CINRAD/SC型多普勒天气雷达接收机动态范围测试结果对比分析

　　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。