一種雙通道接收機(jī)的設(shè)計(jì)

摘要 工程中，對(duì)數(shù)放大接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍很大，但只能保持頻率和相位信息，損失幅度信息。而線性接收機(jī)在AGC未建立時(shí)的動(dòng)態(tài)范圍很小，卻可以完整保留幅度信息。文中介紹了一種雙通道接收機(jī)的設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)具有一個(gè)線性通道和一個(gè)對(duì)數(shù)通道，利用對(duì)數(shù)通道的輸出，擴(kuò)大了線性通道的瞬態(tài)響應(yīng)范圍。
關(guān)鍵詞 線性通道；對(duì)數(shù)通道；瞬態(tài)響應(yīng)

現(xiàn)實(shí)中，接收機(jī)需要處理的無線電信號(hào)往往具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍。比如在雷達(dá)、聲納等無線電系統(tǒng)中，接收機(jī)前端信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)120 dB以上。根據(jù)信號(hào)體制如果可以采用對(duì)數(shù)放大器或者限幅放大器，接收機(jī)可以保證信號(hào)輸出。如果信號(hào)體制要求是線性放大，無法直接處理這樣寬的動(dòng)態(tài)范圍，需要對(duì)動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行壓縮。
在工程應(yīng)用中，動(dòng)態(tài)范圍的壓縮分為“線性壓縮”和“非線性壓縮”。線性壓縮是指放大器的增益與信號(hào)的大小無關(guān)，輸出基本保持恒定。線性壓縮的特點(diǎn)使諧波失真小，其本質(zhì)是一種“壓控放大器”(VCA)。非線性壓縮方面最好的例子就是對(duì)數(shù)放大器。它是輸入輸出信號(hào)成對(duì)數(shù)關(guān)系的器件，它對(duì)信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的壓縮不需要像AGC系統(tǒng)那樣提取輸入信號(hào)的電平來控制增益，其增益與信號(hào)的大小成反比，在通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、電子測(cè)量中有著廣泛的應(yīng)用。解調(diào)對(duì)數(shù)放大器也稱逐級(jí)檢波對(duì)數(shù)放大器，它具有分段線性近似性質(zhì)，形成對(duì)數(shù)級(jí)聯(lián)后，可以得到很好的對(duì)數(shù)傳遞函數(shù)，在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)對(duì)數(shù)精度高。

1 電路原理
這個(gè)接收機(jī)需要接收的是L波段的脈沖調(diào)制信號(hào)，靈敏度要求優(yōu)于-90 dBm，動(dòng)態(tài)范圍80 dB，信號(hào)瞬態(tài)變化范圍要求>60 dB，鏡頻抑制70 dB，有寬、窄兩個(gè)通道，輸出視頻信號(hào)幅度要求≥3 V，窄通道輸出視頻信號(hào)信噪比>4：1，寬通道帶寬為5 MHz，窄通道帶寬0．5 MHz。脈沖信號(hào)的上升沿為2μs，脈沖寬度3．5μs，寬通道信號(hào)的上升沿為1 μs。
原理框圖如圖1所示。前端的高頻部分，主要完成選頻和鏡頻抑制功能，通道寬度30 MHz，對(duì)寬窄兩個(gè)通道一致，放大量較小，在最大信號(hào)和最小信號(hào)時(shí)信號(hào)均不會(huì)限幅，預(yù)中放主要用來抵消混頻損耗，信號(hào)經(jīng)過后也不會(huì)阻塞。通道中心頻率70 MHz，中頻濾波器設(shè)置有兩級(jí)，兩級(jí)都采用聲表面濾波器，對(duì)第一級(jí)帶寬為5 MHz，兩個(gè)通道公用，第二級(jí)單獨(dú)對(duì)線性通道選用帶寬0．5 MHz的聲表面波濾波器，這個(gè)聲表面濾波器的延時(shí)是5μs。

在第一級(jí)5 MHz濾波后分為寬窄兩個(gè)通道，窄通道采用線性放大，寬通道采用解調(diào)對(duì)數(shù)放大器；從圖1可以看出，寬帶對(duì)數(shù)通道比窄帶線性通道少一級(jí)聲表面波濾波器，這級(jí)濾波器對(duì)信號(hào)有延時(shí)。根據(jù)這一點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)，在最終視頻信號(hào)輸出時(shí)寬帶信號(hào)和窄帶信號(hào)在時(shí)間上是錯(cuò)開的，窄帶信號(hào)滯后寬帶信號(hào)5μs。信號(hào)相加的各點(diǎn)圖形如圖2所示。
圖2中各點(diǎn)波形：(1)弱信號(hào)時(shí)線性通道輸出視頻波形；(2)弱信號(hào)時(shí)對(duì)數(shù)通道輸出視頻波形；(3)強(qiáng)信號(hào)時(shí)無加法器時(shí)線性通道輸出視頻波形；(4)強(qiáng)信號(hào)時(shí)有加法器時(shí)線性通道輸出視頻波形。
這樣一來，將對(duì)數(shù)通道的輸出信號(hào)在末級(jí)視放處和線性通道的視頻信號(hào)通過加法器反向相加，在小信號(hào)時(shí)線性通道的信號(hào)比對(duì)數(shù)通道的信號(hào)強(qiáng)，兩路信號(hào)相加后互不影響。當(dāng)瞬間大信號(hào)到來時(shí)，一般的線性通道將會(huì)阻塞，脈沖會(huì)粘連在一起，使后續(xù)視頻電路分辨不出應(yīng)接收到的脈沖信號(hào)，無法產(chǎn)生AGC電壓，設(shè)備將不能工作；此時(shí)對(duì)數(shù)通道具有的大動(dòng)態(tài)特性，其通道不會(huì)阻塞。在本接收機(jī)中，對(duì)數(shù)通道的脈沖正好處于線性通道每個(gè)脈沖的前沿，通過反向相加，剛好把線性通道的脈沖分開，使得視頻處理電路可以分辨出需要處理的脈沖信號(hào)，根據(jù)信號(hào)產(chǎn)生AGC電壓，完成自動(dòng)增益控制，輸出幅度穩(wěn)定的視頻信號(hào)，供后續(xù)處理電路使用，這樣就實(shí)現(xiàn)60 dB瞬態(tài)變化范圍的要求。

2 結(jié)束語
根據(jù)本方案制作的接收機(jī)，經(jīng)過調(diào)試線性通道，可以在輸入信號(hào)-90～-10 dBm時(shí)保證輸出脈沖不粘連、編碼不變，滿足后續(xù)電路使用要求。所設(shè)計(jì)接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于充分利用了對(duì)數(shù)通道的大動(dòng)態(tài)屬性，擴(kuò)展了線性通道的瞬態(tài)響應(yīng)，這種方法對(duì)其他接收機(jī)的設(shè)計(jì)提供了一定的參考。