高靈敏度寬帶檢波對數(shù)視頻放大器研制

諸力群

摘要：在兩通道并行求和檢波對數(shù)視頻放大器模型的基礎上，根據(jù)正切靈敏度對射頻增益與噪聲性能的要求，通過增加前置放大器，并且對前置放大器、功分器以及射頻放大器等進行設計與優(yōu)化，以混合集成電路結構和成熟工藝實現(xiàn)，研制出正切靈敏度達-75dBm，頻率平坦度±0.5dB，動態(tài)范圍-68dBm～+5dBm，對數(shù)線性度±1.5dB的8～18GHz寬帶檢波對數(shù)視頻放大器。

關鍵詞：檢波對數(shù)視頻放大器 正切靈敏度 動態(tài)范圍

中圖分類號：TN722 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0044-02

Abstract：Based on the model of two-channel parallel-summation detection logarithmic video amplifier， considering that tangential signal sensitivity is related to RF gain and noise performance， by means of adding a pre-amplifier and optimization of the circuitry， a kind of wide-bandwidth detection logarithm video amplifier is developed here， which has the characteristics of tangential signal sensitivity of -75dBm， frequency flatness of ±0.5dB， dynamic range of -68dBm～+5dBm and logarithm linearity of ±1.5dB， realized by hybrid integrated circuit and mature technology.

Key Words：Detection Logarithm Video Amplifier； Tangential Signal Sensitivity； Dynamic Range

1 引言

檢波對數(shù)視頻放大器（DLVA）是一種將線性增加的射頻輸入信號轉換為按照對數(shù)函數(shù)關系增加的視頻輸出電壓，實現(xiàn)動態(tài)范圍的瞬時壓縮的放大器。由于檢波對數(shù)視頻放大器結構簡單、體積小、頻帶寬等優(yōu)點，在處理窄脈寬、大動態(tài)、高密度的脈沖信號上具有一定優(yōu)勢，廣泛應用在電子對抗接收機、預警雷達等電子戰(zhàn)相關系統(tǒng)以及大量測量儀器中。

2 原理簡介

2.1 基本模型

檢波對數(shù)視頻放大器通常應用于信道化接收機中，其基本模型由檢波器與對數(shù)視頻放大器組成，如圖1所示。檢波器將射頻輸入信號Pi直接轉換為直流信號Ve，對數(shù)視頻放大器完成對數(shù)變換過程輸出電壓Vo。

3 電路設計

3.1 電路結構

在兩通道并行求和檢波對數(shù)視頻放大器模型的基礎上，加入合適的前置放大器，優(yōu)化射頻增益和噪聲系數(shù)，可以設計出高靈敏度，動態(tài)范圍達70dB以上的擴展動態(tài)檢波對數(shù)視頻放大器，其原理框圖如圖2所示。

3.2 前置放大器及功分器設計

提高正切靈敏度一是需要足夠的增益，二是降低射頻放大器的噪聲系數(shù)。這里對于前置放大器的訴求是輸入駐波小，帶內(nèi)增益平坦，噪聲盡量低，飽和功率≥10dBm，所以前置放大器設計為平衡式低噪聲放大器，由Lange電橋與PHEMT低噪聲場效應管組成。經(jīng)過優(yōu)化仿真結果為8～18GHz頻帶內(nèi)輸入駐波≤1.5，增益8±0.5dB，噪聲系數(shù)≤3dB，P-1≥13dBm。

功分器按帶寬要求設計為三節(jié)Wilkinson功分器，仿真結果為8～18GHz頻帶內(nèi)輸入駐波≤1.5，插入損耗約3dB，隔離度≥20dB。

出于電路尺寸與精度考慮，采用薄膜工藝陶瓷基片和微組裝工藝實現(xiàn)，圖3為前置放大器及功分器的實物照片，圖4為兩者聯(lián)調(diào)的輸入輸出駐波與增益的實測結果。

3.3 射頻放大器

本文選用隧道二極管作為檢波器，其正切靈敏度為-43dBm，根據(jù)公式（4），檢波對數(shù)視頻放大器的正切靈敏度若要達到75dBm，則射頻總增益必須達到35dBm以上。考慮到前置放大器與功分器，框圖中射頻放大器增益需達到30dBm以上，這里選擇兩級MMIC低噪聲放大單片，并配合均衡器改善增益平坦度，溫補衰減器調(diào)整增益的溫度穩(wěn)定性，電路框圖如圖5所示。其中均衡器為集總單元GaAs單片，其插入損耗約2dB，幅度均衡量5.7dB，實測結果如圖6所示。

3.4 對數(shù)放大器

對數(shù)放大器設計為集成電路，采用直流耦合方式實現(xiàn)，包含3級線性放大器，多級對數(shù)模塊，以及加法輸出電路，其原理圖如圖7所示。該對數(shù)放大器動態(tài)范圍達到45dBm，恰好覆蓋檢波器的動態(tài)范圍。輔以精密穩(wěn)壓電源以及外圍電路，視頻帶寬可達120MHz，脈沖上升沿時間可達10ns，脈沖下降沿時間可達100ns。

4 實驗結果

由上述方案設計的寬帶檢波對數(shù)視頻放大器主要指標為：工作頻率8～18GHz，動態(tài)范圍-68～+5dBm，輸入電壓駐波比2.2，正切靈敏度-75dBm，對數(shù)斜率50mV/dB，對數(shù)線性度±1.5dBm，頻率平坦度±0.5dB。根據(jù)實測數(shù)據(jù)可得到8～18GHz帶內(nèi)頻率平坦度，如圖8所示，以及輸入功率與輸出電壓的轉換曲線，如圖9所示。

5 結語

在傳統(tǒng)檢波對數(shù)視頻放大器模型上，加入前置放大器，優(yōu)化設計寬帶低噪聲放大器的增益與噪聲性能，通過仿真和實際調(diào)試，研制出正切靈敏度-75dBm，動態(tài)范圍-68～+5dBm，對數(shù)線性度 ±1.5dB的8～18GHz寬帶檢波對數(shù)視頻放大器。

參考文獻

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[2]羅鵬，丁亞生.對數(shù)放大器的原理與應用（上）[J].電子產(chǎn)品世界，2005（4）：127-128.

[3]喻夢霞，李桂萍.微波固態(tài)電路[M].成都：電子科技大學出版社，2008.