第3章雷达接收机.ppt

2 . 低噪声晶体管放大器 低噪声砷化镓场效应管和硅双极晶体管放大器的研制已取得了新的进展, 在电路的设计和工艺结构上进行了革新，采用了： ① 计算机辅助设计; ② 精巧的微带线工艺; ③ 多级组件式结构。这样, 使它们的低噪声性能仅次于参量放大器, 并已在实用中逐步取代行波管高放和遂道二极管放大器。 在低于3 GHz的频率范围, 采用硅双极晶体管高放。 在高于3GHz的频率, 采用砷化镓场效应管高放。目前在(0.5~15)GHz频率范围, 噪声系数为(1~5) dB, 单级增益为(6~12) dB。 3 . 混频器的发展趋势 随着现代混频二极管噪声性能的不断提高, 现在很多超外差式雷达接收机直接使用混频器作高频前端。目前高性能的镜像抑制混频器在1~100GHz频率范围内,可使噪声系数降至3~5 dB。 一般来说, 混频器用来把低功率的信号同高功率的本振信号在非线性器件中混频后, 将低功率的信号频率变换成中频(本振和信号的差频)输出。同时，非线性混频的过程将产生许多寄生的高次分量。这些寄生响应将会影响非相参雷达和相参雷达对目标的检测性能, 而对相参雷达的检测性能影响更为严重。 例如, 混频器的寄生响应将会使脉冲多卜勒雷达的测距和测速精度下降, 使动目标显示(MTI)雷达对地物杂波的相消性能变坏, 使高分辨脉冲压缩系统输出的压缩脉冲的副瓣电平增大。 混频器的非线性效应是产生各种寄生响应的主要原因。加在混频器上的电压u(t)为本振电压u1ejw1t与信号电压u2ejw2t之和，即 (3.3.1) 混频器输出的非线性电流i(t), 可以用u(t)的幂级数表示，即 i(t)=a0+a1u(t)+a2u2(t)+…+anun(t) (3.3.2) 根据式(3.3.2), 可以得到一个非常有用的向下混频的寄生效应图, 见图3.19。图3.19中H表示高输入频率, L表示低输入频率, 横轴为归一化的输入频率L/H,纵轴为归一化的输出差频(H-L)/H。图3.19中输出的(H-L)分量是由幂级数的平方项产生的, 其它输出的寄生响应是从立方项和更高阶项产生的。 图3.19 混频器的寄生响应图 在图3.19中给出了七种特别有用的输出区间, 在这些区间中没有寄生响应输出。下面以A区间为例来说明寄生效应图的使用方法。在A区间没有寄生效应的中频通带(H-L)/H为0.35至0.39。应该注意, 当信号瞬时频率超过A区间的范围时, 由于幂级数中的立方项和更高阶项的影响, 将会产生寄生的互调中频分量0.34(4H-6L)和0.4(3H-4L)。从图3.19中还可以看出, 当要求相对带宽为10%即(H-L)/10H内没有寄生响应时, 接收机的中频必须选得较高。而当中频低于(H-L)/H=0.14时, 由幂级数高阶项产生的寄生效应可以忽略不计。 早期的微波接收机采用单端混频器, 但由于输出的寄生响应大而且对本振的影响严重, 噪声性能也差, 目前已很少使用。 平衡混频器可以抑制偶次谐波产生的寄生响应, 还可以抑制本振噪声的影响, 因此被广泛使用。由于采用了硅点接触二极管和砷化镓肖特基二极管作混频器, 使平衡混频器的噪声性能得到较大改善,工作频率和抗烧毁能力都有明显提高, 在0.3~40 GHz频率范围内噪声系数为5~8 dB。 图3.20 镜像抑制混频器原理图 近年来采用镜像抑制技术和低变频损耗的砷化镓肖特基混频二极管, 使混频器的噪声性能进一步得到改善, 见图3.18。 图3.20是镜像抑制混频器的原理图。 同相等幅的高频信号分别加至两个二极管混频器(也可以是平衡混频器), 本振电压经90°混合接头后分别加至两个混频器, 两个混频器输出的中频信号加到具有90°相移的中频混合接头。 在中频输出端, 使得镜像干扰相消, 中频信号相加。 理论分析和实践证明, 镜像抑制混频器的噪声系数比一般镜像匹配混频器低2 dB左右。 镜像抑制混频器具有噪声系数低、动态范围大、抗烧毁能力强和成本低等优点。在0.5~20GHz频率范围, 噪声系数为4~6dB。进一步采用计算机辅助设计、高品质因素低分布电容的肖特基二极管和超低噪声系数(F1≤1dB)的中频放大器, 在1~100GHz频率范围内, 可使噪声系数降至3~5 dB。 4 . 微波单片集成接收模块 微波单片集成接收模块在砷化镓单片上包含有完整的接收机高频电路, 即衰减器、环行器、移相器和多级低噪声高频放大器等。目前从L波段至C波段, 微波单片集成电路的噪声系数为2.5~3.5 dB, 详