【正文】 當(dāng)信號增大，在需要進(jìn)行衰減的信號電平輸入時(shí)，將輸入設(shè)置為臨界值，輸入電壓與 PIN30 管的正極電壓差為 PIN 管的正向?qū)妷?，通常? 左右，寬帶微波巴倫 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 隨著信號的增大，同時(shí)增大輸入端的電壓，使 PIN 管的 導(dǎo)通程度線性 降低，即 PIN 管的正向電流線性減少， 對信 號的衰減器逐漸增加，輸出信號的電平因此基本保持恒定。 Rf Oop Ui U0 R 圖 36 電壓跟隨器 二極管電調(diào)衰減器 用 PIN 二極管構(gòu)成的電調(diào)衰減器在通用寬帶接收機(jī)中經(jīng)常使用，控制線性度好，適用頻段寬，插損小，體積小，成本低，而且是完全阻抗線性衰減，不受 P－ 1dB 點(diǎn)的制約，因此可以用在接收機(jī) RF 前端，提高接收機(jī)的抗堵塞能力和大信號接收能力。通過對幾種電路形式的比較，我們選取了如圖 35 的電路形式。在研制過程中我們選取了如圖 34 的電路形式。 研究證明，幅度和相位一致性受如下因素的影響： (1)90?移相功分器的幅度和相位平衡性； (2)同相功分器的幅度和相位平衡性； (3)濾波器、混頻器、放大器各元器件間的幅度和相位一致性 ； (4)結(jié)構(gòu) 的 對稱 性 。Q 解調(diào)器電路原理框圖 90?功率分配器的設(shè)計(jì) 目前，隨著自適應(yīng)技術(shù)及數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展， 自適應(yīng)旁瓣相消技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代雷達(dá)抑制旁瓣惡意有源干擾、提高雷達(dá)在復(fù)雜電磁戰(zhàn)場環(huán)境生存能力的重要手段 [2]。 第 3 章 L 波段接受機(jī)設(shè)計(jì) 25 該典型 Iamp。 假設(shè)相參信號和射頻信號滿足如下關(guān)系： V1(t)= VcCOSWct， V2(t)= VmCOSWmt 則經(jīng) 90?移相、功分后加到混頻器 2 相應(yīng)輸入端口的信號電壓分別為： 混頻器 1： V3(t)=COSWctVc2 (31) V4(t)=COSWmtVm2 (32) 混頻器 2： V5(t)=)90(2 1????W ctC O S V C (33) V6(t)=)(2 2??WmtCOSVm (34) 經(jīng) 混頻和低通濾波器濾波后取出的視頻信號電壓分別為 (設(shè)其振幅為 A， ??=?1?2 且 WcWm)： V7(t)= ACOS(WcWm)t (35) V8(t)= ACOS[(WcWm)t+(90?+??)] (36) 從 (35)、 (36)式我們可以看出，影響 Iamp。實(shí)現(xiàn) 90?移相和功分的電路很多，如： Langer 耦合器、支線耦合器、寬邊帶耦合等等，在這里我們采 用了 Langer 耦合器的電路形式，運(yùn)用集總參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，通過理論計(jì)算和 CAD 輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合，取得了較好的結(jié)果。其中， 90?移相功分器和雙平衡混頻器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。溫補(bǔ)電路如上圖 32。通過分析，我們認(rèn)為引入溫補(bǔ)電路是改善零點(diǎn)溫漂的有效途徑。因此，現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)對該項(xiàng)指標(biāo)要求很高，在寬溫工作范圍內(nèi) (55176。當(dāng)漂移電壓的大小可以和有效信號電壓相比時(shí)，就無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓，嚴(yán)重時(shí)漂移電壓甚至把有效信號電壓淹沒了，使放大電路無法正常工作。Q 輸出信號間的幅度和相位平衡性等直接影響雷達(dá)系統(tǒng)對跟蹤目標(biāo)的精確度以及對遠(yuǎn)程目標(biāo)的跟蹤能力等。 (5)零漂： ?177。Q解調(diào) 模塊低通A5A6低通A5 A6I路基 帶信號輸出 (Vpp:2V)Q路基 帶信號輸出 (Vpp:2V)視頻放大器 驅(qū)動(dòng)器視頻放大器 驅(qū)動(dòng)器G:2 8P: 6 2G:3 . 0P: 6 5G:2 8P: 3 7G:2 4P: 5. 5G:P:39G:P:14G:P:隔離G:2 8P: 1 1G:1 . 0P: 4. 5A3零漂調(diào)整及溫補(bǔ)電路零漂調(diào)整及溫補(bǔ)電路電源及控制信號處理電路+12 V +5 V 5 V TT L第 3 章 L 波段接受機(jī)設(shè)計(jì) 21 技術(shù)指標(biāo)要求 輸入信號 (1)射頻輸入信號 中心頻率： L 波段 3dB 信號 帶寬： 200MHz、 60MHz 抑制度： 60dB(載頻處 ) 信號輸入功率： － 120dBm～－ 90dBm (2)本振信號 頻率： L 波段 功率： 7177。溫補(bǔ)電路的引入較好的解決了零點(diǎn)的溫度漂移問題，故障檢測電路能適時(shí)監(jiān)控該部件的工作狀態(tài)。如圖 31 所示。 (2)接受機(jī)功能電路實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)線路組成，設(shè)計(jì)電路圖 [11]。 第 3 章 L 波段接受機(jī)設(shè)計(jì) 19 第 3 章 L 波段接收機(jī)設(shè)計(jì) 接收機(jī)設(shè)計(jì)是一種綜合性的挑戰(zhàn)，首先要確定設(shè)計(jì)目的，即設(shè)計(jì)哪一種接收機(jī)，不同種類接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法是大不相同的。從另一個(gè)角度來說，接收機(jī)的信號檢測能力，或者說靈敏度受這些內(nèi)部雜散信號限制的程度遠(yuǎn)大于接收機(jī)電路所產(chǎn)生的噪聲的影響。還有一些雜散響應(yīng)與頻率合成器的工作原理有關(guān)。 無雜散動(dòng)態(tài)范圍上限的典型界定方法為：當(dāng)接收機(jī)輸入端所加的等幅雙音信 號在輸出端產(chǎn)生的三階互調(diào)量的功率等于最小可檢測信號功率值時(shí)，輸入端的等幅雙音信號的功率值就是無雜散動(dòng)態(tài)范圍的上限。通常用最小可檢測信號 (MDS)來定義接收機(jī) 動(dòng)態(tài)范圍的下限功率 (或電平 )。關(guān)于截?cái)帱c(diǎn)的另一個(gè)重要的參數(shù)是輸出等效三階互調(diào)截?cái)帱c(diǎn) IM3，可由 (222)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 確定： ? ? ? ?33 23 IPPIM in ?? (222) 其中： IM3＝輸入三階截?cái)帱c(diǎn)處的等效輸出三階互調(diào)截?cái)帱c(diǎn)，單位 dBm； IP3＝輸入三階截?cái)帱c(diǎn)，單位 dBm。可以采用雙平衡混頻器作第一級混頻電路、 RF 前級放大器采用推挽結(jié)構(gòu)來減小或消除二階雙音互調(diào)失真的影響。當(dāng)兩個(gè)強(qiáng)度足夠大的干擾信號經(jīng)過天線加到接收機(jī)的輸入端時(shí)，由于 RF 級有源電路的非線性，這兩個(gè)強(qiáng)干擾信號就會(huì)相互混頻產(chǎn)生雜散響應(yīng)信號，被稱為互調(diào)產(chǎn)物。見下圖 28，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出功率響應(yīng)曲線，實(shí)際輸出響應(yīng)與它線性響應(yīng)的延長線在輸出功率差 1dB 時(shí)的輸入功率為輸入 1dB 壓縮點(diǎn)，用 Pin 表示。由通道噪聲計(jì)算公式： ? ? ? ? . . . . . .1111221111 ?????? FGGFGFF (220) 可以看出整個(gè)通道的噪聲主要由前面幾級決定，所以要盡量降低前級 放大器的噪聲，同時(shí)在滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的前提下適當(dāng)提高前級放大器的增益。因此，中頻帶寬對靈敏度的影響較噪聲系數(shù)要大。靈敏度是一個(gè)最小的信號電平，當(dāng)接收到的信號剛剛達(dá)到這樣的強(qiáng)度時(shí)，接收機(jī)就能正常工作，并且產(chǎn)生預(yù)期的輸出。注意，在使用式 (218)時(shí)，所有的 F 和 G 都是倍數(shù)而不是 dB。若知道各個(gè)級的噪聲系數(shù) (或噪聲溫度 )，就可以確定許多級聯(lián)在一起的噪聲系數(shù)或噪聲溫度。二兩端口網(wǎng)絡(luò)的噪聲系數(shù)定義為： F= 輸入端信噪比 /輸出端信噪比＝ 100?NSNS ii (24) 對于圖 25 所示的二端口網(wǎng)絡(luò)，其增益為 G，附加噪聲功率為 Na，有： iGSS ?0 (25) NaGNN i ??0 (26) Si S0 Ni=KTB N0 圖 25 具有增益Ｇ和附加噪聲功率Ｎ二端口網(wǎng)絡(luò) 將式 (26)代入 (25)得： F = ?0NGSNSiiiiGNN0 (27) iFGNN ?0 (28) 兩邊取對數(shù)，且通常用分貝值來定義噪聲系數(shù)，即 NF =10LogF， 則上式為： )()()(0 dBNdBGNdBN iF ??? (29) 上式 (29)表明，以分貝值計(jì)算，通過二端口網(wǎng)絡(luò)后，輸 出噪聲功率是輸入噪聲功率加上噪聲系數(shù)和增益。而在大信號的情況下則用 S/N。當(dāng)二端口網(wǎng)絡(luò)包含有源器件，諸如晶體管，就燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 會(huì)存在其它的噪聲機(jī)制。 閃爍噪聲 又稱 1/f 噪聲或低頻噪聲，是由大量的物理因素如系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)起伏、電磁輻射和量子噪聲等產(chǎn)生的，特點(diǎn)是能量與頻率成反比(1/f)， 1/f 噪聲在 1Hz 到 1MHz 之間的影響很大，超過 1MHz 熱噪聲的影響更為顯。通常用在工作帶寬 B 的電阻上噪聲電壓 Vn 的均方值來表征： kTBRVn 42 ? (21)式中： k＝玻爾茲曼常數(shù)， 1023 J K ； T＝電阻絕對溫度，單位 K； B＝工作帶寬，單位 Hz； R＝電阻值，單位 Ω。噪聲可以是接收機(jī)自身產(chǎn)生的，也可以是從外部噪聲源進(jìn)來的 [7]。二是正交必須精確，即本振的兩路信號要精確的相差 ?90?，否則鏡像頻率不可能被完全抑制。 Weaver 結(jié)構(gòu)可以有效抑制鏡頻信號， 使得有用信號順利通過。 (3)低中頻接收機(jī) 它具有和零中頻相似的優(yōu)點(diǎn)，可以有效抑制 DC 附近的問題，它要求很高的鏡像抑制比，需要結(jié)合使用抑制鏡頻的變頻結(jié)構(gòu)和額外的鏡頻抑制措施。 (2)零中頻接收機(jī) 它是最簡單的實(shí)現(xiàn)方法，這種結(jié)構(gòu)不存在鏡像頻率，所以不 需要鏡頻抑制濾波器，只需要低通濾波器進(jìn)行信道選擇。也就是有利于提高接收機(jī)靈敏度。第三，中頻高增益放大器比載波頻段上的高增益放大器要容易和穩(wěn)定。為了獲得更高的靈敏度和選擇性，有時(shí)需要用兩次或者多次變頻，在多個(gè)中頻頻率上逐步濾波和放大。大動(dòng)態(tài)范圍接收機(jī)的主要指標(biāo)為：噪聲系數(shù)、靈敏度、雙音互調(diào)失真、三 階截?cái)帱c(diǎn)、無雜散動(dòng)態(tài)范圍和內(nèi)部雜散響應(yīng) SFDR(Spuriousfree Dynamic Range)。 (4)混頻器 將高頻載波頻率搬移到較低頻率上，由于本振信號的存燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 在，混頻器是接收機(jī)中輸入射頻信號最強(qiáng)的模塊，它的線性度尤為重要，要求高的三階互調(diào)截點(diǎn)，同時(shí)又要求較低的噪聲系數(shù)。 (2)低噪聲放大器 ( LNA ) 一般在系統(tǒng)前端，其噪聲性能的好壞直接影響著整機(jī)的性能，尤其是接收機(jī)靈敏度和整機(jī)噪聲的好壞。各級電路的工作頻率，增益、噪聲系數(shù)、線性度、功耗都要系統(tǒng)的考慮。 第 4 章是對電路原理圖進(jìn)行精細(xì)的工藝設(shè)計(jì)，完成整機(jī)設(shè)計(jì)并對產(chǎn)品的可靠性做了估計(jì)。這一章主要介紹了本課題研究的背景和意義，然后給出了論文的內(nèi)容安排。 本文研究的內(nèi)容及安排 本文研究的主要內(nèi)容：用寬帶低噪聲放大器、電調(diào)衰減器、 Iamp。它開始主要應(yīng)用于軍用系統(tǒng)，如相控陣?yán)走_(dá)、火箭與導(dǎo)彈的制導(dǎo)和電子對抗等系統(tǒng) [4]。在這類器件中，作為反饋和直流偏置元件的各個(gè)電阻器都采用具 有高頻特性的薄膜電阻，并且與各有源器件一起封裝在一個(gè)芯片上，這使得各零件之間幾乎無連線，從而使電路的感抗降至最低，且分布電容也極小，因而可用在工作頻率和頻寬都很高的場合中。 (3)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)的應(yīng)用。 (2)擴(kuò)頻接收機(jī)。 本文介紹了一種用于 SAR 系統(tǒng)的 L 波段接收機(jī)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。為此，我們重 點(diǎn)開展了寬帶低噪聲放大器、電調(diào)衰減器、 Iamp。 L 波段接收機(jī)是雷達(dá)、通訊等多種整機(jī)系統(tǒng) 的核心部件之一，尤其在多功能相控陣?yán)走_(dá)中應(yīng)用更為廣泛，如 MTD、 MTI 等。在性能上，現(xiàn)代接收機(jī)主要是向高線性、大動(dòng) 態(tài)范圍、高靈敏度、高分辨率等方面發(fā)展。Q 解調(diào)器的設(shè)計(jì) ..........................................................24 電壓跟隨器的電路形式 ...........................................................27 二極管電調(diào)衰減器 ...................................................................27 整機(jī)噪聲設(shè)計(jì) ...............................