括由上至下依次设置的顶层金属层、底层金属层和介质基板；所述顶层金属层和底层金属层可旋转地设于所述介质基板上；所述顶层金属由底部的矩形连接座、带槽线的信号收发部和条形连接部组成，矩形连接座通过连接部与信号收发部连接；所述底层金属层由带有槽线的信号收发部与条形连接部组成；所述顶层金属层和底层金属层的信号收发部的槽线相对设置，槽线间形成渐变缝隙区。本专利技术还提供了一种采用上述S波段降水粒子散射测量仪的测量系统，该测量系统还包括微波暗室、目标支架、控制与显示装置；所述S波段降水粒子散射测量仪、目标支架设于所述微波暗室内；所述微波暗室的内壁设有吸波材料层；所述目标支架外周侧包裹有吸波材料层；所述S波段降水粒子散射测量仪的接收天线和发射天线之间设有吸波材料层；所述控制与显示装置包括高速A/D采样器、高速静态随机存储器SRAM、串行存储器EPCS、高速以太网控制器、以太网接口、可编程逻辑器件FPGA、高速同步动态随机存储器SDRAM1、SDRAM2、TFT液晶显示屏和扩展接口；所述高速A/D采样器的数字信号输出端和采样时钟输入端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.S波段降水粒子散射测量仪，其特征在于：包括发射电路、接收电路；所述发射电路包括：晶振参考电路，用于产生10MHz方波信号；晶振功分电路，将晶振参考电路产生的10MHz方波信号分为两路，分别提供给两个锁相环电路；第一锁相环电路，接收晶振功分电路提供的信号，产生频率为3GHz的信号；第二锁相环电路，接收晶振功分电路提供的信号，产生频率为3.002 GHz的信号，并通过同轴线连接至所述接收电路；发射天线，接收第一锁相环电路输出的信号，进行发射；直流稳压电路，分别与所述晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路相连；所述接收电路包括：接收天线，接收回波信号；多级放大通道，将接收的回波信号放大到‑20dBm到‑10dBm之间；本振信号增益放大电路，接收第二锁相环电路产生的3.002 GHz本振信号，放大至10dBm后输出；混频滤波电路，接收放大后的回波信号和本振信号，进行混频并产生中频信号。

【技术特征摘要】
1.S波段降水粒子散射测量仪，其特征在于：包括发射电路、接收电路；所述发射电路包括：晶振参考电路，用于产生10MHz方波信号；晶振功分电路，将晶振参考电路产生的10MHz方波信号分为两路，分别提供给两个锁相环电路；第一锁相环电路，接收晶振功分电路提供的信号，产生频率为3GHz的信号；第二锁相环电路，接收晶振功分电路提供的信号，产生频率为3.002GHz的信号，并通过同轴线连接至所述接收电路；发射天线，接收第一锁相环电路输出的信号，进行发射；直流稳压电路，分别与所述晶振参考电路、第一锁相环电路、第二锁相环电路相连；所述接收电路包括：接收天线，接收回波信号；多级放大通道，将接收的回波信号放大到-20dBm到-10dBm之间；本振信号增益放大电路，接收第二锁相环电路产生的3.002GHz本振信号，放大至10dBm后输出；混频滤波电路，接收放大后的回波信号和本振信号，进行混频并产生中频信号。2.根据权利要求1所述的S波段降水粒子散射测量仪，其特征在于：所述发射电路还包括第一射频放大器、第一低通滤波电路、带通滤波电路、第二射频放大器、第三射频放大器、第二低通滤波电路；所述第一锁相环电路依次通过第一射频放大器、第一低通滤波电路、带通滤波电路、第二射频放大器与发射天线相连；所述直流稳压电路分别与第一射频放大器、第二射频放大器、第三射频放大器相连。3.根据权利要求2所述的S波段降水粒子散射测量仪，其特征在于：所述第一锁相环电路和第二锁相环电路均包括鉴相器、环路滤波电路、压控振荡器、电阻功分器和衰减器；所述鉴相器依次通过环路滤波电路、压控振荡器与电阻功分器连接；所述衰减器与鉴相器连接；所述第一锁相环电路的电阻功分器分别与对应的衰减器、第一射频放大器连接；所述第二锁相环电路的电阻功分器分别与对应的衰减器、第三射频放大器连接。4.根据权利要求3所述的S波段降水粒子散射测量仪，其特征在于：所述晶振参考电路包括恒温晶振Y1、电阻R1、可变电阻R2、电解电容C1、电解电容C2、电容C3、电容C4、电容C5和电容C6；所述恒温晶振Y1的引脚1与可变电阻R2的滑动端连接；所述可变电阻R2的一端连接地线，且另一端与电阻R1的一端连接；所述电阻R1的另一端、电解电容C1的正极、电容C3的一端和电容C4的一端与所述直流稳压电路连接；所述电解电容C1的负极、电容C3的另一端和电容C4的另一端连接地线；所述恒温晶振Y1的引脚5连接地线；所述恒温晶振Y1的引脚3、电解电容C2的正极、电容C5的一端和电容C6的一端与所述直流稳压电路连接；所述电解电容C2的负极、电容C5的另一端和电容C6的另一端连接地线；所述晶振功分电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C7和电容C8；所述电阻R3的一端与恒温晶振Y1的引脚4连接；所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和电阻R5的一端连接；所述电阻R4的另一端通过电容C7与第一锁相环电路连接；所述电阻R5的另一端通过电容C8与第二锁相环电路连接。5.根据权利要求4所述的S波段降水粒子散射测量仪，其特征在于：所述多级放大通道包括第一级可调增益放大支路、第二级可调增益放大支路和射频增益放大电路；所述接收天线依次通过第一级可调增益放大支路和第二级可调增益放大支路与射频增益放大电路连接；所述第一级可调增益放大支路包括第一单刀三掷开关、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第一衰减器、第一增益放大器、第一带通滤波器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器、第二衰减器、第二带通滤波器和第二单刀三掷开关；所述第一单刀三掷开关的引脚1通过SMA连接器连接接收天线，引脚2依次通过第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第一衰减器、第一增益放大器和第一带通滤波器与第二单刀三掷开关的引脚2连接，引脚3与所述第二单刀三掷开关的引脚3连接，引脚4依次通过第三低噪声放大器、第四低噪声放大器、第二衰减器和第二带通滤波器与第二单刀三掷开关的引脚4连接；所述第二级可调增益放大支路包括第三单刀三掷开关、第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金虎，尚嘉成，蒋佳佳，卜令兵，刘超，许潇锋，陆传荣，王硕，张经纬，刘畅，黄泽昊，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32