P波段瞬態(tài)極化雷達(dá)系統(tǒng)T/R組件設(shè)計(jì)

3.2限幅器設(shè)計(jì)

限幅器常用在接收設(shè)備的前級(jí)，對(duì)超過(guò)門(mén)限的大功率輸入信號(hào)限幅，起到保護(hù)后級(jí)敏感電路和器件的作用。限幅器一般由輸入端口和輸出端口上的隔直流電容器和集成式二極管限幅器電路組成。集成電路包含著透過(guò)50傳輸線并聯(lián)的平面摻雜阻擋層(PDB)或Schottky二極管。限幅器在低輸入電平時(shí)有很低的插入損耗和線性特性，可提供對(duì)瞬態(tài)或短時(shí)間過(guò)載的保護(hù)。本文采用Agilent公司提供的HSMP2822的串聯(lián)型二極管對(duì)來(lái)用做限幅器，圖3(a)是二極管對(duì)的結(jié)構(gòu)，(b)是構(gòu)成限幅器的安裝方式，(c)為限幅器的等效電路圖。

3.2高速接收開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

發(fā)射機(jī)在發(fā)送脈沖期間，功率放大器輸出的大部分能量通過(guò)環(huán)行器饋入天線，因?yàn)榄h(huán)形器隔離的兩個(gè)端口之間的隔離度約為25dB，所以仍有少部分能量耦合到環(huán)形器接收輸出端口，天線不是理想匹配會(huì)導(dǎo)致耦合到環(huán)行器接收輸出端口的能量加大，這部分能量經(jīng)過(guò)接收通道前面的限幅器時(shí)被衰減到不損壞后面電路的水平，但是衰減后的信號(hào)電平仍足以讓低噪聲放大器等后級(jí)有源電路進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，電路從深度飽和狀態(tài)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)需要一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間稱為飽和恢復(fù)時(shí)間。飽和恢復(fù)時(shí)間會(huì)增加雷達(dá)的盲距。按照設(shè)計(jì)要求，發(fā)射期間收發(fā)隔離度需要大于90dB。環(huán)行器在天線良好匹配的情況下，隔離端口之間的隔離度為25dB，考慮到天線的輕微失配，環(huán)形器的隔離度僅能按照20dB考慮。因此接收開(kāi)關(guān)的通斷比應(yīng)該超過(guò)70dB。

圖3歐姆阻抗端接限幅器原理圖

接收開(kāi)關(guān)的速度會(huì)影響到雷達(dá)探測(cè)的盲距，因此應(yīng)該選擇高速射頻開(kāi)關(guān)作為接收開(kāi)關(guān)。選用ADG901作為制作接收開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)元件，它的輸入輸出口都是連接50負(fù)載到地的。為了達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，采用兩片ADG901串聯(lián)的方式來(lái)提高隔離度。單片ADG901的插損在本系統(tǒng)工作的頻段內(nèi)約有0.5dB的插損，兩片串聯(lián)則有約1dB的插損。實(shí)際制作的接收開(kāi)關(guān)的隔離度除跟芯片的特性有關(guān)外，還跟布線和屏蔽腔體的尺寸有關(guān)。兩片ADG901串聯(lián)做成的接收開(kāi)關(guān)實(shí)測(cè)的隔離度為73dB，插損1.1dB，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。圖4為接收開(kāi)關(guān)和限幅器的實(shí)物圖。

圖4高速接收開(kāi)關(guān)和限幅器實(shí)物

3.3接收預(yù)選濾波器設(shè)計(jì)

為了得到性能較好的接收機(jī)前端，濾除接收機(jī)中的各種干擾信號(hào)，保留有用信號(hào)，必須在接收機(jī)前端適合的地方放置濾波器，尤其是放置于系統(tǒng)第一級(jí)的預(yù)選濾波器，它的性能好壞直接影響了整個(gè)接收機(jī)射頻前端的噪聲系數(shù)。必須將預(yù)選濾波器的損耗降至最低，同時(shí)還必須使其具有系統(tǒng)所需要的選擇特性。實(shí)際選用的是1類陶瓷電容濾波器，圖5是雙通道預(yù)選濾波器的測(cè)試結(jié)果，可看出，在帶外濾波特性極為陡峭，抑制性能較好，通帶紋波小于0.3dB；通帶和阻帶指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

圖5接收預(yù)選濾波器性能實(shí)測(cè)結(jié)果

3.4低噪聲放大器設(shè)計(jì)

在各種特定(帶寬BW、解調(diào)信噪比S/N已定)的無(wú)線通訊系統(tǒng)中，能有效提高靈敏度的關(guān)鍵因素就是降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)NF，而決定接收機(jī)的噪聲系數(shù)的關(guān)鍵部件就是處于接收機(jī)最前端的低噪聲放大器。低噪聲放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號(hào)，降低噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)據(jù)，所以低噪聲放大器的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)接收機(jī)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。本系統(tǒng)的低噪聲放大器采用兩級(jí)串聯(lián)的形式，在噪聲系數(shù)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的同時(shí)具有足夠高的增益。前級(jí)采用萬(wàn)通的WHM02AE，后級(jí)采用Mini-circuits的MAR-8ASM。由于WHM02AE只使用數(shù)量很少的不同的外圍元器件，因此它能形成最低的噪聲系數(shù)和最佳的匹配，并且適用于各種頻段的放大器。低噪聲放大器的增益較高，封閉在30mm×30mm×20mm的腔體內(nèi)，需要避免自激，兩個(gè)放大管均為無(wú)條件穩(wěn)定的，因此實(shí)際使用中主要是避免輸出到輸入的反饋。首先，在電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做到充分的電源濾波，其次是在PCB布板上做好阻抗控制、盡量增加兩級(jí)的距離，圖6為低噪聲放大器的實(shí)物圖。

圖6低噪聲放大器實(shí)物