[技術(shù)前沿]一種發(fā)射上變頻器組件的設(shè)計(jì)

1.概述

本發(fā)射上變頻器組件是雷達(dá)系統(tǒng)中頻率合成器的重要組成部分，它的性能的好壞直接影響到整機(jī)的指標(biāo)。發(fā)射上變頻器組件的主要功能是將1個(gè)中頻線性調(diào)頻信號(hào)變換到發(fā)射信號(hào)的頻率上，并且放大到合適的功率電平。為了達(dá)到這個(gè)目的，中頻信號(hào)需經(jīng)過2 次上變頻的過程:第1個(gè)上變頻器稱為中頻上變頻器，中頻信號(hào)在這里和頻率為800MHz的本振信號(hào)混頻得到中心頻率為940MHz 的調(diào)制信號(hào)，然后，它在第2個(gè)上變頻器(稱為發(fā)射上變頻器)中與1個(gè)頻率為4.26~4.86GHz的本振信號(hào)混頻，最終得到所需的發(fā)射信。

2.發(fā)射上變頻器組件的技術(shù)指標(biāo)及要求

（1）輸入信號(hào)

1.1 中頻上變頻器本振信號(hào)：

f1=800MHz，P=12dBm

1.2 發(fā)上變頻器本振信號(hào)：

f2=4.26~4.86GHz，P=12 dBm

1.3 中頻信號(hào):

f=140MHz，△f=20MHz 調(diào)頻脈沖，P=3dBm

(2)輸出信號(hào)

2.1 fout=5.20~5.80GHz

2.2 Pout≥17dBm，帶內(nèi)功率起伏≤2.5dB(包括溫度引起的變化）

(3)輸出信號(hào)頻譜

3.1 相噪惡化≤3dB(輸入信號(hào)的相位噪聲≤-110dBc/Hz@1kHz)

3.2 帶內(nèi)雜散電平≤-60dBc

3.3 帶外雜散電平≤-50dBc

(4)輸出通路內(nèi)

輸出通路內(nèi)含高隔離度調(diào)制開關(guān)，隔離度≥60dB，加“手動(dòng)開關(guān)”使之處于檢測或工作狀態(tài)。

(5)調(diào)制開關(guān)的控制信號(hào):TTL電平，高電平時(shí)發(fā)射通道暢通。輸入端設(shè)整形電路，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行整形。

(6)給予輸出功率檢測口。

(7)給予故障檢測信號(hào):TTL 電平，高電平為正常，低電平為故障。

(8)工作溫度:-25℃+55℃

3.混頻電路的設(shè)計(jì)考慮

根據(jù)混頻器的工作原理，2個(gè)被混頻的輸入信號(hào)同時(shí)加到1個(gè)非線性器件上，就可得到所需要的和頻或差頻，但由于器件的非線性還會(huì)產(chǎn)生許多其他不需要的組合頻率?；祛l器的中頻產(chǎn)物

如果用dB表示，信號(hào)強(qiáng)度每變化1dB 干擾信號(hào)將變化1dB。nXm 組合干擾信號(hào)強(qiáng)度與需要的nXm=1X1信號(hào)強(qiáng)度之比變化(n-1)dB。假如信號(hào)從-20 dB降到-30dB，那么對(duì)于nXm=3X5 的組合干擾就會(huì)降低 30dB，而對(duì)應(yīng)的比變化為:(3-1)X[-30-(-20)]=-20 dB在此，根據(jù)本方案要求，對(duì)本振信號(hào)低、中、高頻率情況下其中頻產(chǎn)物分量進(jìn)行了計(jì)算分析，參見表1~表3。

順利獲得分析發(fā)現(xiàn)，落在頻帶內(nèi)（5.20~5.80GHz)的中頻分量均為五階或六階組合分量。所以，在設(shè)計(jì)中 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 采用雙平衡混頻器以及減小射頻信號(hào)電平、設(shè)置高抑制度的帶通濾波器來降低雜散，確保滿足頻譜指標(biāo)要求。

4. 發(fā)射上變頻器實(shí)現(xiàn)框圖及說明

5.放大電路的設(shè)計(jì)考慮

由于本上變頻組件對(duì)雜散電平以及輸出功率的起伏都有較高的要求，為了保證低的雜散，方案中采用了降低中頻信號(hào)電平進(jìn)行混頻的方法，這樣使組件的總增益提高(60dB左右)輸出功率的起伏難以控制尤其是組件在高低溫下的功率變化問題變得更加突出，因此，放大電路的設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮。根據(jù)現(xiàn)在的器件情況，放大電路可采取以下幾種方法。

第一種方法是采用多管級(jí)聯(lián)的方法。如采用Agilent 公司的ATF-10136 MESFET 管，估計(jì)至少要5級(jí)才能達(dá)到所需要的功率輸出。這種方法由于需在每級(jí)的輸入、輸出端都要加人匹配網(wǎng)絡(luò)，因此電路的設(shè)計(jì)必須依賴微波電路設(shè)計(jì)軟件來優(yōu)化電路,同時(shí)，電路的調(diào)試也比較復(fù)雜和困難。

第二種方法是前級(jí)放大采用單片微波集成電路(MMIC),單片微波集成電路的輸人、輸出阻抗都已匹配到50Ω，這樣放電路得以簡化。末級(jí)采用中功率化FET放大器，將功率放大到額定值。于所使用的放大管的u值<0.12,可以進(jìn)行單向化設(shè)計(jì),電路的輸人、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)采用共匹配的方法，輸人匹配網(wǎng)絡(luò)采用并聯(lián)開路分支線形式，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)采用串聯(lián)微帶線結(jié)構(gòu)。順利獲得正確地設(shè)計(jì)放大器增益，使末級(jí)管子和末前級(jí)管子處于飽和狀態(tài)，從而確保組件在高低溫工作時(shí)功率起伏滿足要求。這個(gè)方法是解決放大器的功率隨溫度變化較簡便的方法，也是較為常用的方法。

第三種方法是前級(jí)放大仍采用單片微波集成電路(MMIC)，末級(jí)放大器采用溫度補(bǔ)償電路來補(bǔ)償各級(jí)因溫度而引起的功率波動(dòng)，最終使功率及功率起伏滿足要求。該方法實(shí)現(xiàn)的難度較大，成本較高。

綜上所述，采用第二種方法來進(jìn)行本方案設(shè)計(jì)較為合理。

6.控制電路的設(shè)計(jì)考慮

根據(jù)FET 放大器的特性， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 用雙電源供電，并設(shè)計(jì)有負(fù)壓保護(hù)電路，使正電源受負(fù)電源控制，來保護(hù)放大器正常工作，不至于因?yàn)殡娫磫栴}而損壞器件。同時(shí)為確保收、發(fā)組件之間具有高的隔離度，功放管的極電壓也同時(shí)受TTI電平控制。

7結(jié)論

根據(jù)本方案進(jìn)行發(fā)射上變頻器設(shè)計(jì)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求，已經(jīng)進(jìn)人了實(shí)際應(yīng)用階段。

文章來源：現(xiàn)代電子技術(shù)，作者：吉?jiǎng)?JI Sheng 西安導(dǎo)航技術(shù)研究所 西安 710068

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