專利名稱：地下探測雷達(dá)發(fā)射機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)發(fā)射機(jī)領(lǐng)域，具體涉及用于地下探測的脈沖雷達(dá)發(fā)射機(jī)。
人們從六十年代起大力開展了向地下探測雷達(dá)的研究，希望研制出象對空探測雷達(dá)一樣能清楚地、實(shí)時地看到地下存在的物體及其結(jié)構(gòu)狀態(tài)。地下探測雷達(dá)探測的對像是地球表面以下的部份，基本上由土壤、巖石和水體構(gòu)成，是屬非均勻有耗介質(zhì)，電磁波在其中傳播復(fù)雜，損耗大，這給地下探測雷達(dá)的研制從理論上到技術(shù)上帶來很大困難。向地下探測要求有足夠的探測深度，(1米、幾米、甚至幾百米)又要求有足夠的分辨率(米級到厘米級)。經(jīng)過理論分析和實(shí)際試驗，認(rèn)為沖擊脈沖體制的探地雷達(dá)在探測深度和分辨率上都能達(dá)到較其他體制好時效果，是當(dāng)前應(yīng)用和改進(jìn)提高的主要地下探測雷達(dá)。
沖擊脈沖地下探測雷達(dá)由時基控制系統(tǒng)，發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、圖像處理、重建、存儲、顯示系統(tǒng)組成。存在著的關(guān)鍵技術(shù)是(1)產(chǎn)生大幅度、高功率、高重復(fù)頻率ns寬度脈沖，(2)大帶寬壓縮比的取樣顯示接收機(jī)，(3)對整機(jī)協(xié)調(diào)工作，對接收地下信號進(jìn)行處理，圖像的層析重建，存儲顯示，(4)解決天線與地下匹配、天線與發(fā)射機(jī)、接收機(jī)間的平衡不平衡轉(zhuǎn)換技術(shù)。這四項關(guān)鍵技術(shù)制約著地下探測雷達(dá)的發(fā)展和應(yīng)用，是至今為止研究開發(fā)的重點(diǎn)。
本發(fā)明利用晶體管在超高壓使用時產(chǎn)生的渡越雪崩效應(yīng)而獲得強(qiáng)ns寬度脈沖作為地下探測雷達(dá)的發(fā)射脈沖，采取從集電極和發(fā)射極同時輸出雪崩脈沖，經(jīng)過微分獲得±對稱的ns強(qiáng)功率脈沖，直接饋送給天線發(fā)向地下，采用具有寬帶特性的領(lǐng)結(jié)形天線，天線加載以提高帶寬。發(fā)射源以50Ω內(nèi)阻，100KHz頻率，向領(lǐng)結(jié)天線饋送±150V，脈寬7ns(0.1高度處)平衡發(fā)射脈沖。


圖1是地下探測雷達(dá)發(fā)射機(jī)原理方框圖。它由晶體振蕩器(1)、觸發(fā)信號整形匹配器(2)、大幅度階躍電壓產(chǎn)生器(3)、脈沖形成匹配器(4)、領(lǐng)結(jié)形發(fā)射天線(5)組成。圖2是電路圖。其特征是產(chǎn)生穩(wěn)定度為10-5、頻率為100KHz的方波信號的晶體振蕩器(1)是由石英晶體JNB、耦合電容C1和三個串聯(lián)的門電路D1、D2、D3及三極管G1和電阻R3構(gòu)成的射極根隨器組成，獲得2us、5V正脈沖的觸發(fā)信號整形匹配器(2)由電容C3和電阻R5構(gòu)成的微分電路、串聯(lián)的門電路D4、D5及將信號分為兩路的三極管G2和R6構(gòu)成的射極跟隨器構(gòu)成，觸發(fā)信號整形匹配器(2)的輸入端與晶體振蕩器(1)的三極管G1的發(fā)射極相連接，產(chǎn)生高速、大幅度躍變電壓的大幅度階躍電壓產(chǎn)生器(3)由脈沖變壓器T和雪崩三極管G3構(gòu)成，觸發(fā)信號整形匹配器(2)和大幅度階躍電壓產(chǎn)生器(3)之間經(jīng)由電容C4和電阻R7構(gòu)成的微分電路連接，C4接(2)的三極管G2的發(fā)射極，R7接脈沖變壓器T的輸入端，產(chǎn)生±150V、7ns脈寬發(fā)射脈沖的脈沖形成匹配器(4)由分別接在雪崩三極管G3的集電極和發(fā)射極上的兩個完全對稱的由C5和R10、C6和R11構(gòu)成的電路組成，C5和C6分別與G3的集電極和發(fā)射極相連，發(fā)射脈沖信號的領(lǐng)結(jié)形發(fā)射天線(5)由兩個完全相同的領(lǐng)形結(jié)構(gòu)的領(lǐng)尖相對排列的金屬片構(gòu)成，每個領(lǐng)結(jié)的寬邊的兩個金屬片之間并聯(lián)接有十個阻值完全相同的負(fù)載電阻，兩個輸入頭由分別與脈沖形成匹配器(4)的電阻R10和R11相連接的無感插頭饋接。
晶體振蕩器(1)是由串聯(lián)石英晶體和門電路構(gòu)成，產(chǎn)生100KHz的方波信號，穩(wěn)定度10-5，經(jīng)過3DK4射極跟隨器送到觸發(fā)信號整形匹配器(2)。在(2)中經(jīng)100Pf的電容和3KΩ電阻的微分(2KΩ電位器對微分微調(diào))后，通過串聯(lián)的兩個門得到寬2μs5V正脈沖，經(jīng)過射極電阻為430Ω的射極跟隨器后分為兩路，一路去接收機(jī)產(chǎn)生步進(jìn)取樣信號，一路經(jīng)6.3pf電容和680Ω電阻微分后，通過脈沖變壓器耦合觸發(fā)大幅度階躍電壓產(chǎn)生器(3)。(3)是用在超高壓狀態(tài)下的晶體三極管，當(dāng)觸發(fā)信號觸發(fā)時產(chǎn)生渡越雪崩現(xiàn)象，獲得高速、大幅度躍變電壓。雪崩晶體三極管接成集電極和發(fā)射極串聯(lián)大小相等電阻的工作形式，當(dāng)在觸發(fā)信號觸發(fā)下，可分別在集電極和發(fā)射極上獲得大小相等，方向相反的階躍電壓。脈沖形成匹配器(4)是由分別接在集電極和發(fā)射極上的兩個35pf50Ω電路構(gòu)成。高速大幅度躍變電壓經(jīng)過(4)后得到在50Ω電阻上±150V，7ns脈寬(0.1高度處)的發(fā)射脈沖。此發(fā)射脈沖是以“地”為參考點(diǎn)平衡輸出的。由無感插頭與領(lǐng)結(jié)形發(fā)射天線(5)的兩個輸入頭饋接。(5)的形狀和尺寸如圖(3)所示。發(fā)射的脈沖是重復(fù)頻率為100KHz，脈寬7ns。要求發(fā)射天線有100KHz-143MHz的帶寬。所有振子形式天線皆屬窄帶諧振天線，很難作到如此寬帶性能。領(lǐng)結(jié)形天線有較好的帶寬性能，但也不夠，加載是為了提高帶寬性能。
不是任何晶體三極管都有渡越雪崩性能，而是選BVCEO較高，BVCB較高，β值盡量大，fT盡量高，或開關(guān)時間盡量快的晶體管。就是同一型號三極管也不是都有雪崩性能的，所以要用實(shí)驗法選擇雪崩性能合乎要求的三極管。
本發(fā)明的發(fā)射機(jī)已在自己研制的地下探測雷達(dá)上使用，獲得探測地下2-5米深的管道和8m深湖底剖面圖像。
圖1地下探測雷達(dá)發(fā)射機(jī)原理方框圖；圖2電路圖；圖3領(lǐng)結(jié)形發(fā)射天線結(jié)構(gòu)圖；實(shí)施例，晶體振蕩器選用JN3石英晶體，5個門電路D1-D5選用一片CO36B，G1和G2選用3DK4，G3選用3DA87E并加15×15×10mm的散熱片。變壓器T選用Φ10環(huán)形磁心，初次級各七圈。領(lǐng)結(jié)天線(5)的形狀和尺寸如圖所示，采用1mm厚的銅板，長為500mm，領(lǐng)結(jié)寬邊的寬度和上下間距分別為100mm，兩端面上的負(fù)載均為10個并聯(lián)的820Ω的電阻，兩個領(lǐng)結(jié)間距為25mm，上部加75Ω的電阻進(jìn)行屏蔽。電容C1為36pf，C2為22μf，C3為100pf，C4為6.3μf，C5、C6均為30pf，電阻R1為58K，R2為82Ω，R3為1.1K，R4為2K，R5為3K，R6為430Ω，R7為680Ω，R8為45K，均為1/4W，其中R1、R4為可調(diào)電阻，R9為4.5K2W，R10、R11均為50Ω1W。B為+400V的高壓直流電源，可調(diào)范圍為±100V，以選用的管子而定。
權(quán)利要求1.一種地下探測雷達(dá)發(fā)射機(jī)，由晶體振蕩器(1)、觸發(fā)信號整形匹配器(2)、大幅度階躍電壓產(chǎn)生器(3)、脈沖形成器(4)和領(lǐng)結(jié)形發(fā)射天線(5)組成，其特征在于產(chǎn)生穩(wěn)定度為10-6，頻率為100KHz的方波信號的晶體振蕩器(1)是由石英晶體JNB耦合電容C1和三個門電路D1、D2、D3及三極管G1和電阻R3構(gòu)成的射極跟隨器組成，獲得2μs 5VE脈沖的觸發(fā)信號整形匹配器(2)由電容C3和電阻R5構(gòu)成的微分電路、串聯(lián)的兩個門電路D4、D5及將信號分為兩路的三極管G2和R6構(gòu)成的射極跟隨器構(gòu)成，觸發(fā)信號整形匹配器(2)的輸入端與晶體振蕩器(1)的三極管G1的發(fā)射極相連接，產(chǎn)生高速、大幅度躍變電壓的大幅度階躍電壓產(chǎn)生器(3)由脈沖變壓器T和雪崩三極管G3構(gòu)成，觸發(fā)信號整形匹配器(2)和大幅度階躍電壓產(chǎn)生器(3)之間經(jīng)由電容C4和電阻R7構(gòu)成的微分電路連接，C4接(2)的三極管G2的發(fā)射極，R7接脈沖變壓器T的輸入端，產(chǎn)生±150V、7ns脈寬發(fā)射脈沖的脈沖形成匹配器(4)由分別接在雪崩三極管G3的集電極和發(fā)射極上的兩個完全對稱的由C5和R10、C6和R11構(gòu)成的電路組成，C5和C6分別與G3的集電極和發(fā)射機(jī)相連，發(fā)射脈沖信號的領(lǐng)結(jié)形發(fā)射天線(5)由兩個完全相同的領(lǐng)形結(jié)構(gòu)的領(lǐng)尖相對排列的金屬片構(gòu)成，每個領(lǐng)結(jié)的寬邊的兩個金屬片之間并聯(lián)接有十個阻值完全相同的負(fù)載電阻，兩個輸入頭由分別與脈沖形成匹配器(4)的電阻R10和R11相連接的無感插頭饋接。
專利摘要一種地下探測雷達(dá)發(fā)射機(jī),由晶體振蕩器(1)、觸發(fā)信號整形匹配器(2)、大幅度階躍電壓產(chǎn)生器(3)、脈沖形成器(4)和領(lǐng)結(jié)形發(fā)射天線(5)構(gòu)成,可向領(lǐng)結(jié)天線饋送±150V,脈寬7ns(0.1高度處)平衡發(fā)射脈沖,可用于各種要求的地下探測沖擊脈沖雷達(dá)的發(fā)射機(jī)。
文檔編號G01S7/28GK2289250SQ96239308
公開日1998年8月26日 申請日期1996年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月10日
發(fā)明者張俊榮, 劉鳳玉 申請人:中國科學(xué)院長春地理研究所