固態(tài)有源相控陣雷達T/R模塊接收通道的設計方案

本部分主要講述T/R模塊接收通道的設計。接收通道主要由限幅器和低噪聲放大器組成，主要功能是把天線送來的回波信號低噪聲放大后通過饋電網(wǎng)絡送給接收機。

1接收通道的基本形式

接收通道低噪聲放大電路主要有兩種形式：

1).單端低噪聲放大電路

圖1 單端低噪聲放大器

2).平衡放大器

圖2 平衡放大器

平衡放大器主要由2個3dB正交耦合器和放大器構(gòu)成。3dB正交耦合器可以采用分支線耦合器、混合環(huán)、或者Lange耦合器。

如圖2所示，輸入信號在端口1進入耦合器，在端口2和端口3輸入的信號相位差90°。端口2和端口3的信號分別入射到放大器A和B,放大器A和B將一部分信號反射回端口2和3,由端口1和端口4輸出。端口1出現(xiàn)的2個反射信號相位相差180°，相互抵消。端口4出現(xiàn)的2個反射信號相位相同，但由于端口4有匹配負載，將反射信號吸收。相同的效應也出現(xiàn)在平衡放大器的輸出端。

單端放大器與平衡放大器比較見表1：

表1：單端、平衡放大器特性對比

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實際設計過程，權(quán)衡利弊后選用合適的接收鏈路形式。

2接收通道的主要技術指標

1.噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)表征接收通道內(nèi)部噪聲的大小，是雷達接收機的一個非常重要的指標，噪聲系數(shù)越低，雷達接收機的靈敏度就越高。

2.增益、帶內(nèi)波動

3.1dB壓縮輸入電平

表征接收通道的動態(tài)范圍，受限于LNA的P-1。

4.衰減

數(shù)字衰減器的主要作用有兩個：調(diào)整各T/R組件接收增益，調(diào)整信號的放大幅度；在天線陣面進行幅度加權(quán)，從而降低接收天線的副瓣電平。

5.移相

實現(xiàn)陣面接收和發(fā)射的波束賦形與掃描。數(shù)控移相器的位數(shù)取決于對量化誤差的要求。

6.輸入、輸出電壓駐波比

7.幅相一致性 ? ? ? ?

8.恢復時間

接收機的恢復時間取決于T/R開關時間和限幅器恢復時間。

3元器件選型

1.低噪放選型

對LNA選擇遵循噪聲系數(shù)低，增益要求折中(增益高，工作不穩(wěn)定，易引起腔體諧振，動態(tài)范圍低)；增益太低，則T/R組件后面的功率合成網(wǎng)絡的插入損耗又會對接收機整機的噪聲系數(shù)產(chǎn)生不良影響。

2.限幅器選型

限幅器分有源限幅器和無源限幅器，具體區(qū)別后續(xù)講座會講到。這里，我們主要關注限幅器的性能指標及在鏈路的作用與影響。限幅器應插入損耗低(限幅器置于低噪放前端，用于保護低噪放，但對接收通道噪聲系數(shù)帶來大的影響，因此要求低損耗)；尖峰泄漏及平坦泄漏低于低噪放所能承受的最大功率(一般要求在15dBm以內(nèi))；恢復時間短；此外要求能夠承受輻射單元開路或者短路全反射的RF信號電平。

3.環(huán)形器選型

環(huán)形器收發(fā)公用，因此有承受大功率要求，反向隔離度(收發(fā)隔離)、小信號插損、大信號插損等要求。

4鏈路關鍵指標評估

1.增益

鏈路設計完成后，接收通道增益應考慮留有一定余量，以保證全穩(wěn)態(tài)指標滿足任務書要求。如果采用兩級放大的話，通常在兩級放大器之間接入一個衰減器，起到兩級匹配的作用。此外也可以采用均衡器代替衰減器，在匹配的同時，保證內(nèi)接收通道寬帶平坦度的指標。

2.噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)計算公式：

式中：NF?=?接收機系統(tǒng)的噪聲系數(shù)；

NFi?=?從接收機輸入端開始第i級的噪聲系數(shù)；

Gi=?從接收機輸入端開始第i級的有效功率增益。

這里對鏈路的噪聲重新進行建模，簡化，以方便各位童鞋對噪聲指標進行快速評估：

假設接收通道模型如下：

根據(jù)噪聲系數(shù)計算公式，可以做如下推導：

從化簡的噪聲系數(shù)公式可以看出整個接收通道可以由3部分組成：低噪放模塊1、低噪放模塊2和衰減模塊3組成，這樣就大大簡化了系統(tǒng)噪聲系數(shù)的計算過程。上面的公式包含兩方面的含義：無源網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)和級聯(lián)網(wǎng)絡的噪聲系數(shù)。從上面公式也可以看出鏈路噪聲系數(shù)取決于L1L2NFA1(公式的第一項，即第一級低噪放的噪聲系數(shù)與低噪放前端環(huán)形器與限幅器的插損)。

審核編輯：黃飛

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