偽碼引信相關器雙共軛匹配方法

石 亮,徐利平,白 博

（西安機電信息技術研究所,710065）

偽碼引信相關器雙共軛匹配方法

石 亮,徐利平,白 博

（西安機電信息技術研究所,710065）

針對傳統偽碼引信使用相關器時存在插損過大，對前級帶通濾波器影響大等現象，提出偽碼引信相關器采用雙共軛匹配法進行匹配，即設計網絡的輸入輸出匹配電路，使網絡的輸入端與信源共軛匹配，網絡的輸出端與負載共軛匹配，這樣相關器既能從信源處輸入最大功率，又能輸出最大功率給負載，在整個信號鏈路中沒有發射損耗，從而可以有效的降低相關器的插損。測試和試驗結果證明：該方法可有效的減小相關器的插損，大大的改善了偽碼引信的性能。

偽碼引信；相關器；插損；雙共軛匹配

0 引言

傳統偽碼引信在使用相關器時一般是直接使用，并不進行匹配，但偽碼引信接收通路的包絡檢波器需要一定的電平才能實現檢波，所以如果相關器插損過大就意味著必須增大發射功率和接收通道鏈路的增益，也就是功耗增加，接收鏈路增益過大容易自激，而且增大增益的同時需要對噪聲抑制提出更高的要求。所以應該通過阻抗匹配降低相關器的插損，這樣就可以減小接收通道的增益，同時還可以避免高增益時電路自激。

文獻[2]中提到的輸入叉指換能器、延遲線和輸出叉指換能器組成的相關器，是一種聲表面波器件，為了滿足不同的調制方式、不同時寬及不同帶寬信號處理的要求，它采用不同的基片材料、不同換能器結構及不同的信號傳輸方式等，因此，具有不同的輸入輸出阻抗特性，其插入損耗大小及插入損耗的溫度特性也不相同。文獻[3]中提到的水晶材料聲表面波相關器的延遲線是由石英晶體組成，由于水晶材料是低壓電耦合的基片材料，當換能器和信號源以及負載完全匹配時，ST切型石英延遲線的插入損耗約30dB，由于阻抗常常不匹配，實際插損平均高達50~60dB，而且會使中頻輸出帶通濾波器輸出信號產生畸變，損失處理增益，使系統抗干擾能力變差。

針對傳統偽碼引信相關器使用不匹配帶來差損過大的問題，本文提出了偽碼引信相關器采用雙共軛匹配方法。

1 偽碼引信傳統的相關器使用方法

圖1 傳統偽碼引信相關器的使用方法

偽碼引信的工作原理為脈沖定距原理，寬波束單天線收發分時復用，在中頻進行0/π調制，上變頻到射頻，經功放由天線發射出去，然后系統轉入接收狀態，回波信號經天線至雙工器，下變頻到中頻信號，中頻信號經寬帶中放、帶通濾波器到相關器及包絡檢波器得到回波信號，通過計算回波延遲得到高度值。

傳統偽碼引信相關器的使用方法如圖1所示，中頻信號經過帶通濾波后直接輸入到相關器，再直接進行放大，并沒有進行匹配，相關器的插損大約在52dB左右，所以必須增大發射功率，同時增大接收通路的增益以補償相關器的插損，也就意味著功耗的增大。偽碼引信彈上空間十分有限，在有限的空間內需要安裝完整的無線電收發系統，所以留給電池的空間非常有限。同時由于接受通路增益過高，DC/DC電源的噪聲被放大，影響到了對微弱信號的處理，降低了系統的接收靈敏度。帶通濾波器一般都是針對50Ω源和負載設計的，所以和相關器直接相連會造成回波信號功率的損失和信號的失真，降低了相關器的處理增益，使系統的抗干擾性能下降。

ADS軟件仿真可以提供電路的仿真、優化環境，可用輸入、輸出反射損耗、Smith圓圖等多種形式輸出電路的散射矩陣，是快速正確分析設計射頻電路的有效工具。

2 偽碼引信相關器的雙共軛匹配法

為了解決相關器插損大的問題，提出采用雙共軛匹配法設計相關器的匹配電路，使相關器輸入端與輸出端分別與源和負載共軛匹配，相關器既能從信源處輸入最大功率，又能輸出最大功率給負載,減小反射損耗，降低相關器的插損。

圖2 改進后的相關器使用方法

改進后的偽碼引信相關器使用方法如圖2所示。增加了相關器輸入匹配電路和輸出匹配電路，將相關器的輸入、輸出阻抗分別匹配到50Ω。

對相關器進行匹配電路設計需要相關器的S參數，利用矢量網絡分析儀測量相關器在中心頻率附近的S參數，然后將測量結果存成S參數文件，載入ADS軟件，對相關器進行雙共軛匹配仿真，將該頻點下輸入、輸出阻抗匹配到50Ω。

當源、負載反射系數ΓS、ΓL分別取相關器輸入、輸出反射系數的共軛匹配值ΓMS、ΓML時，可得到最小插損。ΓMS、ΓML表達式如（1）式所示。

雙共軛匹配法的實質就是設計網絡的輸入輸出匹配電路，使網絡的輸入端與源共軛匹配，網絡的輸出端與負載共軛匹配。這樣相關器既能從信源處輸入最大功率，又能輸出最大功率給負載，在整個信號鏈路中沒有信號的發射損耗，從而可以有效的降低相關器的插損。設計過程中可利用ADS軟件輔助設計，提高設計效率。

3 相關器的雙共軛匹配方法仿真及測試驗證

（1）相關器雙共軛匹配法仿真

阻抗匹配網絡是相關器與其它網絡相連接時保證最大功率傳輸所必不可少的網絡結構，它關系到相關器的插損、處理增益等一系列指標的好壞。為了降低插損，提高信號傳輸效率，采用雙共軛匹配法設計輸入、輸出匹配電路。

將矢量網絡分析儀測量的S參數文件載入到ADS軟件中，利用軟件中的斯密斯圓圖工具、自動優化工具等進行匹配。匹配電路采用電感、電容串并聯的方式。在工程應用中一般要求輸入輸出反射損耗小于-10dB。圖3為輸入匹配電路反射損耗仿真圖，圖4為輸出匹配電路反射損耗圖，匹配電路使輸入輸出反射損耗在中心頻率附近小于-10dB。

圖3 輸入匹配電路反射損耗圖

圖4 輸出匹配電路反射損耗圖

（2）相關器雙共軛匹配后的測試驗證

為了驗證雙共軛匹配法在減小相關器插損方面的有效性，對相關器進行兩組測試，即匹配前測試一組插損數據，匹配后測試一組插損數據，然后對比兩組測試數據。相關器選擇水晶材料相關器，由于水晶是零溫系數材料，即水晶材料相關器具有插損不隨溫度變化的優點，所以匹配后的相關器不能丟失這一優點，所以我們選擇不同溫度下測試相關器的插損：匹配前在不同溫度條件下各測試一次，依次是常溫、高溫+60℃、低溫-45℃，測量相關器的插損以及插損的溫漂；匹配后再進行三次同等溫度條件下的測試。

匹配前水晶材料相關器插入損耗測試如表1所示，常溫、高溫、低溫狀態下的平均插損為52.66dB，高低溫狀態下的插損與常溫狀態下的插損相比，溫度漂移在±0.53dB以內。

表1 匹配前水晶材料相關器測試

匹配后水晶材料相關器插入損耗測試如表2所示。為了更精細的測試匹配電路對相關器插損的影響，輸入信號幅度從大到小取更多組不同數值進行測試。

匹配前相關器的平均插損為52.66dB，采用雙共軛匹配法匹配后相關器在常溫、高溫、低溫狀態下的平均插損的平均插損為40.12dB，高低溫狀態下的插損與常溫狀態下的插損相比，溫度漂移在±0.79dB以內，插損降低了12.54dB，說明匹配電路可以顯著的降低相關器的插入損耗。考慮到測試誤差，溫漂可認為基本不變。高低溫測試結果比較穩定。匹配后相關器輸出波形如圖5所示。

圖5 匹配后相關器輸出波形

相關器插損降低了12.54dB，則接收通道放大增益可降低12.54dB，大大改善系統的穩定性和噪聲特性。

（3）外場試驗驗證

實驗室裝配了兩套偽碼引信相關器信號處理板，相關器采用雙共軛匹配法將輸入輸出端口匹配到50Ω，插損降低到40dB左右，較匹配前插損降低12.54dB左右，這樣接收通道放大器增益可降低12.54dB從而保持接收靈敏度不變。實驗室相關器信號處理板與偽碼引信聯試，工作狀態良好。外場進行航模掛飛試驗數次，偽碼引信在對應炸高上作用狀態良好，與匹配前掛飛試驗相比，狀態保持一致。

通過外場試驗證明用雙共軛匹配方法設計的偽碼引信相關器匹配電路性能良好。

4 結論

本文提出偽碼引信相關器雙共軛匹配方法，該方法就是設計網絡的輸入輸出匹配電路，使網絡的輸入端與信源共軛匹配，網絡的輸出端與負載共軛匹配，這樣相關器既能從信源處輸入最大功率，又能輸出最大功率給負載，在整個信號鏈路中沒有發射損耗，從而可以有效的降低相關器的插損。經過仿真驗證和實際制板調試驗證，通過該方法設計的匹配電路可將相關器的插損降低12.54dB。兩套樣機經過航模掛飛試驗證明偽碼引信工作狀態均正常，性能良好。測試和試驗結果驗證了通過該方法可有效降低

表2 匹配后水晶材料相關器測試

相關器的插損，大大的改善了偽碼引信的性能。

[1] 張強，張崢嶸．雷達高度表脈沖壓縮接收技術．壓電與聲光[J]．2004，26(6)：431-433

[2] 張強，張崢嶸．使用聲表面波器件的波形捷變雷達接收技術．壓電與聲光[J]，2003，25(5)，351-357

[3] 顏彪，謝仲華，郭振民，金寶琴．一種用于DS擴頻信號非相干檢測的差分延遲SAW相關器．電訊技術[J]．1996，36(2)：26-29

[4] 于利軍，謝錫海，韓銀福，曹志謙．偽碼測高計相關微分比較及邊沿捕獲．探測與控制學報[J]．2008，30(4)：36-39

[5] 徐利平，陳斌虎，喬飛，付強．彈載小型高增益功放雙共軛匹配設計方法．探測與控制學報[J]．2011，33(5)：64-68

Bi-conjugate Matching method of correlator in pseudo-random code fuze

Shi Lang，Xu Liping，Bai Bo
（XIAN Institute of electro-mechanical Information Technology，710065）

Traditional using of pn code correlator,the insertion loss is too large,and cause a influence on the front-end bandpass filter.To solve this problem,we use the proposed correlator pseudo-code fuze matching with double conjugate matching method,namely the design of network input and output matching circuit,makes the input of network and information source of conjugate matching,the output of the network and the load of conjugate matching,this correlator can input maximum power from the source, and can output the power to the load,there is no emission in the whole signal link loss,which can effectively reduce the insertion loss of the correlator.Test and test results show that this method can effectively reduce the insertion loss correlator,and greatly improves the performance of the pn code fuze.

pseudo code fuze;the correlator;insertion loss;double conjugate matching