本實(shí)用新型屬于電子通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前的電離層探測(cè)儀往往采用單一的探測(cè)體制和探測(cè)波形，不能兼顧多種探測(cè)模式和被測(cè)目標(biāo)的特性，導(dǎo)致系統(tǒng)的可升級(jí)性和可擴(kuò)展性不強(qiáng)。同時(shí)，現(xiàn)有的電離層探測(cè)儀基本上都是采用兩副或者多副天線進(jìn)行探測(cè)，發(fā)射天線和接收天線分開放置，這不僅使得探測(cè)場(chǎng)地要求較高、天線架設(shè)難度和成本增加，也會(huì)因?yàn)樘炀€之間的能量耦合對(duì)探測(cè)效果產(chǎn)生一定影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種豐富了探測(cè)方式和改善了探測(cè)效果，且簡(jiǎn)化了探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、降低了成本的電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)。能夠針對(duì)不同探測(cè)需求，靈活配置不同的探測(cè)波形和探測(cè)參數(shù)，在整個(gè)短波工作帶寬內(nèi)可實(shí)現(xiàn)通帶增益平坦、低諧波輸出；降低了系統(tǒng)的架設(shè)難度和對(duì)場(chǎng)地的要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)，與所述計(jì)算機(jī)連接的USB接口芯片，與所述USB接口芯片連接的主控制器FPGA，以及與所述主控制器FPGA連接的接收系統(tǒng)，還包括依次連接的波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和收發(fā)開關(guān)模塊；所述收發(fā)開關(guān)模塊與所述接收系統(tǒng)連接；所述主控制器FPGA分別與所述波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和收發(fā)開關(guān)模塊連接。

在上述的新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)中，所述波形產(chǎn)生模塊采用直接數(shù)字頻率合成芯片，兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)字頻率合成器內(nèi)核，分別用于實(shí)現(xiàn)本振信號(hào)和發(fā)射信號(hào)輸出；采用m序列、巴克碼、互補(bǔ)碼探測(cè)碼制。

在上述的新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)中，所述功率放大模塊輸出功率在53dBm以上，增益為17dB。

在上述的新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)中，所述功率放大模塊采用三級(jí)功放電路級(jí)聯(lián)，第一級(jí)選用MW6S004作為小信號(hào)放大器，最大輸出功率為36dBm，在探測(cè)頻段內(nèi)增益為17dB，輸入信號(hào)為0dBm，輸出功率為17dBm；第二級(jí)選用MRFE6VS25L作為推動(dòng)級(jí)，最大輸出功率為44dBm，增益為19dB，輸出功率為36dBm；第三級(jí)選用MRF6VP11KH，采用推挽結(jié)構(gòu)，最大輸出功率達(dá)60dBm。

在上述的新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)中，采用寬帶匹配技術(shù)和負(fù)反饋技術(shù)，使所述功率放大模塊工作于AB類狀態(tài)，在滿足功率要求的同時(shí)保證一定的線性度。

在上述的新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)中，所述收發(fā)開關(guān)模塊包括在發(fā)射端至天線端與天線端至接收端均使用串并拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成單刀雙擲開關(guān)，所述天線端通過(guò)隔直電容C3與二極管PIN2、二極管PIN3正極相連；高頻扼流圈L5通過(guò)電阻R2一端接地，另一端與隔直電容C3、二極管PIN2正極、二極管PIN3正極相連；驅(qū)動(dòng)電路1、驅(qū)動(dòng)電路2、驅(qū)動(dòng)電路3、驅(qū)動(dòng)電路4級(jí)聯(lián)LC濾波器1、LC濾波器2、LC濾波器3、LC濾波器4；隔直電容C1與二極管PIN1負(fù)極相連，所述二極管PIN1負(fù)極同時(shí)連接LC濾波器1與隔直電容C2一端，所述二極管PIN1正極通過(guò)電阻R1接地；所述隔直電容C2另一端與二極管PIN2負(fù)極、LC濾波器2相連；隔直電容C5與二極管PIN4負(fù)極相連，所述二極管PIN4負(fù)極同時(shí)連接LC濾波器4與隔直電容C4一端，所述二極管PIN4正極通過(guò)電阻R3接地；所述隔直電容C4另一端與二極管PIN3負(fù)極、LC濾波器3相連。

在上述的新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)中，所述功率放大模塊與所述隔直電容C1連接，所述接收系統(tǒng)通過(guò)限幅器與所述隔直電容C5連接。

在上述的新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)中，所述隔直電容C3連接偶極子天線。

在上述的新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)中，多臺(tái)探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)使用GPS信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步收發(fā)。

本實(shí)用新型的有益效果是：

（1）通過(guò) 改變電離層探測(cè)儀的工作體制和工作方式，獲得了高質(zhì)量的電離層探測(cè)回波信息，能夠滿足常規(guī)的電離層探測(cè)需求。探測(cè)設(shè)備能夠更加精簡(jiǎn)，便攜性得到很大的提高。

（2）依托通帶增益性能高的功放單元和大功率短波天線開關(guān)，采用一副天線即可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的電離層觀測(cè)，降低了系統(tǒng)的架設(shè)難度和對(duì)場(chǎng)地的要求。

（3）探測(cè)碼制和探測(cè)參數(shù)可以靈活地通過(guò)軟件進(jìn)行配置，使得電離層探測(cè)不但可以用來(lái)對(duì)軟目標(biāo)電離層進(jìn)行常規(guī)觀測(cè)，同時(shí)可以對(duì)硬目標(biāo)（飛機(jī)、艦船等）進(jìn)行探測(cè)，拓展了電離層探測(cè)儀的應(yīng)用。

（4）不但精簡(jiǎn)了探測(cè)設(shè)備、降低了成本、豐富了探測(cè)方式和改善了探測(cè)效果，也為構(gòu)建天線陣列收發(fā)一體化帶來(lái)了應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例功率放大模塊電路原理圖；

圖3為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例收發(fā)開關(guān)模塊整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本實(shí)用新型的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實(shí)用新型。此外，本實(shí)用新型可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本實(shí)用新型提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其它工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“相連”“連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

本實(shí)施例采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)，與所述計(jì)算機(jī)連接的USB接口芯片，與所述USB接口芯片連接的主控制器FPGA，以及與所述主控制器FPGA連接的接收系統(tǒng)，還包括依次連接的波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和收發(fā)開關(guān)模塊；所述收發(fā)開關(guān)模塊與所述接收系統(tǒng)連接；所述主控制器FPGA分別與所述波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和收發(fā)開關(guān)模塊連接。

進(jìn)一步，所述波形產(chǎn)生模塊采用直接數(shù)字頻率合成芯片，兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)字頻率合成器內(nèi)核，分別用于實(shí)現(xiàn)本振信號(hào)和發(fā)射信號(hào)輸出；采用m序列、巴克碼、互補(bǔ)碼探測(cè)碼制。

進(jìn)一步，所述功率放大模塊輸出功率在53dBm以上，增益為17dB。

進(jìn)一步，所述功率放大模塊采用三級(jí)功放電路級(jí)聯(lián)，第一級(jí)選用MW6S004作為小信號(hào)放大器，最大輸出功率為36dBm，在探測(cè)頻段內(nèi)增益為17dB，輸入信號(hào)為0dBm，輸出功率為17dBm；第二級(jí)選用MRFE6VS25L作為推動(dòng)級(jí)，最大輸出功率為44dBm，增益為19dB，輸出功率為36dBm；第三級(jí)選用MRF6VP11KH，采用推挽結(jié)構(gòu)，最大輸出功率達(dá)60dBm。

進(jìn)一步，采用寬帶匹配技術(shù)和負(fù)反饋技術(shù)，使所述功率放大模塊工作于AB類狀態(tài)，在滿足功率要求的同時(shí)保證一定的線性度。

進(jìn)一步，所述收發(fā)開關(guān)模塊包括在發(fā)射端至天線端與天線端至接收端均使用串并拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成單刀雙擲開關(guān)，所述天線端通過(guò)隔直電容C3與二極管PIN2、二極管PIN3正極相連；高頻扼流圈L5通過(guò)電阻R2一端接地，另一端與隔直電容C3、二極管PIN2正極、二極管PIN3正極相連；驅(qū)動(dòng)電路1、驅(qū)動(dòng)電路2、驅(qū)動(dòng)電路3、驅(qū)動(dòng)電路4級(jí)聯(lián)LC濾波器1、LC濾波器2、LC濾波器3、LC濾波器4；隔直電容C1與二極管PIN1負(fù)極相連，所述二極管PIN1負(fù)極同時(shí)連接LC濾波器1與隔直電容C2一端，所述二極管PIN1正極通過(guò)電阻R1接地；所述隔直電容C2另一端與二極管PIN2負(fù)極、LC濾波器2相連；隔直電容C5與二極管PIN4負(fù)極相連，所述二極管PIN4負(fù)極同時(shí)連接LC濾波器4與隔直電容C4一端，所述二極管PIN4正極通過(guò)電阻R3接地；所述隔直電容C4另一端與二極管PIN3負(fù)極、LC濾波器3相連。

進(jìn)一步，所述功率放大模塊與所述隔直電容C1連接，所述接收系統(tǒng)通過(guò)限幅器與所述隔直電容C5連接。

進(jìn)一步，所述隔直電容C3連接偶極子天線。

更進(jìn)一步，多臺(tái)探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)使用GPS信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步收發(fā)。

具體實(shí)施時(shí)，如圖1所示，上述的電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)，與計(jì)算機(jī)連接的USB接口芯片，與USB接口芯片連接的主控制器FPGA，以及與主控制器FPGA連接的接收系統(tǒng)，還包括依次連接的波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和收發(fā)開關(guān)模塊；收發(fā)開關(guān)模塊與所述接收系統(tǒng)連接；主控制器FPGA分別與所述波形產(chǎn)生模塊、功率放大模塊和收發(fā)開關(guān)模塊連接。

電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)探測(cè)時(shí)，計(jì)算機(jī)設(shè)置收發(fā)開關(guān)為發(fā)射狀態(tài)，通過(guò)控制傳輸方式使USB接口芯片向現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)寫入波形發(fā)生模塊的頻率控制字、相位控制字等信息，使得直接數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生探測(cè)波形，信號(hào)再通過(guò)功率放大模塊由HF偶極子天線向外完成發(fā)射；系統(tǒng)接收時(shí)，收發(fā)開關(guān)設(shè)置為接收狀態(tài)，信號(hào)由HF偶極子天線進(jìn)入接收系統(tǒng)，采集的數(shù)據(jù)被批量傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理與分析。同時(shí)，為了對(duì)大范圍的電離層動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，多臺(tái)探測(cè)儀使用GPS信號(hào)實(shí)現(xiàn)同步收發(fā)。

對(duì)于垂直探測(cè)與移動(dòng)目標(biāo)探測(cè)，由于回波功率相對(duì)較大，要求探測(cè)快，而相關(guān)特性較好的巴克碼和互補(bǔ)碼可滿足該探測(cè)應(yīng)用的需求。對(duì)于斜向探測(cè)和斜向返回探測(cè)，由于回波信號(hào)較弱，因而采取高增益的偽隨機(jī)碼，如m序列。

波形產(chǎn)生模塊由直接數(shù)字頻率合成芯片實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)字頻率合成器(DDS)內(nèi)核，分別用于實(shí)現(xiàn)本振信號(hào)和發(fā)射信號(hào)輸出。采用m序列、巴克碼、互補(bǔ)碼等探測(cè)碼制。實(shí)際探測(cè)應(yīng)用時(shí)，其占空比、探測(cè)次數(shù)、碼序列長(zhǎng)度等參數(shù)均可通過(guò)軟件靈活設(shè)定。

如圖2所示，功率放大模塊將信號(hào)激勵(lì)元產(chǎn)生的射頻信號(hào)進(jìn)行放大，使用三級(jí)功放電路級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。第一級(jí)使用MW6S004作為小信號(hào)放大器，其最大輸出功率為36dBm，在探測(cè)頻段內(nèi)設(shè)計(jì)增益為17dB，當(dāng)輸入信號(hào)為0dBm，該級(jí)輸出功率為17dBm。第二級(jí)推動(dòng)級(jí)選用MRFE6VS25L，其最大輸出功率可達(dá)44dBm，設(shè)計(jì)增益為19dB,輸出功率為36dBm。第三級(jí)末級(jí)使用MRF6VP11KH，采用推挽結(jié)構(gòu)，其最大輸出功率可達(dá)60dBm，由于探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)功放單元模塊輸出功率在53dBm以上，因而設(shè)計(jì)增益為17dB。采用寬帶匹配技術(shù)和負(fù)反饋技術(shù)，使功率放大器盡量工作于AB類狀態(tài)，在滿足功率要求的同時(shí)盡量保證一定的線性度。

如圖3所示，收發(fā)開關(guān)模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用PIN二極管作為核心器件，利用PIN二極管的導(dǎo)通電阻大小隨正反偏置電流的變化關(guān)系可以實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)功能。發(fā)射端至天線端與天線端至接收端都使用串并拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成單刀雙擲開關(guān)，以此滿足單根天線實(shí)現(xiàn)收發(fā)切換的要求。天線通過(guò)隔直電容C3后與發(fā)射端PIN二極管PIN2、接收端PIN二極管PIN3正極相連。高頻扼流圈L5通過(guò)電阻R5一端接地，另一端與隔直電容C3、二極管PIN3正極、二極管PIN2正極相連。驅(qū)動(dòng)電路1、驅(qū)動(dòng)電路2、驅(qū)動(dòng)電路3、驅(qū)動(dòng)電路4級(jí)聯(lián)LC濾波器1、LC濾波器2、LC濾波器3、LC濾波器4通過(guò)控制二極管PIN1、PIN2、PIN3、PIN4從而控制開關(guān)方向。功率放大模塊的輸出信號(hào)經(jīng)隔直電容C1與二極管PIN1負(fù)極相連，二極管PIN1負(fù)極同時(shí)連接LC濾波器1與隔直電容C2一端，PIN1正極通過(guò)電阻R1接地。隔直電容C2另一端與二極管PIN2負(fù)極、LC濾波器2相連。接收系統(tǒng)由限幅器限幅后經(jīng)隔直電容C5與二極管PIN4負(fù)極相連，二極管PIN4負(fù)極同時(shí)連接LC濾波器4與隔直電容C4一端，二極管PIN4正極通過(guò)電阻R3接地。隔直電容C4另一端與二極管PIN3負(fù)極、LC濾波器3相連。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路1、驅(qū)動(dòng)電路3正向偏置且驅(qū)動(dòng)電路2、驅(qū)動(dòng)電路4反向偏置時(shí)，二極管PIN1、二極管PIN3截止，二極管PIN2、二極管PIN4導(dǎo)通，此時(shí)收發(fā)開關(guān)工作于發(fā)射模式；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路1、驅(qū)動(dòng)電路3反向偏置且驅(qū)動(dòng)電路2、驅(qū)動(dòng)電路4正向偏置時(shí)，此時(shí)收發(fā)開關(guān)工作于接收模式。每路偏置電壓采用獨(dú)立控制信號(hào)，通過(guò)測(cè)出時(shí)延，可精確控制每路二極管狀態(tài)，從而有效避免發(fā)射信號(hào)對(duì)接收系統(tǒng)的干擾，還可保證接收系統(tǒng)完整地接收回波信號(hào)。

本實(shí)施例提出的一種新型電離層探測(cè)儀發(fā)射系統(tǒng)，可獲得高質(zhì)量的電離層探測(cè)回波信息，能夠滿足常規(guī)的電離層探測(cè)需求。波形產(chǎn)生模塊依托直接數(shù)字頻率合成器進(jìn)行全軟件化參數(shù)配置，功率放大模塊采用固態(tài)發(fā)射機(jī)技術(shù)，在整個(gè)短波工作帶寬內(nèi)可實(shí)現(xiàn)通帶增益平坦、低諧波輸出，大功率短波天線開關(guān)的實(shí)現(xiàn)使得原來(lái)的收發(fā)天線分置可改進(jìn)為收發(fā)共用一副天線，簡(jiǎn)化了探測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)的架設(shè)難度和對(duì)場(chǎng)地的要求。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變形或修改，而不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)。本實(shí)用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求書限定。