[技术前沿]一种发射上变频器组件的设计

[技术前沿]一种发射上变频器组件的设计

1.概述

本发射上变频器组件是雷达系统中频率合成器的重要组成部分，它的性能的好坏直接影响到整机的指标。发射上变频器组件的主要功能是将1个中频线性调频信号变换到发射信号的频率上，并且放大到合适的功率电平。为了达到这个目的，中频信号需经过2 次上变频的过程:第1个上变频器称为中频上变频器，中频信号在这里和频率为800MHz的本振信号混频得到中心频率为940MHz 的调制信号，然后，它在第2个上变频器(称为发射上变频器)中与1个频率为4.26~4.86GHz的本振信号混频，最终得到所需的发射信。

2.发射上变频器组件的技术指标及要求

（1）输入信号

1.1 中频上变频器本振信号：

f1=800MHz，P=12dBm

1.2 发上变频器本振信号：

f2=4.26~4.86GHz，P=12 dBm

1.3 中频信号:

f=140MHz，△f=20MHz 调频脉冲，P=3dBm

(2)输出信号

2.1 fout=5.20~5.80GHz

2.2 Pout≥17dBm，带内功率起伏≤2.5dB(包括温度引起的变化）

(3)输出信号频谱

3.1 相噪恶化≤3dB(输入信号的相位噪声≤-110dBc/Hz@1kHz)

3.2 带内杂散电平≤-60dBc

3.3 带外杂散电平≤-50dBc

(4)输出通路内

输出通路内含高隔离度调制开关，隔离度≥60dB，加“手动开关”使之处于检测或工作状态。

(5)调制开关的控制信号:TTL电平，高电平时发射通道畅通。输入端设整形电路，对控制信号进行整形。

(6)提供输出功率检测口。

(7)提供故障检测信号:TTL 电平，高电平为正常，低电平为故障。

(8)工作温度:-25℃+55℃

3.混频电路的设计考虑

根据混频器的工作原理，2个被混频的输入信号同时加到1个非线性器件上，就可得到所需要的和频或差频，但由于器件的非线性还会产生许多其他不需要的组合频率。混频器的中频产物

如果用dB表示，信号强度每变化1dB 干扰信号将变化1dB。nXm 组合干扰信号强度与需要的nXm=1X1信号强度之比变化(n-1)dB。假如信号从-20 dB降到-30dB，那么对于nXm=3X5 的组合干扰就会降低 30dB，而对应的比变化为:(3-1)X[-30-(-20)]=-20 dB在此，根据本方案要求，对本振信号低、中、高频率情况下其中频产物分量进行了计算分析，参见表1~表3。

通过分析发现，落在频带内（5.20~5.80GHz)的中频分量均为五阶或六阶组合分量。所以，在设计中我们采用双平衡混频器以及减小射频信号电平、设置高抑制度的带通滤波器来降低杂散，确保满足频谱指标要求。

4. 发射上变频器实现框图及说明

5.放大电路的设计考虑

由于本上变频组件对杂散电平以及输出功率的起伏都有较高的要求，为了保证低的杂散，方案中采用了降低中频信号电平进行混频的方法，这样使组件的总增益提高(60dB左右)输出功率的起伏难以控制尤其是组件在高低温下的功率变化问题变得更加突出，因此，放大电路的设计需要重点考虑。根据目前的器件情况，放大电路可采取以下几种方法。

第一种方法是采用多管级联的方法。如采用Agilent 公司的ATF-10136 MESFET 管，估计至少要5级才能达到所需要的功率输出。这种方法由于需在每级的输入、输出端都要加人匹配网络，因此电路的设计必须依赖微波电路设计软件来优化电路,同时，电路的调试也比较复杂和困难。

第二种方法是前级放大采用单片微波集成电路(MMIC),单片微波集成电路的输人、输出阻抗都已匹配到50Ω，这样放电路得以简化。末级采用中功率化FET放大器，将功率放大到额定值。于所使用的放大管的u值<0.12,可以进行单向化设计,电路的输人、输出匹配网络采用共匹配的方法，输人匹配网络采用并联开路分支线形式，输出匹配网络采用串联微带线结构。通过正确地设计放大器增益，使末级管子和末前级管子处于饱和状态，从而确保组件在高低温工作时功率起伏满足要求。这个方法是解决放大器的功率随温度变化较简便的方法，也是较为常用的方法。

第三种方法是前级放大仍采用单片微波集成电路(MMIC)，末级放大器采用温度补偿电路来补偿各级因温度而引起的功率波动，最终使功率及功率起伏满足要求。该方法实现的难度较大，成本较高。

综上所述，采用第二种方法来进行本方案设计较为合理。

6.控制电路的设计考虑

根据FET 放大器的特性，我们用双电源供电，并设计有负压保护电路，使正电源受负电源控制，来保护放大器正常工作，不至于因为电源问题而损坏器件。同时为确保收、发组件之间具有高的隔离度，功放管的极电压也同时受TTI电平控制。

7结论

根据本方案进行发射上变频器设计，各项性能指标均满足要求，已经进人了实际应用阶段。

文章来源：现代电子技术，作者：吉胜 JI Sheng 西安导航技术研究所 西安 710068