實驗用雷達發射機系統設計與調試及在實驗教學方面的應用分析

2020-11-25 電子發燒友

實驗用雷達發射機系統設計與調試及在實驗教學方面的應用分析

電子設計 發表於 2018-12-29 08:09:00

一、引言

隨著高校的擴招和設備儀器市場價格的高速上漲，實驗室內實驗設備儀器短缺成了各高校普遍存在的問題。廢舊設備的挖潛成為節約開支、增加實驗儀器的一條有效途徑。雷達發射機是雷達教學中的重要部分，但是配備雷達實裝受經費、場地等許多條件的限制。開發一個簡單實用的實驗用雷達發射機有重要意義。

隨著部隊裝備的升級換代，以及實驗室儀器的自然淘汰，各實驗室內都有大量的廢舊裝備。大型裝備內部的部分元器件還是比較好的，還是有利用價值的，比如磁控管、閘流管等，雖然性能參數有所下降，但都不影響使用，而對于波導一類的高頻器件，由於保管良好，性能參數都沒有改變。以往這些裝備（包括成批的備附件）都是按編制報廢的。這些待報廢的廢舊裝備和備附件為我們自主開發儀器提供了物質基礎，我們就利用這些備品、備件，研製了實驗用雷達發射機。現以所研製的實驗用雷達發射機為例，介紹一下我們在實驗教學方面所做的探索。

二、實驗用發射機的系統設計

實驗用發射機的研製經歷了選調優秀學員組成研發團隊、圖紙設計、組裝調試和生產樣機幾個階段。

根據備品備件情況，所設計的雷達發射機如圖1所示。包含了供電控制模塊、電源模塊、定時器模塊、調製器模塊、磁控管振蕩器模塊，以及電流表和電壓表等指示儀表。

三、研製生產及調試

1.組裝調試

根據所設計的原理圖，從備品備件中尋找各種備件，首先用萬用表等簡單儀器對各種變壓器、閘流管和電子管及磁控管的燈絲、整流二極體、電阻、電容等進行了初步篩選。然後利用一塊三合板作底板，按原理圖進行了組裝。

組裝時充分考慮了電磁兼容問題，主要是射頻線路與中頻線路及中頻電源的互相隔離情況。組裝後經多次調試，終於成功。

2.生產樣機及性能測量

在三合板上調試好以後，購買了標準機箱，進行組裝。由於空間位置、走線分布等問題，在組裝過程中實際上又經歷了一遍調試過程。組裝成功後，使學員對雷達發射機的原理有了更深切的了解，同時對於電子線路、射頻工程、機械工程等多種學科知識都得到了理論上的升華和實踐技能的提高。組裝成功的樣機如圖2所示。

微波的頻率高，其波長與電路系統的尺寸可相比擬，甚至更短，這時傳輸線上的電壓、電流既是時間的函數，又是位置的函數，使得電磁場的能分布於整個微波電路而形成「分布參數」，導致微波的傳輸與普通無線電波波段完全不同。對所生產的發射機樣機的性能參數的測量，在後面介紹。

四、在實踐教學中的應用

雷達發射機配套其他實驗時，同時也是對雷達發射機本身的性能參數進行測量，是對發射機性能的一次檢驗。

雷達發射機的製作成功，不僅是解決了射頻信號的產生這個實驗所需儀器的購買問題，對於要針對發射機做的其他實驗，由於在實裝雷達上又難以做到的各種實驗，用本實驗用發射機都可以很好解決。對於一臺獨立的發射機來說，要對其進行微波測量就不受場地空間的限制、不受連接波導的限制，也避免使學員面對幾百萬的裝備所產生的一種畏懼心理和神秘心理所可能導致的各種誤操作。下面介紹一下所研製的發射機的性能參數測量，以及為其他實驗作配套時的學員實操結果。

1.發射機功率、頻譜測量

發射機功率的測量方法有功率計直接測量和頻譜分析儀綜合測量。由於頻譜分析儀只能接受30dBmW的功率，因此用衰減度為28.7dB的定向耦合器連接精密衰減器對微波多級衰減後進入頻譜分析儀，實測其功率為xxW、頻譜寬度為xxMHz。測量結果如圖3所示。

2.發射機頻率測量

發射機頻率的測量也可以使用頻譜分析儀。本實驗採用的是諧振腔式直讀式頻率計測量，其原理是電磁波通過耦合孔從波導進入頻率計的空腔中，當電磁波的頻率滿足空腔的諧振條件時，被吸收的能量為最大，相應地，通過的電磁波信號強度將減弱，輸出輻度將出現明顯的凹陷，從外殼表面上可直接讀出輸入微波的頻率。發射機頻率測量如圖4所示。

3.饋線駐波比測量

駐波測量線是測量微波傳輸系統中電場的強弱和分布的精密儀器。其結構是在波導中的寬邊中央開有一個狹槽，金屬探針經狹槽伸入波導中。探針可沿波導移動，則輸出信號顯示出波導中電場沿傳播方向的變化。駐波比是饋線系統的一項重要指標，其符號用ρ表示，其定義為：

其中：Emax為波腹點電場E的大小，Emin波節點電場E的大小。

測量駐波比如圖5所示。

4.射頻信號發射接收實驗

射頻信號的發射接收實驗是通過波導同軸轉換將發射機發出的微波經同軸電纜連接至一對喇叭天線，經接收後用頻譜分析儀測量其頻率與功率。實測效果如圖6所示。

五、創新製作心得

利用廢舊設備的備品備件研製教學用儀器，是在市場經濟條件下高校實驗室建設的一條有益途徑。所製作的儀器具有貼近自身實驗室特色、簡單實用的特點，既緩解了實驗室建設經費短缺的矛盾，又是提高本科學員的創新能力的探索與實踐，符合創新型人才培養的精神。

挑選的兩名學員是大四的學生，暑期已經參加過了電子設計競賽，有一定的基本知識及經驗，有一定的實踐能力，但是要研製工作於微波波段的雷達發射機，由於有許多新特點是電子設計競賽中所沒有的，這對他們來講，還是有挑戰性的。

六、結束語

本實驗用雷達發射機可作為學員學習雷達發射機原理的教學儀器，理解雷達射頻信號的產生機理；可作為發射機頻率的測量、發射機功率的測量、發射機頻譜的測量、饋線系統駐波比的測量、雷達信號接收等實驗的配套儀器使用，提供射頻信號。本實驗用雷達發射機的製作成功，可以在一定程度上替代幾十萬的雷達裝備作為教學平臺使用，節約了經費，緩解了儀器短缺的困難。同時，為探索為創新人才的培養、為實驗教育技術的探索、為實驗教學改革、為實驗資產管理等實驗室建設的各方面提供了初步探索。

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