深化研究具有射频监测才能的雷达系统接收前端技术.docx

深化研究具有射频监测才能的雷达系统接收前端技术2系统设计2.1系统指标要求接收前端关键技术指标：接收频率范围：3.1GHz3.5GHz；雷达信号带宽：1MHz、2.5MHz、5MHz可选；噪声系数：3dB；接收灵敏度：-100dBm；接收动态范围：-100dBm-30dBm；接收通道增益：优于70dB；中频频率：70MHz，带宽5MHz；输出中频电平：0dBm；带内起伏：3dB；镜像抑制：60dBc；谐波抑制：30dBc；杂散抑制：50dBc。2.2电路设计接收前端主要包括和通道和差通道，两通道采用一样的设计链路。由于超外差接收机具有杂散低、镜像抑制高等特点，设计采用超外差接收机二次变频方案，并选择高中频减小混频干扰对目的信号的影响。设计将输入频率范围为3.1GHz3.5GHz、功率范围为-100dBm-30dBm的目的回波信号与频率范围为7GHz7.4GHz的可变本振信号混频，输出频率为3.9GHz的第一中频信号，该信号通过与频率为3.97GHz的固定本振混频，输出频率为70MHz的中频信号，该信号送至中频收集模块进展后续采样和解调。根据灵敏度、输出信噪比、输出中频电平计算接收机增益为80dB，详细增益分配至射频低噪声放大器及第一中频及第二中频放大器处。详细电路设计如图3所示。3关键技术指标设计分析3.1定向耦合器影响分析射频监测接口为雷达接收前端的非功能端口，所以该接口的设计不会在功能上对射频通道产生影响，同时又可以实现引出监测点、对射频通道各关键节点信号进展监测的目的。通过对监测接口引出信号的分析，可以得出该节点处射频通道中主通路信号的频率、功率等关键参数。本设计中采用定向耦合器对射频通道向外引出监测点。因定向耦合器的插入损耗影响接收机的灵敏度，假设将插入损耗为0.3dB定向耦合器放置于低噪声放大器的前级，接收机灵敏度约降低0.3dB。因信号已经过放大，此节点后再接入的定向耦合器对接收机灵敏度不再有影响。为了防止多个耦合器同时添加对系统灵敏度的影响，设计采取功率补偿的方法对耦合器带来的影响进展调节。功率补偿的方法有两种，一种是逐级功率补偿，也就是处理经过中在耦合器前对该点的功率进展调节，先进展增益放大，再添加耦合器；另一种是在所有耦合器的最终输出端添加一个低噪放大器，对模块进展最终的一次性功率补偿。逐级功率补偿方式由于其反复地放大衰减，造成系统功率的不稳定，随着环境温度的变化变化较大。从性能上分析，反复地放大衰减将抬高杂散功率，对系统的指标造成影响。最终一次性功率补偿方式可以有效地对由耦合器的插入损耗造成的系统功率衰减进展功率调节，使系统的杂散影响降到最低。另外该接收模块由增益控制，输出功率控制在-60dBm以上，所以，不会有小信号输出，单次功率调节对系统的影响可以忽略不计。经过以上考虑，最终采用单次功率放大的方法来补偿耦合的参加对功率的影响。多级定向耦合器的总插入损耗不大于6dB，接收前端可通过放大器补偿多级定向耦合器插损，因此多级定向耦合器对接收前端后级输出功率影响较小。为了研究耦合器对系统的影响，对定向耦合器进展了功率及相位测试。耦合器输入频率为3.5GHz、功率为-20dBm的连续信号，测试得到耦合端输出的信号功率为-9.98dBm，同时从耦合器输出端测试到的信号功率为-20.57dBm。由测试结果可知添加一个耦合器对主路信号的衰减值小于0.6dB。测试结果如图4图6所示。通过以上的功率和相位测试可知，在3.1GHz3.5GHz频段范围内，耦合器的添加不会对主路信号的相位产生任何影响，单个耦合器的添加，会对主路产生不大于0.5dB的插入损耗。通过功率补偿，不会影响主路功率的变化。3.2增益分配设计因接收机动态范围大，且要求灵敏度较高，所以需要在接收通道中对增益进展分配，分配到射频低噪放、频率为3.9GHz的第一中频和频率为70MHz的第二中频中去。接收前端通道设计中使用的限幅器的插入损耗为1dB，低噪声放大器增益为30dB，混频器的插入损耗为8dB，中频放大器组采用自动增益控制放大器，由图3所示详细电路设计图可知通道总增益约为85dB，知足设计指标要求。同时，为保证混频器的本振功率处在合理范围内，在接收前端的变频经过中进展了检波电路设计。在变频经过中，检波器将对输入信号的功率进展采样检波，检波的电平值反映出该采样点的功率，同时，检波电路中的模数转换器对该电平值进展数据采样，并对衰减器进展实时控制，进而实现对输出功率的自动控制。