淺談雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)字收發(fā)開關(guān)的設(shè)計(jì)

江水

[摘 要]無論是在軍用還是在民用領(lǐng)域，射頻接收技術(shù)在無線通信中的作用顯得越來越重要。收發(fā)開關(guān)是雷達(dá)系統(tǒng)和射頻通信系統(tǒng)的重要組成部分，對系統(tǒng)性能起著關(guān)鍵性的作用。這篇論文以MAX4566 CMOS射頻開關(guān)芯片為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種T 型結(jié)構(gòu)的數(shù)字天線收發(fā)開關(guān)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量表明該開關(guān)系統(tǒng)達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求，能滿足不同小功率脈沖雷達(dá)的要求。更多還原

[關(guān)鍵詞]雷達(dá) 收發(fā)開關(guān) 射頻開關(guān) 隔離度

中圖分類號(hào)：TD956.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）10-0026-01

1 概述

為了在信號(hào)功率電平越來越高時(shí)仍能保持好的線性度，大多數(shù)天線開關(guān)采用越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)拓?fù)鋪頋M足這些更加嚴(yán)格的線性要求。例如，在天線開關(guān)模塊中經(jīng)常集成有電荷泵，用于提升電池電壓以控制構(gòu)成開關(guān)的場效應(yīng)晶體管（FET）。這種方案通常是一種合理的折衷，因?yàn)樗鼫p少了對更大FET的需求，改善了開關(guān)插損和隔離性能，增強(qiáng)了開關(guān)壓縮點(diǎn)的魯棒性。開關(guān)壓縮點(diǎn)定義為增益被壓縮0.1dB或1dB的輸出功率點(diǎn)（P0.1dB或P1dB）。

2 雷達(dá)電子開關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)思想

雷達(dá)開關(guān)的原理是通過時(shí)序信號(hào)TR控制接收機(jī)的打開與關(guān)閉，接收機(jī)打開時(shí)接收回波信號(hào)，關(guān)閉接收機(jī)時(shí)發(fā)射機(jī)就會(huì)打開并發(fā)射信號(hào)，發(fā)射完畢后關(guān)閉發(fā)射機(jī)，再次打開接收機(jī)接收，周而復(fù)始。描述電子開關(guān)的基本技術(shù)指標(biāo)是隔離度和差損，其說明如下：

（1）隔離度 隔離度是電子開關(guān)關(guān)斷有效性的量度。理想的電子開關(guān)在沒有觸發(fā)信號(hào)的情況下應(yīng)具有非常大的電阻，以保證通過電路的電流極小，是關(guān)斷狀態(tài)。然而由于電子器件在實(shí)際中不可能保證關(guān)斷時(shí)的內(nèi)部電阻為無窮大，漏電流的存在使電子開關(guān)的輸出不嚴(yán)格為零。我們將開關(guān)接通時(shí)在開關(guān)輸出端測得的功率與開關(guān)斷開時(shí)在開關(guān)輸出端測得的功率之差定義為開關(guān)的隔離度，單位是dB。一般說來，隔離度在-100dB 左右的開關(guān)就能夠完全滿足所需的要求。

（2）差損 雷達(dá)接收機(jī)接收到的信號(hào)大多是淹沒在噪聲中的回波信號(hào)。因此，接收信號(hào)的信噪比是否能夠達(dá)到指標(biāo)是雷達(dá)能否正常工作的關(guān)鍵。電子開關(guān)作為電路，本身會(huì)有損耗，損耗會(huì)降低接收信號(hào)的信噪比。因此控制開關(guān)輸入輸出之間的損耗就是差損，是設(shè)計(jì)電子開關(guān)中最重要的一個(gè)問題。

脈沖雷達(dá)系統(tǒng)中所使用的數(shù)字電子開關(guān)應(yīng)具有可控性，即由雷達(dá)的工作時(shí)序控制開關(guān)的打開或關(guān)閉，與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的工作狀態(tài)保持同步。Maxim公司的MAX4566是一塊受控CMOS射頻開關(guān)，IN為控制信號(hào)輸入端，COM為信號(hào)輸入端，NO與NC為信號(hào)輸出端，兩組控制信號(hào)可控制四組開關(guān)。當(dāng)IN為低電平時(shí)，第1和2路開關(guān)關(guān)閉，3和4路開關(guān)打開；當(dāng)IN為高電平時(shí)，第1和2路開關(guān)打開，3和4路開關(guān)關(guān)閉?？筛鶕?jù)不同的需要，靈活的選擇。

2.2 電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

脈沖雷達(dá)系統(tǒng)多工作在高頻段，頻率范圍一般從3M～30MHz。MAX4566 的設(shè)計(jì)指標(biāo)為，在10MHz以下，隔離度-83dB，差損2.5dB。但在實(shí)際測量中我們發(fā)現(xiàn)，由于電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)噪聲的影響，隔離度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，在10MHz 時(shí)，隔離度僅為-70dB，并且頻率越高，隔離度越低。為了提高開關(guān)的隔離度，滿足開關(guān)隔離度要求，我們設(shè)計(jì)3個(gè)芯片級(jí)聯(lián)成T 型結(jié)構(gòu)的方式。電路圖如圖1所示。

圖1中，TR為時(shí)序控制信號(hào)，與控制接收機(jī)的時(shí)序同步，當(dāng)TR低電平時(shí)開關(guān)關(guān)閉，當(dāng)TR為高電平時(shí)開關(guān)打開。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)Q1、Q2導(dǎo)通，Q3關(guān)閉，信號(hào)從RF_IN 到RF_OUT 經(jīng)過Q1、Q2，因此差損也相應(yīng)變?yōu)?dB；當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)Q1、Q2 關(guān)閉，Q3 導(dǎo)通，信號(hào)分流到GND。由于經(jīng)過子開關(guān)Q1、Q2 兩級(jí)隔離，隔離度有所提高，在信號(hào)頻率為30MHz時(shí)隔離度達(dá)到-80dB 以上。

我們設(shè)置輸入信號(hào)的頻率為30MHz，相當(dāng)于雷達(dá)系統(tǒng)工作時(shí)接收信號(hào)的頻率，波形為正弦波。TR端輸入頻率為4kHz TTL電平的方波作為控制信號(hào)，用頻譜分析儀測量輸出信號(hào)，與輸入信號(hào)進(jìn)行比較得出開關(guān)的隔離度與差損值。由測試數(shù)據(jù)可知，開關(guān)的隔離度約為-80dB，差損約為5dB。

3 改進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)開關(guān)電路

3.1 設(shè)計(jì)思想

在雷達(dá)的接收系統(tǒng)中，需要對接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、整形和放大。通常的雷達(dá)開關(guān)在后級(jí)的放大器部分都是對接收回波進(jìn)行單一的放大，其結(jié)果是有用信號(hào)、噪聲以及地波都得到了相同的放大，對提高接收信號(hào)的信噪比沒有明顯的效果。因此考慮設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)識(shí)別接收回波中的有用信號(hào)與噪聲，然后分別進(jìn)行放大和衰減，這樣既可以彌補(bǔ)由于前級(jí)開關(guān)的差損而產(chǎn)生的信號(hào)衰減，也可以增強(qiáng)雷達(dá)接收信號(hào)的信噪比，提高雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)處理能力。

3.2 電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

AD603的連接示意圖如圖2所示，TR為時(shí)序控制信號(hào)，與控制接收機(jī)及前級(jí)開關(guān)的時(shí)序同步，TR控制AD603的增益值，INPUT是信號(hào)輸入端，與前級(jí)開關(guān)的輸出端相連?！繴CC=±5V。經(jīng)過提高了信噪比的回波信號(hào)從OUT端輸入到下一級(jí)。

通過計(jì)算，當(dāng) AD603 作為衰減器時(shí)，采用VG 為-500mV，此時(shí)增益為-10dB；當(dāng)AD603 進(jìn)行正常放大時(shí)，采用VG為-100mV，此時(shí)增益為6dB。因此在輸出端的輸出信號(hào)對前級(jí)就有了16dB的增益改善。若需要更大的增益改善，只需在額定范圍內(nèi)改變VG的值即可。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本開關(guān)的最終電路圖如圖3所示，三塊MAX4566組成T型開關(guān)構(gòu)成雷達(dá)開關(guān)的前級(jí)，AD603接在前級(jí)開關(guān)后組成雷達(dá)開關(guān)的后級(jí)?；鶞?zhǔn)電壓源電路的輸出電壓經(jīng)過分壓和選擇器后成為AD603 的控制電壓VG。INPUT端為雷達(dá)接收信號(hào)輸入端，與雷達(dá)天線相連，TR 端為時(shí)序控制信號(hào)，與整個(gè)系統(tǒng)的工作時(shí)序同步?；夭ㄐ盘?hào)從OUTPUT端進(jìn)入到下一級(jí)。

為了檢驗(yàn)開關(guān)電路的適用性、穩(wěn)定性和可靠性，我們把開關(guān)安裝在自行研制的間隔收發(fā)脈沖壓縮體制的電離層探測系統(tǒng)中。在探測模式為5M～15MHz 掃頻、TR 的頻率為8kHz、發(fā)射功率為32W的情況下得到頻率為7M～9MHz，350km 處F層回波，說明開關(guān)能夠正常、穩(wěn)定地工作。在同樣的探測條件下，沒有經(jīng)過開關(guān)的探測結(jié)果是，由于地波過強(qiáng)，造成接收機(jī)前端阻塞，因而接收機(jī)不能正常的接收回波，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

通過實(shí)驗(yàn)測試，本開關(guān)在電離層探測系統(tǒng)上工作穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換速度快，能在TR的控制下很好地與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)保持同步工作、開關(guān)差損小、隔離度高，接收信號(hào)通過開關(guān)后信噪比有一定的改善，提高了雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)處理能力。本開關(guān)最大的優(yōu)點(diǎn)在于易于控制、通用性很強(qiáng)，能廣泛地應(yīng)用于不同類別的小功率脈沖雷達(dá)，只需提供控制雷達(dá)工作的時(shí)序信號(hào)便可使開關(guān)與整個(gè)系統(tǒng)保持同步，正常、穩(wěn)定地工作。

參考文獻(xiàn)

[1] Ulrich L.Rohde ，Dadid P. Newkirk.無線電應(yīng)用的射頻電路設(shè)計(jì).第1 版.北京：電子工業(yè)出版社， 2006 年.pp102- 127.

[2] 《中國集成電路大全》編委會(huì).微波集成電路.第1 版.北京： 國防工業(yè)出版社，1995.pp372- 387

作者簡介

陳雪燕：石家莊橋西區(qū)宮家莊新世紀(jì)小區(qū)B區(qū)2號(hào)樓2單元704室 陳雪燕 13180582457endprint

[摘 要]無論是在軍用還是在民用領(lǐng)域，射頻接收技術(shù)在無線通信中的作用顯得越來越重要。收發(fā)開關(guān)是雷達(dá)系統(tǒng)和射頻通信系統(tǒng)的重要組成部分，對系統(tǒng)性能起著關(guān)鍵性的作用。這篇論文以MAX4566 CMOS射頻開關(guān)芯片為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種T 型結(jié)構(gòu)的數(shù)字天線收發(fā)開關(guān)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量表明該開關(guān)系統(tǒng)達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求，能滿足不同小功率脈沖雷達(dá)的要求。更多還原

[關(guān)鍵詞]雷達(dá) 收發(fā)開關(guān) 射頻開關(guān) 隔離度

中圖分類號(hào)：TD956.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）10-0026-01

1 概述

為了在信號(hào)功率電平越來越高時(shí)仍能保持好的線性度，大多數(shù)天線開關(guān)采用越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)拓?fù)鋪頋M足這些更加嚴(yán)格的線性要求。例如，在天線開關(guān)模塊中經(jīng)常集成有電荷泵，用于提升電池電壓以控制構(gòu)成開關(guān)的場效應(yīng)晶體管（FET）。這種方案通常是一種合理的折衷，因?yàn)樗鼫p少了對更大FET的需求，改善了開關(guān)插損和隔離性能，增強(qiáng)了開關(guān)壓縮點(diǎn)的魯棒性。開關(guān)壓縮點(diǎn)定義為增益被壓縮0.1dB或1dB的輸出功率點(diǎn)（P0.1dB或P1dB）。

2 雷達(dá)電子開關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)思想

雷達(dá)開關(guān)的原理是通過時(shí)序信號(hào)TR控制接收機(jī)的打開與關(guān)閉，接收機(jī)打開時(shí)接收回波信號(hào)，關(guān)閉接收機(jī)時(shí)發(fā)射機(jī)就會(huì)打開并發(fā)射信號(hào)，發(fā)射完畢后關(guān)閉發(fā)射機(jī)，再次打開接收機(jī)接收，周而復(fù)始。描述電子開關(guān)的基本技術(shù)指標(biāo)是隔離度和差損，其說明如下：

（1）隔離度 隔離度是電子開關(guān)關(guān)斷有效性的量度。理想的電子開關(guān)在沒有觸發(fā)信號(hào)的情況下應(yīng)具有非常大的電阻，以保證通過電路的電流極小，是關(guān)斷狀態(tài)。然而由于電子器件在實(shí)際中不可能保證關(guān)斷時(shí)的內(nèi)部電阻為無窮大，漏電流的存在使電子開關(guān)的輸出不嚴(yán)格為零。我們將開關(guān)接通時(shí)在開關(guān)輸出端測得的功率與開關(guān)斷開時(shí)在開關(guān)輸出端測得的功率之差定義為開關(guān)的隔離度，單位是dB。一般說來，隔離度在-100dB 左右的開關(guān)就能夠完全滿足所需的要求。

（2）差損 雷達(dá)接收機(jī)接收到的信號(hào)大多是淹沒在噪聲中的回波信號(hào)。因此，接收信號(hào)的信噪比是否能夠達(dá)到指標(biāo)是雷達(dá)能否正常工作的關(guān)鍵。電子開關(guān)作為電路，本身會(huì)有損耗，損耗會(huì)降低接收信號(hào)的信噪比。因此控制開關(guān)輸入輸出之間的損耗就是差損，是設(shè)計(jì)電子開關(guān)中最重要的一個(gè)問題。

脈沖雷達(dá)系統(tǒng)中所使用的數(shù)字電子開關(guān)應(yīng)具有可控性，即由雷達(dá)的工作時(shí)序控制開關(guān)的打開或關(guān)閉，與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的工作狀態(tài)保持同步。Maxim公司的MAX4566是一塊受控CMOS射頻開關(guān)，IN為控制信號(hào)輸入端，COM為信號(hào)輸入端，NO與NC為信號(hào)輸出端，兩組控制信號(hào)可控制四組開關(guān)。當(dāng)IN為低電平時(shí)，第1和2路開關(guān)關(guān)閉，3和4路開關(guān)打開；當(dāng)IN為高電平時(shí)，第1和2路開關(guān)打開，3和4路開關(guān)關(guān)閉?？筛鶕?jù)不同的需要，靈活的選擇。

2.2 電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

脈沖雷達(dá)系統(tǒng)多工作在高頻段，頻率范圍一般從3M～30MHz。MAX4566 的設(shè)計(jì)指標(biāo)為，在10MHz以下，隔離度-83dB，差損2.5dB。但在實(shí)際測量中我們發(fā)現(xiàn)，由于電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)噪聲的影響，隔離度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，在10MHz 時(shí)，隔離度僅為-70dB，并且頻率越高，隔離度越低。為了提高開關(guān)的隔離度，滿足開關(guān)隔離度要求，我們設(shè)計(jì)3個(gè)芯片級(jí)聯(lián)成T 型結(jié)構(gòu)的方式。電路圖如圖1所示。

圖1中，TR為時(shí)序控制信號(hào)，與控制接收機(jī)的時(shí)序同步，當(dāng)TR低電平時(shí)開關(guān)關(guān)閉，當(dāng)TR為高電平時(shí)開關(guān)打開。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)Q1、Q2導(dǎo)通，Q3關(guān)閉，信號(hào)從RF_IN 到RF_OUT 經(jīng)過Q1、Q2，因此差損也相應(yīng)變?yōu)?dB；當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)Q1、Q2 關(guān)閉，Q3 導(dǎo)通，信號(hào)分流到GND。由于經(jīng)過子開關(guān)Q1、Q2 兩級(jí)隔離，隔離度有所提高，在信號(hào)頻率為30MHz時(shí)隔離度達(dá)到-80dB 以上。

我們設(shè)置輸入信號(hào)的頻率為30MHz，相當(dāng)于雷達(dá)系統(tǒng)工作時(shí)接收信號(hào)的頻率，波形為正弦波。TR端輸入頻率為4kHz TTL電平的方波作為控制信號(hào)，用頻譜分析儀測量輸出信號(hào)，與輸入信號(hào)進(jìn)行比較得出開關(guān)的隔離度與差損值。由測試數(shù)據(jù)可知，開關(guān)的隔離度約為-80dB，差損約為5dB。

3 改進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)開關(guān)電路

3.1 設(shè)計(jì)思想

在雷達(dá)的接收系統(tǒng)中，需要對接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、整形和放大。通常的雷達(dá)開關(guān)在后級(jí)的放大器部分都是對接收回波進(jìn)行單一的放大，其結(jié)果是有用信號(hào)、噪聲以及地波都得到了相同的放大，對提高接收信號(hào)的信噪比沒有明顯的效果。因此考慮設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)識(shí)別接收回波中的有用信號(hào)與噪聲，然后分別進(jìn)行放大和衰減，這樣既可以彌補(bǔ)由于前級(jí)開關(guān)的差損而產(chǎn)生的信號(hào)衰減，也可以增強(qiáng)雷達(dá)接收信號(hào)的信噪比，提高雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)處理能力。

3.2 電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

AD603的連接示意圖如圖2所示，TR為時(shí)序控制信號(hào)，與控制接收機(jī)及前級(jí)開關(guān)的時(shí)序同步，TR控制AD603的增益值，INPUT是信號(hào)輸入端，與前級(jí)開關(guān)的輸出端相連?！繴CC=±5V。經(jīng)過提高了信噪比的回波信號(hào)從OUT端輸入到下一級(jí)。

通過計(jì)算，當(dāng) AD603 作為衰減器時(shí)，采用VG 為-500mV，此時(shí)增益為-10dB；當(dāng)AD603 進(jìn)行正常放大時(shí)，采用VG為-100mV，此時(shí)增益為6dB。因此在輸出端的輸出信號(hào)對前級(jí)就有了16dB的增益改善。若需要更大的增益改善，只需在額定范圍內(nèi)改變VG的值即可。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本開關(guān)的最終電路圖如圖3所示，三塊MAX4566組成T型開關(guān)構(gòu)成雷達(dá)開關(guān)的前級(jí)，AD603接在前級(jí)開關(guān)后組成雷達(dá)開關(guān)的后級(jí)。基準(zhǔn)電壓源電路的輸出電壓經(jīng)過分壓和選擇器后成為AD603 的控制電壓VG。INPUT端為雷達(dá)接收信號(hào)輸入端，與雷達(dá)天線相連，TR 端為時(shí)序控制信號(hào)，與整個(gè)系統(tǒng)的工作時(shí)序同步?；夭ㄐ盘?hào)從OUTPUT端進(jìn)入到下一級(jí)。

為了檢驗(yàn)開關(guān)電路的適用性、穩(wěn)定性和可靠性，我們把開關(guān)安裝在自行研制的間隔收發(fā)脈沖壓縮體制的電離層探測系統(tǒng)中。在探測模式為5M～15MHz 掃頻、TR 的頻率為8kHz、發(fā)射功率為32W的情況下得到頻率為7M～9MHz，350km 處F層回波，說明開關(guān)能夠正常、穩(wěn)定地工作。在同樣的探測條件下，沒有經(jīng)過開關(guān)的探測結(jié)果是，由于地波過強(qiáng)，造成接收機(jī)前端阻塞，因而接收機(jī)不能正常的接收回波，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

通過實(shí)驗(yàn)測試，本開關(guān)在電離層探測系統(tǒng)上工作穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換速度快，能在TR的控制下很好地與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)保持同步工作、開關(guān)差損小、隔離度高，接收信號(hào)通過開關(guān)后信噪比有一定的改善，提高了雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)處理能力。本開關(guān)最大的優(yōu)點(diǎn)在于易于控制、通用性很強(qiáng)，能廣泛地應(yīng)用于不同類別的小功率脈沖雷達(dá)，只需提供控制雷達(dá)工作的時(shí)序信號(hào)便可使開關(guān)與整個(gè)系統(tǒng)保持同步，正常、穩(wěn)定地工作。

參考文獻(xiàn)

[1] Ulrich L.Rohde ，Dadid P. Newkirk.無線電應(yīng)用的射頻電路設(shè)計(jì).第1 版.北京：電子工業(yè)出版社， 2006 年.pp102- 127.

[2] 《中國集成電路大全》編委會(huì).微波集成電路.第1 版.北京： 國防工業(yè)出版社，1995.pp372- 387

作者簡介

陳雪燕：石家莊橋西區(qū)宮家莊新世紀(jì)小區(qū)B區(qū)2號(hào)樓2單元704室 陳雪燕 13180582457endprint

[摘 要]無論是在軍用還是在民用領(lǐng)域，射頻接收技術(shù)在無線通信中的作用顯得越來越重要。收發(fā)開關(guān)是雷達(dá)系統(tǒng)和射頻通信系統(tǒng)的重要組成部分，對系統(tǒng)性能起著關(guān)鍵性的作用。這篇論文以MAX4566 CMOS射頻開關(guān)芯片為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種T 型結(jié)構(gòu)的數(shù)字天線收發(fā)開關(guān)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測量表明該開關(guān)系統(tǒng)達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)要求，能滿足不同小功率脈沖雷達(dá)的要求。更多還原

[關(guān)鍵詞]雷達(dá) 收發(fā)開關(guān) 射頻開關(guān) 隔離度

中圖分類號(hào)：TD956.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）10-0026-01

1 概述

為了在信號(hào)功率電平越來越高時(shí)仍能保持好的線性度，大多數(shù)天線開關(guān)采用越來越復(fù)雜的設(shè)計(jì)拓?fù)鋪頋M足這些更加嚴(yán)格的線性要求。例如，在天線開關(guān)模塊中經(jīng)常集成有電荷泵，用于提升電池電壓以控制構(gòu)成開關(guān)的場效應(yīng)晶體管（FET）。這種方案通常是一種合理的折衷，因?yàn)樗鼫p少了對更大FET的需求，改善了開關(guān)插損和隔離性能，增強(qiáng)了開關(guān)壓縮點(diǎn)的魯棒性。開關(guān)壓縮點(diǎn)定義為增益被壓縮0.1dB或1dB的輸出功率點(diǎn)（P0.1dB或P1dB）。

2 雷達(dá)電子開關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)思想

雷達(dá)開關(guān)的原理是通過時(shí)序信號(hào)TR控制接收機(jī)的打開與關(guān)閉，接收機(jī)打開時(shí)接收回波信號(hào)，關(guān)閉接收機(jī)時(shí)發(fā)射機(jī)就會(huì)打開并發(fā)射信號(hào)，發(fā)射完畢后關(guān)閉發(fā)射機(jī)，再次打開接收機(jī)接收，周而復(fù)始。描述電子開關(guān)的基本技術(shù)指標(biāo)是隔離度和差損，其說明如下：

（1）隔離度 隔離度是電子開關(guān)關(guān)斷有效性的量度。理想的電子開關(guān)在沒有觸發(fā)信號(hào)的情況下應(yīng)具有非常大的電阻，以保證通過電路的電流極小，是關(guān)斷狀態(tài)。然而由于電子器件在實(shí)際中不可能保證關(guān)斷時(shí)的內(nèi)部電阻為無窮大，漏電流的存在使電子開關(guān)的輸出不嚴(yán)格為零。我們將開關(guān)接通時(shí)在開關(guān)輸出端測得的功率與開關(guān)斷開時(shí)在開關(guān)輸出端測得的功率之差定義為開關(guān)的隔離度，單位是dB。一般說來，隔離度在-100dB 左右的開關(guān)就能夠完全滿足所需的要求。

（2）差損 雷達(dá)接收機(jī)接收到的信號(hào)大多是淹沒在噪聲中的回波信號(hào)。因此，接收信號(hào)的信噪比是否能夠達(dá)到指標(biāo)是雷達(dá)能否正常工作的關(guān)鍵。電子開關(guān)作為電路，本身會(huì)有損耗，損耗會(huì)降低接收信號(hào)的信噪比。因此控制開關(guān)輸入輸出之間的損耗就是差損，是設(shè)計(jì)電子開關(guān)中最重要的一個(gè)問題。

脈沖雷達(dá)系統(tǒng)中所使用的數(shù)字電子開關(guān)應(yīng)具有可控性，即由雷達(dá)的工作時(shí)序控制開關(guān)的打開或關(guān)閉，與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的工作狀態(tài)保持同步。Maxim公司的MAX4566是一塊受控CMOS射頻開關(guān)，IN為控制信號(hào)輸入端，COM為信號(hào)輸入端，NO與NC為信號(hào)輸出端，兩組控制信號(hào)可控制四組開關(guān)。當(dāng)IN為低電平時(shí)，第1和2路開關(guān)關(guān)閉，3和4路開關(guān)打開；當(dāng)IN為高電平時(shí)，第1和2路開關(guān)打開，3和4路開關(guān)關(guān)閉?？筛鶕?jù)不同的需要，靈活的選擇。

2.2 電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

脈沖雷達(dá)系統(tǒng)多工作在高頻段，頻率范圍一般從3M～30MHz。MAX4566 的設(shè)計(jì)指標(biāo)為，在10MHz以下，隔離度-83dB，差損2.5dB。但在實(shí)際測量中我們發(fā)現(xiàn)，由于電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)噪聲的影響，隔離度往往達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，在10MHz 時(shí)，隔離度僅為-70dB，并且頻率越高，隔離度越低。為了提高開關(guān)的隔離度，滿足開關(guān)隔離度要求，我們設(shè)計(jì)3個(gè)芯片級(jí)聯(lián)成T 型結(jié)構(gòu)的方式。電路圖如圖1所示。

圖1中，TR為時(shí)序控制信號(hào)，與控制接收機(jī)的時(shí)序同步，當(dāng)TR低電平時(shí)開關(guān)關(guān)閉，當(dāng)TR為高電平時(shí)開關(guān)打開。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)Q1、Q2導(dǎo)通，Q3關(guān)閉，信號(hào)從RF_IN 到RF_OUT 經(jīng)過Q1、Q2，因此差損也相應(yīng)變?yōu)?dB；當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)Q1、Q2 關(guān)閉，Q3 導(dǎo)通，信號(hào)分流到GND。由于經(jīng)過子開關(guān)Q1、Q2 兩級(jí)隔離，隔離度有所提高，在信號(hào)頻率為30MHz時(shí)隔離度達(dá)到-80dB 以上。

我們設(shè)置輸入信號(hào)的頻率為30MHz，相當(dāng)于雷達(dá)系統(tǒng)工作時(shí)接收信號(hào)的頻率，波形為正弦波。TR端輸入頻率為4kHz TTL電平的方波作為控制信號(hào)，用頻譜分析儀測量輸出信號(hào)，與輸入信號(hào)進(jìn)行比較得出開關(guān)的隔離度與差損值。由測試數(shù)據(jù)可知，開關(guān)的隔離度約為-80dB，差損約為5dB。

3 改進(jìn)雷達(dá)系統(tǒng)開關(guān)電路

3.1 設(shè)計(jì)思想

在雷達(dá)的接收系統(tǒng)中，需要對接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、整形和放大。通常的雷達(dá)開關(guān)在后級(jí)的放大器部分都是對接收回波進(jìn)行單一的放大，其結(jié)果是有用信號(hào)、噪聲以及地波都得到了相同的放大，對提高接收信號(hào)的信噪比沒有明顯的效果。因此考慮設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)識(shí)別接收回波中的有用信號(hào)與噪聲，然后分別進(jìn)行放大和衰減，這樣既可以彌補(bǔ)由于前級(jí)開關(guān)的差損而產(chǎn)生的信號(hào)衰減，也可以增強(qiáng)雷達(dá)接收信號(hào)的信噪比，提高雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)處理能力。

3.2 電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

AD603的連接示意圖如圖2所示，TR為時(shí)序控制信號(hào)，與控制接收機(jī)及前級(jí)開關(guān)的時(shí)序同步，TR控制AD603的增益值，INPUT是信號(hào)輸入端，與前級(jí)開關(guān)的輸出端相連。±VCC=±5V。經(jīng)過提高了信噪比的回波信號(hào)從OUT端輸入到下一級(jí)。

通過計(jì)算，當(dāng) AD603 作為衰減器時(shí)，采用VG 為-500mV，此時(shí)增益為-10dB；當(dāng)AD603 進(jìn)行正常放大時(shí)，采用VG為-100mV，此時(shí)增益為6dB。因此在輸出端的輸出信號(hào)對前級(jí)就有了16dB的增益改善。若需要更大的增益改善，只需在額定范圍內(nèi)改變VG的值即可。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本開關(guān)的最終電路圖如圖3所示，三塊MAX4566組成T型開關(guān)構(gòu)成雷達(dá)開關(guān)的前級(jí)，AD603接在前級(jí)開關(guān)后組成雷達(dá)開關(guān)的后級(jí)?；鶞?zhǔn)電壓源電路的輸出電壓經(jīng)過分壓和選擇器后成為AD603 的控制電壓VG。INPUT端為雷達(dá)接收信號(hào)輸入端，與雷達(dá)天線相連，TR 端為時(shí)序控制信號(hào)，與整個(gè)系統(tǒng)的工作時(shí)序同步?；夭ㄐ盘?hào)從OUTPUT端進(jìn)入到下一級(jí)。

為了檢驗(yàn)開關(guān)電路的適用性、穩(wěn)定性和可靠性，我們把開關(guān)安裝在自行研制的間隔收發(fā)脈沖壓縮體制的電離層探測系統(tǒng)中。在探測模式為5M～15MHz 掃頻、TR 的頻率為8kHz、發(fā)射功率為32W的情況下得到頻率為7M～9MHz，350km 處F層回波，說明開關(guān)能夠正常、穩(wěn)定地工作。在同樣的探測條件下，沒有經(jīng)過開關(guān)的探測結(jié)果是，由于地波過強(qiáng)，造成接收機(jī)前端阻塞，因而接收機(jī)不能正常的接收回波，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

通過實(shí)驗(yàn)測試，本開關(guān)在電離層探測系統(tǒng)上工作穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換速度快，能在TR的控制下很好地與發(fā)射機(jī)和接收機(jī)保持同步工作、開關(guān)差損小、隔離度高，接收信號(hào)通過開關(guān)后信噪比有一定的改善，提高了雷達(dá)系統(tǒng)的信號(hào)處理能力。本開關(guān)最大的優(yōu)點(diǎn)在于易于控制、通用性很強(qiáng)，能廣泛地應(yīng)用于不同類別的小功率脈沖雷達(dá)，只需提供控制雷達(dá)工作的時(shí)序信號(hào)便可使開關(guān)與整個(gè)系統(tǒng)保持同步，正常、穩(wěn)定地工作。

參考文獻(xiàn)

[1] Ulrich L.Rohde ，Dadid P. Newkirk.無線電應(yīng)用的射頻電路設(shè)計(jì).第1 版.北京：電子工業(yè)出版社， 2006 年.pp102- 127.

[2] 《中國集成電路大全》編委會(huì).微波集成電路.第1 版.北京： 國防工業(yè)出版社，1995.pp372- 387

作者簡介

陳雪燕：石家莊橋西區(qū)宮家莊新世紀(jì)小區(qū)B區(qū)2號(hào)樓2單元704室 陳雪燕 13180582457endprint