【正文】 收機(jī)設(shè)計(jì) .......................................................................19 L 波段接收機(jī)的電路設(shè)計(jì) ................................................................19 技術(shù)指標(biāo)要求 ..................................................................................21 輸入信號(hào) ...................................................................................21 輸出 I、 Q 信號(hào) .........................................................................21 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) IV 系統(tǒng)要求 ...................................................................................22 使用環(huán)境要求及其它特殊要求 ...............................................22 技術(shù)難點(diǎn)及關(guān)鍵電路設(shè)計(jì) ..............................................................22 零點(diǎn)漂移溫度補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì) ...............................................22 寬帶 Iamp。本課題就是基于這些原因?qū)?L 波段接收機(jī)的增益、噪聲、動(dòng)態(tài)范圍等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究的。通過(guò)該課題的研究，我們突破了該類電路設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，為同類系列化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了強(qiáng)有力的保障，較好的滿足了國(guó)家軍民兩個(gè)市場(chǎng)的需求。目前，大量的商業(yè)和軍事上都廣泛的應(yīng)用擴(kuò)頻技術(shù) [3]。與傳統(tǒng) MIC 相比， MMIC 器件有著低成本，高穩(wěn)定性，高 一致性，體積小，工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。 本論文的內(nèi)容安排為： 第 1 章是緒論部分。 第 2 章 接受機(jī)原理及性能指標(biāo)分析 5 第 2 章 接收機(jī)原理及性能指標(biāo)分析 接收機(jī)簡(jiǎn)介 接收機(jī)是一個(gè)系統(tǒng)，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想尤為重要。 (3)微波濾波器 2 抑制由 LNA 放大或者產(chǎn)生的鏡像干擾；進(jìn)一步抑制其他雜散信號(hào)；與第一濾波器一樣，也起著減小本振泄漏對(duì)系統(tǒng)不利影響的作用。依靠周密的中頻頻率選擇和高品質(zhì)的射頻和中頻濾波器，一個(gè)精心設(shè)計(jì)的外差接收機(jī)可以 達(dá)到很高的靈敏度，選擇性和動(dòng)態(tài)范圍。高的中頻使得鏡像頻率遠(yuǎn)離有用信號(hào)的頻率，利于抑制鏡像頻率的干擾，利于提高輸出中頻的信噪比。但是和外差式接收機(jī)相比較， 0Hz 附近很不安全，所以零中頻方案也 存在不少難以解決的問(wèn)題：包括本振泄漏、 LNA 諧波失真干擾、直流偏置和低頻噪聲。一是兩條支路必須 LFP LFP 限幅檢測(cè) 限幅檢測(cè) L0 900 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 完全一致，其中包括本振信號(hào)的幅度、混頻器的增益、低通濾波器的特性 Sinw1t 射頻輸入 Cosw1t 中頻輸出 圖 23 Hartley 結(jié)構(gòu)抑制鏡像頻率 Sinw1t 中頻輸出 射頻輸入 Cosw1t 圖 24 Weaver 結(jié)構(gòu)抑制鏡像頻率 都必須一致。 低通濾波器 低通濾波器 900 低通濾波器 低通濾波器 第 2 章 接受機(jī)原理及性能指標(biāo)分析 9 噪聲的來(lái)源 熱電子和固態(tài)電子設(shè)備中的噪聲可以分為三種主要類型： 熱噪聲 又稱 Johnson 噪聲，或奈奎斯特噪聲，是由束縛電荷熱運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)起伏產(chǎn)生的。在二端口線性無(wú)源網(wǎng)絡(luò)中，噪聲僅僅由二端口中的損耗引起，從熱力學(xué)的角度考慮，說(shuō)明這種損耗導(dǎo)致的隨機(jī)變化正是我們所稱的噪聲。噪聲系數(shù)是定量描述一個(gè)元件或系統(tǒng)所產(chǎn)生噪聲程度的指數(shù)，系統(tǒng)的噪聲系數(shù)受許多因素影響，如電路損耗、偏壓、放大倍數(shù)等。下圖 26 為兩個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)，增益分別為 G1 和 G2，噪聲系數(shù)分別為 F1 和 F2，級(jí)聯(lián)后的噪聲系數(shù)與增益分別為 F12 和 G12， Si S0 Ni=KT N1 N0 圖 26 兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián) 由式 (210)得： KTBGFN 12120 ? (213) 這里， G12＝ G1G2，但是 F12≠ F1F2，由上一節(jié)分析，根據(jù)式 (26)、 (210)及 (212)可以得出： NaK T BGNaGNK T BGFN i ????? 11111 (214) 由 (214)式，第二級(jí)網(wǎng)絡(luò)在輸出端產(chǎn)生的噪聲功率為： KTBGFNa 22 )1( ?? (215) 則輸出端總的噪聲功率為： K T BGFK T BGGFNaGNN 22211210 )1( ????? (216) 由式 (216)得出 ，兩級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)為： F1 G1 Na1 F2 G2 Na2 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 121210120xx)1()()( GFFK T BGGNK T BGNF ????? (217) 可以推廣到如下圖 27 所示的 N 個(gè)網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)，由此可得總的噪聲系數(shù)為： Si S0 Ni=KTB N1 … . N0 圖 27 Ｎ個(gè)網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián) ...... 1...11 121213121 ?? ???????? nn GGG FGGFGFFF (218) 上式是用來(lái)計(jì)算多級(jí)級(jí)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)噪聲系數(shù)的，從式中定義看出，要使系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)降低，第一級(jí)的增益和噪聲系數(shù)是至關(guān)重要的，若系統(tǒng)第一級(jí)具有高的增益，上式可以驗(yàn)證系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)基本上等于第一級(jí)噪聲系數(shù)，因此，降低接收機(jī)的總噪聲系數(shù)，系統(tǒng)第一級(jí)不但要具有低噪聲系數(shù)，而且要具有高增益。 從式 (215)可見(jiàn)，若要提高靈敏度，只有降低接收機(jī)噪聲系數(shù)和減小中頻帶寬?；祛l器、放大器及接收機(jī)一般工作在輸出信號(hào)與輸入信號(hào)成比例變化的線性區(qū)域，即上述兩者之間的區(qū)域，也就是一般定義的動(dòng)態(tài)范圍 [9]。 二階雙音互調(diào)失真是常見(jiàn)的問(wèn)題，尤其在寬帶接收機(jī)射頻前端電路中。有多種不同的標(biāo)準(zhǔn)和方式來(lái)定義接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的上下限。其中一些雜散響應(yīng)是由于接收機(jī)的二次或三次變頻設(shè)計(jì)，其各級(jí)本振頻率的諧波相互混頻產(chǎn)生的。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 本章小結(jié) 本章先介紹了一般接收機(jī)的原理框圖和工作特性，后從 噪聲、靈敏度與動(dòng)態(tài)范圍等基本概念出發(fā) 介紹了的一些關(guān)于 L波段接收機(jī)性能指標(biāo)的相關(guān)知識(shí)，為后續(xù)章節(jié) L 波段接收機(jī)的噪聲、靈敏度、動(dòng)態(tài)等的系統(tǒng)設(shè)計(jì)做了鋪墊。Q 鑒相器網(wǎng)絡(luò)、單刀雙擲開關(guān)、帶通濾波器、低通濾波器、視頻放大器、驅(qū)動(dòng)器以及正交調(diào)相網(wǎng)絡(luò)、零點(diǎn)漂移溫補(bǔ)電路、故障檢測(cè)電路等電路組成 [12]。 圖 31 L 波段接收機(jī)電路原理框圖 90dBm(阻塞 信號(hào))(阻塞 信號(hào))衰減中放輸出A4低通VctVctSPDTSPDTENEN帶寬200M帶寬60MA2RFi n A1 隔離電調(diào)衰減器Iamp。因?yàn)檎昏b相器電路是雷達(dá)系統(tǒng)的核心部件，其中的一些關(guān)鍵指標(biāo)如：輸出噪聲、零點(diǎn)漂移、Iamp。 零點(diǎn)漂移對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一，脈沖壓縮后的主副瓣上疊加一個(gè)較大的直流分量，在小信號(hào)的情況下有可能把有用信號(hào)淹沒(méi)而無(wú)法檢測(cè)，導(dǎo)致系統(tǒng)誤判；其二，自適應(yīng)旁瓣相消權(quán)值的估計(jì)和修正會(huì)由于零點(diǎn)漂移的存在而產(chǎn)生較大誤差，從而降低旁瓣相消的改善因子。 輸出信號(hào) 輸入信號(hào) 圖 32 零點(diǎn)漂移溫度補(bǔ)償 電路原理圖 由此可見(jiàn)，溫補(bǔ)電路的引入達(dá)到了降低鑒相器零點(diǎn)溫漂的目的。RF 間的隔離、載波抑制等則受到混頻器的限制。Q 解調(diào)器電原理圖。因此，嚴(yán)格控制正交鑒相器的幅度平衡和正交誤差是該電路設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[15]。Q 間的幅相平衡性等特性。一般 PIN 管電調(diào)衰減器的插損可以做的小于 2dB。因此大多數(shù)控制電路都采樣 PIN 管 [16]。 其中： L=(Z0/W0){(1+?)(1?)}(1/2) C={1/(W0Z0)}{(1?)/(1+?)}1/2) 耦合度 =20log? ?=1W02LC1 (?：耦合系數(shù)； Z0：阻抗； W0：中心頻率 ) 上述公式可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)工作頻率下的 L、 C、 C1 的值，通過(guò)精心設(shè)計(jì)和選材，獲得了較好的研制結(jié)果。雷達(dá)自適應(yīng)旁瓣相消性能的關(guān)鍵指標(biāo)為相消后的改善因子，而直接影響雷達(dá)系統(tǒng)改善因子的關(guān)鍵因素之一就是正交鑒相器各路之間的幅度一致性和相位一致性。Q 解調(diào)器幅相平衡性的因素很多，但最關(guān)鍵因素是 90?移相功分器。首先，鑒相器的幅相平衡性主要取決于90?移相功分器 。我們的設(shè)計(jì)思想是這樣的：設(shè)法把鑒相器輸出信號(hào)中的零點(diǎn)漂移量取出來(lái)，然后通過(guò)溫補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)反饋到放大器的同相輸入端，與放大器內(nèi)部的溫漂成分進(jìn)行合成，從而使兩分量相互抵消或部分抵消，從而達(dá)到降低零點(diǎn)溫漂的目的 [13]。為了表示由于溫度變化引起的漂移，常把溫度升高一度 (1176。 10mV(最大放大量 ) (6)IQ 檢波帶寬： 200MHz、 60MHz(3dB 帶寬 ) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 系統(tǒng)要求 (1)增益： ?110dB (2)噪聲系數(shù)： ? (3)帶內(nèi)相位失真： ?10? (4)具有 200MHz 和 60MHz 兩種可選擇的工作帶寬 (5)電源： ?12V (6)溫度： 55?C～ +85?C (7)接口：電源采用穿心電容，其它采用 SMA 使用環(huán)境要求及其它特殊要求 正交鑒相器模塊的 絕對(duì)最大額定值和推薦工作條件，存放和使用應(yīng)滿足該項(xiàng)要求。最后得到燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 具有一定幅度、幅相平衡性良好、零點(diǎn)溫漂小、相互隔離的 Iamp。 本章對(duì)一般接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法不作詳細(xì)的討論，在這里我們將重點(diǎn)放在正交鑒相器電路的研究。為了防止干擾接收機(jī)對(duì)微弱信號(hào)的正常接收，內(nèi)部雜散響應(yīng)應(yīng)該與接收機(jī)的最小可檢測(cè)信號(hào)處于同一功率水平量級(jí)，苛求內(nèi)部雜散響應(yīng)遠(yuǎn)小于 MDS 沒(méi)有什么現(xiàn)實(shí)地意義。 MDS的另一個(gè)定義式如下： ? ? ? ?323 IPPM DS u ?? (224) 其中： SFDRPu ? 的上限，單位 dBm； ?3IP 輸入三階截取點(diǎn)，單位 dBm； 改寫式 (223)，則 ? ?3231 IPM DSPu ?? (225) 第 2 章 接受機(jī)原理及性能指標(biāo)分析 17 ? ? 332l og1017131 IPBNFdB m ????? 因此由 PL 和 Pu ， Lu PPSFDR ?? ? ? MD SIPMD S ???3231 (226) ? ?MDSIP ??332 可見(jiàn)， SFDR 直接正比于三階截?cái)帱c(diǎn) IP3，反比于噪聲系數(shù) NF 和中頻帶寬，也就是說(shuō)，噪聲系數(shù)低，中頻帶寬窄，三階截?cái)帱c(diǎn)高，則接收機(jī)無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍就大。 無(wú)雜散響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍 無(wú)雜散響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍是接收機(jī)常用的技術(shù)參數(shù)，定義是：在系統(tǒng)輸入端外加等幅雙音信號(hào)的情況下，接收機(jī)輸入信號(hào)從超過(guò)噪聲門限 3dB 處到?jīng)]有產(chǎn)生三階互調(diào)雜散響應(yīng)點(diǎn)處之間的功率動(dòng)態(tài)