甚高频（VHF）雷电电磁波接收系统的研究

发布时间：2020-08-07 09:37

【摘要】：随着电子技术的发展,各种电子系统已经应用到我们日常生活的方方面面,而这些电子系统对外部电磁环境的适应性正受到越来越多的关注。自然闪电因其具有瞬态大电流和强电磁辐射脉冲特性,对各种电子系统及人们的生命财产造成巨大危害,因此闪电探测成为一项重要的工作,有效的闪电探测对人们科学理解闪电机理和预防闪电灾害具有很重要的现实意义。本课题基于双锥天线的宽频带特性研究设计的VHF雷电电磁波接收系统正是为了探测闪电辐射电磁波。基于抗干扰角度出发,本文研究的VHF雷电电磁波接收系统的工作频率选择在了非常纯净的有线电视信号频段,为270MHz,且输出为中频38MHz信号。(1)由双锥天线的输入阻抗,得到双锥天线的基本原理以及输入阻抗公式,由双锥天线的电长度与信号波长和天线输入阻抗的经验公式,算得天线的振子长度为105.80mm,依据计算结果做出了原型天线。通过对天线的S11曲线的测试,不断调整天线尺寸,最终振子实际长度为100.00mm,在0～350MHz频率范围内,天线有且只有一个中心频点,为268MHz,-10dB带宽范围为252MHz～281MHz。(2)对信号处理电路进行了设计,包括中频转换电路、中频放大电路以及跟随器的设计。本文使用有线电视机高频头TDQ-3B6S-C进行甚高频到中频38MHz的转换,减轻应用过程中数据采集、存储、分析以及传输压力。结合中频放大芯片MC1350自动增益控制特性,设计了中频放大电路,对高频头输出的中频信号进行放大处理。最终将各级电路焊接成板并进行了静态和动态调试,调试结果表明信号电路的工作稳定,高频头、中频放大电路以及跟随器的输出均为38MHz,信号增益约为60dB。(3)对整个雷电电磁波接收系统进行了测试,包括实验室模拟测试和自然闪电实测。测试结果表明:在实验室情况下,18次测试过程仅有2次没有成功接收到模拟雷电电磁波信号,即接收系统对模拟雷电电磁波辐射源的辐射信号探测效率为88.90%,且与辐射源的辐射强度呈正相关;在实际接收自然雷电电磁波测试中,VHF雷电电磁接收系统与低频磁天线接收雷电电磁波同步性良好,且波形丰富程度远远高于低频磁天线。对VHF雷电电磁波接收系统收到的信号进行傅里叶变换发现,信号强度在接近40MHz频率点时最大,说明采集到的信号以接近40MHz的频率为主,基本达到38MHz的设计要求。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P427.3
【图文】：

模型图,双锥天线,模型,杆插

壁厚１ｍｍ的黄铜管。每个振子的两个连接端为实心铜材，均预留有６个均匀分布的直逡逑径为４＿的小孔，孔的斜度均为精确计算，保证组成杆插入之后，天线的锥角为３０°，逡逑天线与组成杆用焊锡连接，保证可靠的电气连接，实际天线如图２．６所示。逡逑１４逡逑

照片,双锥天线,照片,端口

对于对称网络Ｓｎ＝Ｓ２２，对于无损网络Ｓｕ＊Ｓｎ＋Ｓ２ｉ＊Ｓ２ｉ＝ｌ，即网络不消耗能量，信号从端逡逑口邋１输入不是反射回端口邋１就是传输到端口邋２上，不会有损耗产生。对于双端口网络，逡逑信号的传输示意图如图２．７所示逡逑ｚ0邋ｚ0逡逑￣￣ｉ邋ｎ逦邋，逦１邋ｘ逦１逦ｉ——逡逑＾邋——．－——ａ逡逑ｈ邋逦逦邋Ｊ邋＾逦＞邋ｂ、逡逑甲邋＾１１逦＆逦？逡逑图２．７信号的传输示意图逡逑其中逡逑ＭＵ心N＾？逡逑Ｑ＼邋Ｋ端口邋１的输入逦ａｉ邋Ｚ端口邋２的输入逡逑ａ＼邋Ｋ端口１的输入逦ａ２邋Ｋ端口２的输入逡逑１５逡逑

示意图,示意图,传输线,无损网络

ｉ逦］逡逑－Ｉ逡逑图２．６双锥天线阵子照片逡逑锥天线的测试逡逑好的传输线，信号从一个点传送到另一个点的失真（损耗、扭曲），必须在一的程度内。而如何去衡量传输线对信号的影响，可以分别从时域和频域进行观即是频域特性的观察，其中Ｓ参数的原名为“Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ－Ｐａｒａｍｅｔｅｒ”，以二端口网如单根传输线，共有四个Ｓ参数分别为ＳＵ、Ｓ１２、Ｓ２１和Ｓ２２，对于互易网络有Ｓ１２＝Ｓ２１，逡逑称网络Ｓｎ＝Ｓ２２，对于无损网络Ｓｕ＊Ｓｎ＋Ｓ２ｉ＊Ｓ２ｉ＝ｌ，即网络不消耗能量，信号从入不是反射回端口邋１就是传输到端口邋２上，不会有损耗产生。对于双端口网传输示意图如图２．７所示逡逑ｚ0邋ｚ0逡逑

【参考文献】