Ku波段下变频模块设计

李宝新

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

随着电子信息技术的迅猛发展，雷达的探测距离越来越远，接收信道作为获取电子信息的前端设备，对高灵敏度和大动态范围的需求越来越强烈。高灵敏度大动态范围的接收信道对电子信息接收系统起着越来越重要的作用。接收信道的灵敏度和动态范围指标存在一定的矛盾，同时要保证接收信道的线性度，防止信号经接收信道后失真，从而影响后端数字解调。为了提高数字解调的灵敏度，又需要接收信道提供较好的谐杂波抑制度。

本文介绍了采用超外差式接收机设计实现Ku波段下变频模块，详细论述了下变频模块的理论分析，并通过硬件电路的上下分腔设计解决多通道变频设计时本振信号走线交叉的问题，一中频信号上下穿腔设计的方式抑制高低频信号的串扰，提高链路的谐杂波抑制度，实现了大动态范围、集成度高、通道的隔离度大和谐杂波抑制好的要求，测试结果表明模块的性能完全满足指标要求。

1 下变频模块设计要求

Ku 波段下变频模块要实现俯仰差、方位差和合路3 路的下变频接收；经过前端模块放大滤波后到达下变频模块的输入信号功率范围为-70～5 dBm；下变频模块要保证经过放大输出的最小信号可以被A/D 检测（需要留一定余量），要求线性增益为45 dB±1 dB，同时要求输出的最大信号功率不能烧毁A/D 器件，也就要求输出信号功率P-1为11 dBm±0.5 dB；而对于最大输入信号5 dBm 必然会导致下变频链路饱和，因此要求射频链路具备增益调节功能，最大可调节能力62 dB；要求雷达具备两种测距精度，要求中频3 dB 带宽为带宽±7.5 MHz 和±15 MHz。

2 链路设计

2.1 链路设计框架

对于级联线性网络，其级联的噪声系数如式（1）所示：

式中，NFn表示第n级放大器的噪声系数；Gn为第n级放大器的增益。由式（1）可以看出，下变频链路设计中前级的放大器要求噪声系数尽可能的小，增益尽可能的大，从而更好地保证链路的噪声系数指标。

接收机的灵敏度如式（2）所示：

式中，NF为链路的噪声系数；SNR为满足一定误码率所需的最低信噪比；B为信号带宽。由式（2）可以看出，当链路的工作带宽一定时，最低信噪比通常是AD 决定的，因此要提高链路的灵敏度要求链路的噪声系数要尽可能的小。

无寄生动态范围如式（3）所示：

因此为了使链路的杂散信号小，需要IIP3 尽可能的大。

下变频模块主要由放大器、滤波器和混频器组成。射频信号经过STC 有效提高动态范围之后进行放大，放大的信号进入混频器通过滤波放大再进行二次混频滤波和放大。一次混频前的增益过大一方面会造成混频的谐杂波较大，另一方面会降低通道的线性动态范围，因此本设计中大部分的增益均分配到二次混频之后。混频后的信号含有大量的谐杂波信号，因此在进行二次混频前需要先进行滤波，但是带通滤波器对于远端信号的抑制度不高，需再加一级低通滤波器对远端信号进行抑制。为了提高输出杂散的抑制度，要求前级的放大器工作在良好的线性区。

2.2 链路设计与测试

通过硬件上下分腔设计后，上下腔体均只有一种本振信号需要与射频信号进行混频，本振信号的功分、放大和滤波处理可以在盒体的一侧完成。上腔体混频产生的一中频信号利用同轴线缆穿孔到下腔体中，可以有效防止射频信号通过空间辐射串扰到中频信号，链路上的串扰和一次混频的谐杂波信号可以通过一中频的带通滤波器有效滤除，从而提高链路谐杂波的抑制度。

电路实物图如图1 所示，测试结果如图2 所示。

通过测试得到，通道的增益为46 dB，谐杂波抑制度为63 dBc，通道的中频带宽为15 MHz 和30 MHz 两种模式，满足指标要求。

3 结论

本文通过理论分析，ADS 仿真和实物测试完成了Ku 波段下变频模块的设计，测试结果验证了设计的可行性，满足技术指标要求。硬件电路上下分腔设计解决多通道变频设计时本振信号走线交叉问题，一中频利用同轴电缆上下穿腔的方式抑制高低频信号的串扰，提高链路的谐杂波抑制度。Ku波段下变频模块实现了输入信号的大动态范围、高集成度、低成本和谐杂波抑制好的特点，对于该类下变频模块组件的设计具备较好的参考价值。