某型号雷达中激励源放大器的设计方案

安徽四创电子股份有限公司　郑银福

某型号雷达中激励源放大器的设计方案

安徽四创电子股份有限公司郑银福

【摘要】本文简述了某型号雷达中激励源放大器的设计方法及平衡放大器的设计原理。

【关键词】激励；BITE；射频；3dB电桥；定向耦合器；Po-1

1　引言

激励源作为雷达系统中不可或缺的一部分，它的性能好坏决定了雷达发射机发射信号质量的好坏和发射信号的正常检测功能。激励源放大器将上变频通道产生的发射信号放大到雷达发射机输入端所需的功率和提供激励发射信号的检测信号以及BITE故障在线检测信号。

2　产品特点

本激励源放大器模块作为一个独立放大模块，可通过二选一射频开关选择激励输出信号给发射机或选择测试输出信号给测试通道，同时能够提供激励输出通道故障在线检测功能所需的电压信号即BITE信号。本模块包含射频开关选择电路、射频放大电路、3dB电桥、微带定向耦合器电路以及射频检波、比较电路。

3　方案设计

3.1主要指标要求

a.工作频率：2700～2900MHz；

b.增益：40±2dB（激励输出），三路输出；

c.激励发射信号Po-1：22±1dBm；测试输出信号：-15±1dBm；输出信号各路之间隔离度：≥80dB；驻波小于1.5；

d.激励检测信号和激励发射信号的耦合度：-20± 2dB；

e.输出故障检测信号：TTL电平。

3.2方案选择

根据技术指标及可靠性要求我们选择平衡放大器方案，平衡放大器具有噪声低、稳定性好、输入输出驻波小，容易匹配等优点。根据工作频率和输出信号Po-1指标要求，末级放大器选择TRANSCOM公司的TC2384，在工作频率点增益达可以到17dB,输出Po-1可以达到到24 dBm。根据增益要求反推输入级放大器的级数和型号，输入级需采用二级放大，型号选用Mini公司的ERA-5SM，由于激励发射信号和测试输出信号隔离度要求＞80dB，我们选择的HMC270MS8G只有45dB左右，因此可在每个支路上增加一个二选一射频开关来增加隔离度，再通过结构上将两路射频信号腔体隔腔来屏蔽干扰，这样可以保证隔离度＞80dB，具体方案框图如图1所示。

3.3基本原理及设计方案

如图1所示，-17dBm左右的射频信号经过两个二选一射频开关，进入任意一路放大器，以激励发射输出一路为例，经过两个射频开关后信号幅度为-20dBm,再经3dBπ型衰减网络后为-23dBm，经过两级增益放大器ERA-5SM放大后幅度为+7dBm，再通过两个3dB电桥和两个TC2384组成的平衡放大器放大后幅度达到+24dBm，此信号通过三路微带定向耦合器后得到3路幅度不同的输出信号，分别为给功放的激励信号、用于检测激励信号的耦合信号和做BITE检波比较所需的BITE信号，其中通过设计三路微带定向耦合器的耦合度来控制激励检测信号和激励发射信号的耦合度。

3.4平衡放大器的原理及简单设计方法

平衡放大器具有噪声低、稳定性好，输入输出驻波小的优点，下面我们将首先讨论下图所示平衡放大器的工作原理。

图2　平衡放大器框图

如图2所示，这种平衡放大器由两个3dB电桥，两个性能完全相同放大器A和B ，和一系列传输线组成的。

图1　激励功放框图

图3　ADS仿真原理图

︱S11︱=1/2 | S11(A) - S11(B) |

︱S21︱=1/2 | S21(A) + S21(B) |

︱S12︱=1/2 | S12(A) + S12(B) |

︱S22︱=1/2 | S22(A) - S22(B) |

其中系数1/2表示3dB衰减，如果放大器A和放大器B性能完全相同，反射系数相等，输入功率从1端口输入，

到2端口有90度相移，到3端口有180度相移，放大器A的反射功率到达1端口有180度相移，到达4端口有270度相移，放大器B的反射功率到达1端口有360度相移，到达4端口有270度相移，在1端口反射功率模值相同，符号相反，二者正好相互抵消，在4端口反射功率叠加，被匹配负载吸收掉，故|S11|=0；同理，|S22|=0，因此平衡放大器具有驻波小的优点。

平衡放大器的可靠性高于单管式放大器，如果1只微波管损坏，放大器仍有功率输出，只是输出功率降低了6dB（前级的分配电桥和后级的合成电桥各损失3dB）。通常，微波管易出现潜在不稳定性。对于平衡放大器，可以证明它的稳定系数K恒大于1。从物理意义上可以这样解释：放大器的不稳定性是由于信号源或负载的反射引起的，反射波的相位和幅度的、在某一范围内可能造成自激振荡。但是在平衡放大器中，输入和输出端口是无反射的，所以尽管单只微波管本身具有潜在不稳定性，但只要匹配电路设计良好，平衡放大器就是绝对稳定的。

图4　增益仿真图

图5　驻波仿真图

此外，平衡放大器噪声特性方面也有优点。平衡放大器的最低噪声系数和单端放大器是相同的，在设计匹配电路时，可以完全按照最佳噪声匹配设计，以获得理想的最小噪声系数，不必兼顾驻波比。

元器件的离散性和温度变化对平衡放大器的影响。由于平衡放大器的两路放大器是完全对称的，电路参数同时改变，3dB电桥可将离散性消除。于此同时，这也要求在平衡放大器的装配过程中，要求两支路放大器完全对称。

图3、图4、图5、图6为用ADS仿真软件仿真的平衡放大器电路图和仿真结果图。

图6　稳定系数仿真图

4　结束语

本文介绍了某雷达系统中激励功放的设计方案及平衡放大器的原理和ADS仿真结果。该激励源放大器设计方案切实可行，经过实际加工测试验证，测试指标完全符合指标要求，并已投入实际使用中。

参考文献

[1]徐兴福.ADS2008射频电路设计与仿真实例[M].电子工业出版社.

[2]Reinhold Ludwig, Pavel Bretchko,射频电路设计-理论与应用[M].电子工业出版社.

[3]弋稳.雷达接收机技术[M].电子工业出版社.