Ku波段寬動(dòng)態(tài)范圍接收機(jī)射頻前端設(shè)計(jì)

劉柳 熊偉 陸文斌 王亮 劉真富

(上海航天電子技術(shù)研究所,上海 201109)

隨著雷達(dá)接收機(jī)的不斷發(fā)展,高靈敏度、高穩(wěn)定度、寬動(dòng)態(tài)范圍的接收機(jī)是現(xiàn)代雷達(dá)接收機(jī)的重點(diǎn)研究內(nèi)容[1][2],而接收機(jī)射頻前端的性能指標(biāo)直接影響接收機(jī)整機(jī)性能,因此接收機(jī)射頻前端電路對接收機(jī)尤為重要。接收機(jī)射頻前端電路通過接收天線收到的微弱信號進(jìn)行多重處理,轉(zhuǎn)換成接收機(jī)能識別的中頻信號,為后續(xù)電路提供信號基礎(chǔ)。

1 接收機(jī)前端主要指標(biāo)

接收機(jī)通道包括:和通道、方位差通道、俯仰差通道、保護(hù)通道,其中和通道用于測距離、方位差和俯仰差通道用于測角度,保護(hù)通道用于抗干擾。通道主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 通道主要技術(shù)指標(biāo)

圖1 接收機(jī)射頻前端電路原理框圖

2 接收機(jī)射頻前端設(shè)計(jì)

接收機(jī)射頻前端電路主要由兩部分組成,分別為頻率發(fā)生電路和頻率混頻電路,原理框圖如圖1所示。

其中白色框鏈路為接收機(jī)頻率發(fā)生鏈路,產(chǎn)生本振信號,陰影框鏈路為接收機(jī)頻率混頻鏈路,實(shí)現(xiàn)中頻輸出。天線接收微弱的高頻信號,經(jīng)低噪放大濾波后與一本振混頻得到一中頻,將一中頻進(jìn)行濾波放大及增益調(diào)整后,與二本振混頻得到二中頻,再次進(jìn)行濾波放大即可得到可用中頻信號。本設(shè)計(jì)中,由于頻段較高,調(diào)整范圍廣,對頻率規(guī)劃和器件選擇以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了較高要求。

2.1 頻率規(guī)劃

由于Ku頻段較高,故采用二次超外差結(jié)構(gòu)進(jìn)行下變頻,根據(jù)混頻理論,結(jié)合設(shè)計(jì)需求并考慮鏡像抑制、中頻干擾抑制等,規(guī)劃出一本振頻率f1±200MHz,二本振頻率2400MHz。其中一本振根據(jù)入射頻率變化而變化,二本振則為固定頻率。

2.2 增益調(diào)整

接收機(jī)射頻前端動(dòng)態(tài)范圍較大,在接收鏈路中添加AGC和STC控制電路。采用AGC衰減電路[3]實(shí)現(xiàn)步進(jìn)為1dBm的自動(dòng)增益控制,利用STC電路對“遠(yuǎn)近效應(yīng)”接收信號進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)120dB寬動(dòng)態(tài)范圍增益調(diào)整。

圖2 部分電路結(jié)構(gòu)圖

2.3 頻率合成及濾波

鎖相頻率合成方案采用鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行頻率合成[4],鎖相環(huán)通過鑒相器、環(huán)形濾波器和壓控振蕩器可實(shí)現(xiàn)輸入輸出電信號相位同步且自動(dòng)負(fù)反饋控制。本設(shè)計(jì)采用國產(chǎn)定制鎖相器,一本振鎖相器步進(jìn)為100MHz,雜波抑制達(dá)70dBc,二本振固定頻點(diǎn)鎖相器諧波抑制為12dBc,雜波抑制達(dá)70dBc,性能滿足要求。混頻后利用國產(chǎn)定制濾波器,其帶寬為30MHz,帶外抑制達(dá)50dBc,可有效濾除中頻諧波和雜波。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),為防止信號串?dāng)_和諧振,各通道利用3mm的鋁板墻進(jìn)行隔離,并按功能分塊化;電源供電和信號混頻利用絕緣子形式進(jìn)行穿墻;采用共面波導(dǎo)走線方式進(jìn)行高頻信號傳輸;蓋板均貼附吸波材料。部分電路結(jié)構(gòu)圖見圖2。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了Ku波段寬動(dòng)態(tài)范圍接收機(jī)射頻前端,并給出了設(shè)計(jì)方案。采用超外差式原理進(jìn)行二次變頻,利用AGC和STC電路實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍調(diào)節(jié),選用合適的元器件芯片,設(shè)計(jì)防串?dāng)_穩(wěn)定結(jié)構(gòu),為實(shí)現(xiàn)接收機(jī)前端系統(tǒng)寬動(dòng)態(tài)范圍的中頻輸出提供方案。

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