一种新型高性能甚低频接收机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于甚低频信号监测技术领域，具体涉及一种新型高性能甚低频接收机系统。
【背景技术】
[0002]甚低频接收机是一种监测自然界闪电辐射和遍布全球的地基台站发射的极低频(ELF: 300Hz-3kHz)和甚低频(VLF: 3-30kHz)无线电磁波信号的低噪、高灵敏度接收机系统。它们被广泛的应用于太阳活动监测、地球空间环境地基遥感、电离层探测与航海通信等领域。
[0003]甚低频接收机信号来源包括自然信号和人工台站信号。自然界时刻在发生的雷电现象所辐射的电磁波包含丰富的极低频和甚低频分量，称之为“天电”信号。这些“天电”信号部分通过地波传播之间到达接收机;少部分以等离子体哨声波模的形式向上传播穿过电离层进入磁层，并沿着磁力线传播到达接收机，形成“哨声”，这种现象一般发生在中高玮度地区，并且冬季最为丰富；大部分“天电”信号经地球-电离层波导多次反射传播到达接收机。由于无线电波在波导中传播时，在波导截止频率附近会产生波导色散效应，就会形成“吱声”。遍布全球各地的人工台站是提供航海通信与导航服务的通讯平台，它们工作频率均在10-60kHz之间，其传播特性对电离层状态的变化十分敏感，具体表现为白天与夜晚传播特性很大的不同。因此，通过监测台站信号幅度和相位变化进行电离层探测及太阳活动监视研究。
[0004]区别于传统的自发自收式雷达接收机系统，甚低频接收机是无源被动接收装置，没有明确的目标信号，大多数也无法确定接收信号的频谱特征，因此也无法通过一般雷达接收机信号检测的手段来提取信号，例如:锁相放大、自相关能量累积等。同时，待接收信号十分微弱且容易受到背景电磁波干扰。因此，设计一款低噪、高灵敏度的高性能模拟前端变得十分重要。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是为了克服现有技术缺陷，提供一种新型高灵敏度、低噪声甚低频接收机系统。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:一种新型高性能甚低频接收机系统，包括计算机，还包括接收天线、超低噪模拟前端和数字接收机单元;所述接收天线接收信号经所述超低噪模拟前端放大、滤波后，传输至所述数字接收机单元输入端，所述数字接收机单元与所述计算机相连，实现数据传输与命令控制。
[0007]进一步的，所述超低噪模拟前端通过同轴电缆与所述数字接收机单元连接，所述数字接收机单元通过USB总线与所述计算机连接。
[0008]进一步的，所述接收天线采用阻抗为IΩ -1mH环形磁天线。
[0009]进一步的，所述环形磁天线采用正三角环天线，尺寸为:正三角环斜边长L = 2.6m，天线匝数N= 12，天线平面面积A= 1.695m2。
[0010]进一步的，所述超低噪模拟前端包括依次连接的阻抗匹配网络、基于差分结构的低噪放大器、带通滤波器模块和传输驱动模块。
[0011]进一步的，所述阻抗匹配网络采用罐型磁芯绕制的低频变压器，与所述接收天线连接;所述基于差分结构的低噪放大器采用以低噪NPN晶体管搭建共基极差分放大器;所述带通滤波器模块包括基于模拟滤波器集成芯片的低通滤波器和基于巴特沃斯高通滤波器；所述传输驱动模块是将单端模拟信号转为差分结构并驱动同轴电缆，进行信号传输。
[0012]进一步的，所述数字接收机单元包括高精度模数转换模块、基于USB2.0+FPGA数据传输模块和高精度频率源与同步模块。
[0013]进一步的，所述所述高精度模数转换模块包含幅度调理电路、A/D转换器;所述基于USB2.0+FPGA的数据传输模块包括USB接口芯片、FPGA主控芯片;所述幅度调理电路与所述A/D转换器相连接，再与所述FPGA主控芯片相连，所述USB接口芯片与所述FPGA主控芯片相连;所述高精度频率源与同步模块包括GPS接收模块、计数器、压控振荡器、D/A转换器依次连接形成闭合环路。
[0014]进一步的，所述压控振荡器采用恒温压控晶体振荡器；所述GPS接收模块选用Motorola M12M。
[0015]更进一步的，所述超低噪模拟前端通过屏蔽盒封装与所述接收天线相连，且置于所述接收天线底端，并共同放置于室外。
[0016]本实用新型提供了一种新型高性能甚低频接收机系统，包括统一阻抗、不同灵敏度的I Ω -1mH环形磁天线、超低噪模拟前端和数字接收机系统。
[0017]采用IΩ-1mH环形磁天线作为接收天线，相对电场天线，磁感应天线对甚低频具有更高的灵敏度与增益，大大提高对甚低频信号的有效接收。
[0018]本实用新型的超低噪模拟前端，包括阻抗匹配网络、基于差分结构的低噪放大器、带通滤波器模块、传输驱动模块。磁环天线接收微弱的电磁波信号经超低噪模拟前端放大、滤波后，再通过同轴电缆传输至室内数字接收机单元的输入端。保证系统灵敏度与频率响应需求。
[0019]本实用新型针的数字接收机系统，包括高精度模数转换模块、基于USB2.0+FPGA数据传输模块、高精度频率源与同步模块;所述高精度模数转换模块包含幅度调理电路，A/D转换器;所述基于USB2.0+FPGA的数据传输模块包括USB接口芯片，FPGA主控芯片。所述高精度频率源与同步模块包括GPS接收模块、压控振荡器、计数器、D/A转换器;数字接收机单元保证对模拟信号高精度的采集与快速传输至计算机，同时提供同步模块便于多站组网监测。
[0020]将超低噪模拟前端通过屏蔽盒封装与磁环天线相连，置于磁环天线底端，共同置于室外电磁环境安静的地方。
[0021]本实用新型提供技术操作员在上位机软件自行设置接收机参数，提供USB总线与数字接收机单元相连，进行数据传输与控制命令传输。
[0022]本实用新型的工作原理:接收天线接收微弱的电磁波信号经超低噪模拟前端放大、滤波后，再通过同轴电缆传输至数字接收机单元的输入端，数字接收机单元保证对模拟信号高精度的采集与快速传输至计算机，同时提供同步模块便于多站组网监测。
[0023]本实用新型有益效果:结构简单、灵敏度高、低功耗、成本低，可以广泛应用于闪电定位与监测、航海通信、电离层较低高度探测、太阳活动监测等研究。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型实施例的整体系统框图。
[0025]图2为本实用新型实施例的磁环天线实物模型和等效电路模型。
[0026]图3为本实用新型实施例的低噪模拟前端实现框图。
[0027]图4为本实用新型实施例数字接收机系统框图。
【具体实施方式】
[0028]通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本实用新型的特点和优点。所提供的实施例仅是对本实用新型方法的说明，而不以任何方式限制本实用新型揭示的其余内容。
[0029]本实施例采用技术方案如下:一种新型高性能甚低频接收机系统，包括计算机，还包括接收天线、超低噪模拟前端和数字接收机单元;所述接收天线接收信号经所述超低噪模拟前端放大、滤波后，传输至所述数字接收机单元输入端，所述数字接收机单元与所述计算机相连，实现数据传输与命令控制。
[0030]所述超低噪模拟前端通过同轴电缆与所述数字接收机单元连接，所述数字接收机单元通过USB总线与所述计算机连接。
[0031 ] 所述接收天线采用阻抗为I Ω -1mH环形磁天线。
[0032]所述环形磁天线采用正三角环天线，尺寸为:正三角环斜边长L = 2.6m，天线匝数N= 12，天线平面面积A= 1.695m2ο
[0033]所述超低噪模拟前端包括依次连接的阻抗匹配网络、基于差分结构的低噪放大器、带通滤波器模块和传输驱动模块。
[0034]所述阻抗匹配网络采用罐型磁芯绕制的低频变压器，与所述接收天线连接;所述基于差分结构的低噪放大器采用以低噪NPN晶体管搭建共基极差分放大器;所述带通滤波器模块包括基于模拟滤波器集成芯片的低通滤波器和基于巴特沃斯高通滤波器;所述传输驱动模块是将单端模拟信号转为差分结构并驱动同轴电缆，进行信号传输。
[0035]所述数字接收机单元包括高精度模数转换模块、基于USB2.0+FPGA数据传输模块和高精度频率源与同步模块。
[0036]所述所述高精度模数转换模块包含幅度调理电路、A/D转换器;所述基于USB2.0+FPGA的数据传输模块包括USB接口芯片、FPGA主控芯片;所述幅度调理