Ku波段宽动态范围接收机射频前端设计

刘柳 熊伟 陆文斌 王亮 刘真富

(上海航天电子技术研究所,上海 201109)

随着雷达接收机的不断发展,高灵敏度、高稳定度、宽动态范围的接收机是现代雷达接收机的重点研究内容[1][2],而接收机射频前端的性能指标直接影响接收机整机性能,因此接收机射频前端电路对接收机尤为重要。接收机射频前端电路通过接收天线收到的微弱信号进行多重处理,转换成接收机能识别的中频信号,为后续电路提供信号基础。

1 接收机前端主要指标

接收机通道包括:和通道、方位差通道、俯仰差通道、保护通道,其中和通道用于测距离、方位差和俯仰差通道用于测角度,保护通道用于抗干扰。通道主要技术指标如表1所示。

表1 通道主要技术指标

图1 接收机射频前端电路原理框图

2 接收机射频前端设计

接收机射频前端电路主要由两部分组成,分别为频率发生电路和频率混频电路,原理框图如图1所示。

其中白色框链路为接收机频率发生链路,产生本振信号,阴影框链路为接收机频率混频链路,实现中频输出。天线接收微弱的高频信号,经低噪放大滤波后与一本振混频得到一中频,将一中频进行滤波放大及增益调整后,与二本振混频得到二中频,再次进行滤波放大即可得到可用中频信号。本设计中,由于频段较高,调整范围广,对频率规划和器件选择以及结构设计提出了较高要求。

2.1 频率规划

由于Ku频段较高,故采用二次超外差结构进行下变频,根据混频理论,结合设计需求并考虑镜像抑制、中频干扰抑制等,规划出一本振频率f1±200MHz,二本振频率2400MHz。其中一本振根据入射频率变化而变化,二本振则为固定频率。

2.2 增益调整

接收机射频前端动态范围较大,在接收链路中添加AGC和STC控制电路。采用AGC衰减电路[3]实现步进为1dBm的自动增益控制,利用STC电路对“远近效应”接收信号进行动态调整,实现120dB宽动态范围增益调整。

图2 部分电路结构图

2.3 频率合成及滤波

锁相频率合成方案采用锁相环技术进行频率合成[4],锁相环通过鉴相器、环形滤波器和压控振荡器可实现输入输出电信号相位同步且自动负反馈控制。本设计采用国产定制锁相器,一本振锁相器步进为100MHz,杂波抑制达70dBc,二本振固定频点锁相器谐波抑制为12dBc,杂波抑制达70dBc,性能满足要求。混频后利用国产定制滤波器,其带宽为30MHz,带外抑制达50dBc,可有效滤除中频谐波和杂波。

2.4 结构设计

在结构设计时,为防止信号串扰和谐振,各通道利用3mm的铝板墙进行隔离,并按功能分块化;电源供电和信号混频利用绝缘子形式进行穿墙;采用共面波导走线方式进行高频信号传输;盖板均贴附吸波材料。部分电路结构图见图2。

3 结语

本文设计了Ku波段宽动态范围接收机射频前端,并给出了设计方案。采用超外差式原理进行二次变频,利用AGC和STC电路实现宽动态范围调节,选用合适的元器件芯片,设计防串扰稳定结构,为实现接收机前端系统宽动态范围的中频输出提供方案。

[1]郑迎宾.现代雷达接收机的特性[J].电子技术与软件工程,2017,(08):121.

[2]弋稳.雷达接收机技术[M].北京:电子工业出版社,2005.

[3]马战刚,张宇平,孙弋,吴景峰.大动态范围AGC电路在接收机中的应用[J].半导体技术,2010,35(02):191-193.

[4]唐宇刚,单家芳,宦维定,朱梁,王中丽.互调仪中基于PLL技术的频率源设计[J].固体电子学研究与进展,2017,37(02):103-107.