0 引言
动态范围是衡量接收机性能的重要指标之一[1],天气雷达接收系统的动态范围表示接收机正常工作时,所允许输入信号的强度变化范围。最小输入信号强度通常取最小可分辨信号Smin,最大输入信号强度则根据正常工作的要求而定。当输入信号太强时,接收机将发生饱和与过载[2]。为了保证信号能正常接收放大,要求接收机的动态范围要大[3]。该值越大,表明接收机允许接收到的信号变化范围越大,接收能力越强。由于受硬件和其他因素限制,接收机能够接收到的回波强度有一定的上限, CINRAD/SC新一代天气雷达接收机能够接收的回波强度一般不超过90 dB。对CINRAD/SC新一代天气雷达接收机动态范围的测试主要有2种方式:机内测试和机外测试[4]。其原理为:由机内或机外信号源向接收机注入一定大小的功率信号,对该功率信号进行一系列处理,在雷达终端软件上会产生相应的回波信号。改变输入功率信号的大小,可以从雷达终端读取回波信号的强弱变化,确定接收机的动态范围,同时对整个接收机信号通道和测试信号通道性能进行检验。
1 机内仪表测试
对CINRAD/SC沈阳新一代天气雷达接收机动态范围进行机内测试,由雷达频率综合器提供给接收机一个稳定的初相可调的测试信号,该信号强度通过改变测试信号通道衰减量进行调整,信号经过放大、混频、A/D变换等处理,为信号处理器提供数字中频信号。
1.1 性能指标
CINRAD/SC新一代天气雷达接收机动态范围要求≥85 dB,拟合直线斜率范围为1±0.015,线性拟合均方根误差≤0.5 dB。
1.2 测试结果
通过测试得到机内动态曲线图,见图1(a);可以看出:动态曲线高端在-15 dBm点之后出现了饱和,强度不再变化,见图1(b);动态曲线低端在-87dBm,之后拟合直线差值超过1dB,不再计入所测动态范围之内,见图1(c)。因此,确定拟合直线上下拐点分别是-15 dBm、-87 dBm,动态范围为72 dB,不能满足≥85 dB的技术指标要求。
2 机外仪表测试
为了验证是接收机测试信号通道的问题还是机内测试仪表的问题,我们采用安捷伦公司E4428C信号发生器作为外接信号源,对接收机的动态范围进行机外测试。
2.1 测试方法
采用E4428C信号发生器作为外接信号源,给雷达接收机提供频率稳定、幅度平稳的高频测试信号。该信号发生器通过标校的电缆连接至接收机背面耦合器功放组件。扣除线缆损耗1.82 dB,以1 dBm功率增量对接收机信号通道进行测试,得到机外动态曲线图,见图2(a)。
2.2 测试结果
由测试所得到的机外动态曲线图2(a)可以看出:实测曲线和拟合直线保持良好的线性关系。曲线高端在-15 dBm点饱和,之后增大衰减量,强度不再变化,见图2(b);曲线低端可以延伸到-100 dBm点,之后减小衰减量,实测曲线和拟合直线二者差值超过1 dB,不再计入所测动态范围之内,见图2(c)。因此确定机外测试拟合直线上下拐点分别是-15 dBm、-100 dBm,动态范围为85 dB,满足≥85 dB的技术指标要求。
3 结果对比分析
从接收机动态范围测试信号流程图3中可以看出:机内仪表测试时,频率综合器输出的测试信号经过单刀三掷微波开关(衰减前)、数控微波定标衰减器、单刀三掷微波开关(衰减后)、单刀双掷微波衰减开关后,进入耦合器功放组件[5]。机外仪表测试时,外接信号源输出的测试信号直接注入耦合器功放组件[6]。
造成机内外动态范围测试结果差异的原因出现在频率综合器到测试信号进入耦合器功放组件前这一阶段。因没有对硬件进行过改动,紧固接收机传输线后,重新用机内方法测试时,同一测试点上回波强度出现幅度变化,因此怀疑频率综合器有漏功。对接收机的耦合器功放组件粘贴铜贴片进行屏蔽处理,用机内仪表重新对接收机动态范围进行测试,动态范围明显好转。经过与雷达厂家技术人员的共同分析和检查,单刀三掷微波开关(衰减前)、数控微波定标衰减器、单刀三掷微波开关(衰减后)、单刀双掷微波衰减开关工作正常,确定问题出现在频率综合器。
由于频率综合器存在漏功,机内信号源测试时进入耦合器功放组件的测试信号叠加了其他干扰信号,使定标信号不完全是标准信号。数控微波定标衰减器在对小信号进行衰减时,受干扰信号影响较大,场放的输入信号参杂了干扰信号,对动态范围测试结果造成影响,动态曲线低端拐点值偏大。数控微波定标衰减器在对大信号进行衰减时,因为测试信号幅度较大,干扰信号“淹没”在测试信号中,所以场放的输入信号受干扰信号成分的影响相对较小。在机内和机外测试中,动态曲线上拐点均在-15 dBm,下拐点分别为-87 dBm,-100 dBm也可以印证这一分析。
通过这2种方法的测试,可以判断接收机工作正常,测试信号通道正常。机内信号源的测试表明测量结果有误,造成误差的原因即频率综合器存在漏功现象,需要对频率综合器进行维修或更换。同时应该定期用机外信号源对频率综合器进行标校。
参考文献:
[ 1 ]戈稳.雷达接收机技术[M].北京:电子工业出版社,2005.
[ 2 ]胡东明,伍志方. CINRAD/SA雷达日常维护及故障诊断方法[J].气象,2003,29(10):26-28.
[ 3 ]熊国华,赖卫国.新一代天气雷达故障诊断技术简介[J].江西气象科技,2001,24(2):41-44.
[ 4 ]赵建,何海燕,付琼.兴义多普勒天气雷达故障检修经验浅谈[J].贵州气象, 2006,30(5):39-41.
[ 5 ]成都784厂.SINRAD/SC型全相参多普勒天气雷达技术说明书[M].成都:784厂,2002.
[ 6 ]成都784厂.SINRAD/SC型全相参多普勒天气雷达使用及维护说明书[M].成都:784厂,2002.·58
本文作者：李 洋,刘小东,张维全,万绪江,苏景宝
