Ku波段寬動態范圍接收機射頻前端設計

劉柳 熊偉 陸文斌 王亮 劉真富

(上海航天電子技術研究所,上海 201109)

隨著雷達接收機的不斷發展,高靈敏度、高穩定度、寬動態范圍的接收機是現代雷達接收機的重點研究內容[1][2],而接收機射頻前端的性能指標直接影響接收機整機性能,因此接收機射頻前端電路對接收機尤為重要。接收機射頻前端電路通過接收天線收到的微弱信號進行多重處理,轉換成接收機能識別的中頻信號,為后續電路提供信號基礎。

1 接收機前端主要指標

接收機通道包括:和通道、方位差通道、俯仰差通道、保護通道,其中和通道用于測距離、方位差和俯仰差通道用于測角度,保護通道用于抗干擾。通道主要技術指標如表1所示。

表1 通道主要技術指標

圖1 接收機射頻前端電路原理框圖

2 接收機射頻前端設計

接收機射頻前端電路主要由兩部分組成,分別為頻率發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頻率發生鏈路,產生本振信號,陰影框鏈路為接收機頻率混頻鏈路,實現中頻輸出。天線接收微弱的高頻信號,經低噪放大濾波后與一本振混頻得到一中頻,將一中頻進行濾波放大及增益調整后,與二本振混頻得到二中頻,再次進行濾波放大即可得到可用中頻信號。本設計中,由于頻段較高,調整范圍廣,對頻率規劃和器件選擇以及結構設計提出了較高要求。

2.1 頻率規劃

由于Ku頻段較高,故采用二次超外差結構進行下變頻,根據混頻理論,結合設計需求并考慮鏡像抑制、中頻干擾抑制等,規劃出一本振頻率f1±200MHz,二本振頻率2400MHz。其中一本振根據入射頻率變化而變化,二本振則為固定頻率。

2.2 增益調整

接收機射頻前端動態范圍較大,在接收鏈路中添加AGC和STC控制電路。采用AGC衰減電路[3]實現步進為1dBm的自動增益控制,利用STC電路對“遠近效應”接收信號進行動態調整,實現120dB寬動態范圍增益調整。

圖2 部分電路結構圖

2.3 頻率合成及濾波

鎖相頻率合成方案采用鎖相環技術進行頻率合成[4],鎖相環通過鑒相器、環形濾波器和壓控振蕩器可實現輸入輸出電信號相位同步且自動負反饋控制。本設計采用國產定制鎖相器,一本振鎖相器步進為100MHz,雜波抑制達70dBc,二本振固定頻點鎖相器諧波抑制為12dBc,雜波抑制達70dBc,性能滿足要求。混頻后利用國產定制濾波器,其帶寬為30MHz,帶外抑制達50dBc,可有效濾除中頻諧波和雜波。

2.4 結構設計

在結構設計時,為防止信號串擾和諧振,各通道利用3mm的鋁板墻進行隔離,并按功能分塊化;電源供電和信號混頻利用絕緣子形式進行穿墻;采用共面波導走線方式進行高頻信號傳輸;蓋板均貼附吸波材料。部分電路結構圖見圖2。

3 結語

本文設計了Ku波段寬動態范圍接收機射頻前端,并給出了設計方案。采用超外差式原理進行二次變頻,利用AGC和STC電路實現寬動態范圍調節,選用合適的元器件芯片,設計防串擾穩定結構,為實現接收機前端系統寬動態范圍的中頻輸出提供方案。

[1]鄭迎賓.現代雷達接收機的特性[J].電子技術與軟件工程,2017,(08):121.

[2]弋穩.雷達接收機技術[M].北京:電子工業出版社,2005.

[3]馬戰剛,張宇平,孫弋,吳景峰.大動態范圍AGC電路在接收機中的應用[J].半導體技術,2010,35(02):191-193.

[4]唐宇剛,單家芳,宦維定,朱梁,王中麗.互調儀中基于PLL技術的頻率源設計[J].固體電子學研究與進展,2017,37(02):103-107.