數(shù)據(jù)鏈中信道功放模塊的設(shè)計(jì)

王璟

摘 要 數(shù)據(jù)鏈在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)據(jù)鏈能夠在各個(gè)用戶間，依據(jù)共同的通信協(xié)議，使用自動(dòng)化的無線電設(shè)備，傳遞、交換數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)谦@得信息優(yōu)勢(shì)，提高作站平臺(tái)快速反應(yīng)能力和協(xié)同作戰(zhàn)能力，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)指揮自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備。本產(chǎn)品為機(jī)載數(shù)據(jù)鏈的關(guān)鍵設(shè)備，在機(jī)載數(shù)據(jù)鏈起到信息的傳輸與調(diào)制作用。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)原理 流程 機(jī)載數(shù)據(jù)鏈

本模塊包括接收通道、激勵(lì)通道、頻綜單元、功率放大共4個(gè)部分。其中接收通道包含2路下變頻通道，采用高本振兩次變頻，中頻輸出為AGC。激勵(lì)通道包含一路上變頻通道，同樣采用高本振兩次變頻。頻綜單元包含了兩個(gè)頻率合成器單元，跳頻本振與固定本振。固定本振功分為三路，為接收通道與發(fā)射通道提供固定第二本振。跳頻本振為接收通道與發(fā)射通道提供第一本振。功率放大器是將激勵(lì)通道上變頻的信號(hào)放大送天線發(fā)射。

接收通道分為兩路，接收A和接收B，其電路結(jié)構(gòu)完全相同。天線接收到信號(hào)，通過環(huán)形器后進(jìn)入接收單元。進(jìn)入接收單元首先經(jīng)過預(yù)選濾波器，對(duì)鏡像、本振和中頻泄漏進(jìn)行抑制。進(jìn)入選通開關(guān)，根據(jù)信號(hào)幅度選擇放大或是直通，再經(jīng)過一級(jí)濾波器進(jìn)入混頻器，射頻信號(hào)由兩次變頻濾波，下變到中頻信號(hào)，在每次變頻之后還要經(jīng)過濾波器、放大器、濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化。此后通過一級(jí)AGC，以滿足動(dòng)態(tài)范圍120dB，輸出電平為-10dBm±2dBm的指標(biāo)要求。

1 接收通道原理

接收通道需要有120dB的動(dòng)態(tài)輸入，在射頻前端的STC可以有40dB的動(dòng)態(tài)切換，所以在中頻部分也需要有80dB動(dòng)態(tài)的AGC電路。本方案擬選用AD公司的AD8367，該單片自帶檢波系統(tǒng)，可以很好的進(jìn)行AGC放大。一個(gè)單片可以有40dB的AGC控制，接收部分使用兩只串聯(lián)可以達(dá)到80dB動(dòng)態(tài)控制。

2 激勵(lì)通道原理

激勵(lì)通道輸入**MHz信號(hào)，可以根據(jù)輸入信號(hào)帶寬由外部引入2條控制線，控制選擇相應(yīng)帶寬的濾波器通過，信號(hào)經(jīng)過開關(guān)進(jìn)入第一級(jí)混頻器，與頻綜單元中的固定本振頻率信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻器輸出變頻后的信號(hào)，還有不需要的雜散。

由于發(fā)射通道要求是線性放大的通道，所以需要有數(shù)控衰減器對(duì)發(fā)射通道的增益進(jìn)行微調(diào)，數(shù)控衰減器由外部LVTTL電平直接控制衰減值的大小。

3 頻綜單元原理

晶振選用100MHz，通過功分器，分成4路，一路輸出給外部，一路分給跳頻本振作為參考，一路分給單片機(jī)作為時(shí)鐘，一路分給固定本振作為參考，固定本振由單片機(jī)給出的控制信號(hào)來提供變頻器需要的本振頻率，經(jīng)過放大和功分給出三路信號(hào)，再分別經(jīng)過濾波和放大輸入給接收和激勵(lì)通道的變頻器；跳頻本振由單片機(jī)給出的控制信號(hào)來提供變頻器需要的本振頻率，經(jīng)過放大和功分給出三路信號(hào)，再分別經(jīng)過濾波和放大輸出給接收和激勵(lì)通道的變頻器。加入濾波器和放大器是為了提高通道之間的相互隔離。

4 功放單元原理

天線選擇時(shí)，通過兩個(gè)獨(dú)立功放單元的切換實(shí)現(xiàn)，通過輸入端的天線切換開關(guān)在兩路獨(dú)立功放之間切換實(shí)現(xiàn)此功能。兩路功放單元完全對(duì)稱，現(xiàn)就一路做簡(jiǎn)要分析：

射頻放大單元包括3級(jí)放大，第一級(jí)為放大單片，該單片工作在甲類狀態(tài)，提供高增益的同時(shí)具有良好的線性。第二級(jí)，末級(jí)分別為L(zhǎng)DMOS微波功率管，之所以采用LDMOS功率管是因?yàn)樵摴β使芄ぷ髟诩滓翌悹顟B(tài)，具有良好的微波特性。

由于LDMOS具有以上特性，工作結(jié)溫更低（低熱阻），工作穩(wěn)定性更好（低反饋），抗燒毀能力更強(qiáng)，因而可靠性更高，LDMOS的MTBF（失效平均時(shí)間）相對(duì)于其它類型的功率管明顯改善。

末級(jí)環(huán)形器采用無源鐵氧體材料微帶結(jié)構(gòu)，該器件通過功率大，差損小，隔離度高，駐波良好，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)小，便于安裝。如圖1所示。

邏輯控制及靜態(tài)偏置單元包括靜態(tài)偏置單元和邏輯控制單元。

邏輯控制單元主要是利用數(shù)字電路與非，通過一定的工作模式實(shí)現(xiàn)對(duì)功率管開關(guān)電控制的方式來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字電路是以二進(jìn)制邏輯代數(shù)為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，使用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，既能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算又能方便地進(jìn)行邏輯運(yùn)算。以二進(jìn)制為基礎(chǔ)的數(shù)字電路，電源電壓的小的波動(dòng)對(duì)其沒有影響，具有抗干擾能力強(qiáng)、集成度高、體積小、功耗低、響應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)。

5 指標(biāo)分析

5.1 接收通道動(dòng)態(tài)范圍（帶內(nèi)）：120dB

當(dāng)輸入電平從-115dBm到5dBm，保證輸出電平：-10dBm±2dBm，此指標(biāo)以AGC實(shí)現(xiàn)，在射頻前端的STC可以有40dB的動(dòng)態(tài)切換，所以在中頻部分也需要有80dB動(dòng)態(tài)的AGC電路。本方案擬選用AD公司的AD8367，該單片自帶檢波系統(tǒng)，可以很好的進(jìn)行AGC放大。一個(gè)單片可以有40dB的AGC控制，AGC的建立時(shí)間為5μs，接收部分選用兩只串聯(lián)可以達(dá)到80dB動(dòng)態(tài)控制。

5.2 功放輸出高電壓駐波比保護(hù)

功放輸出端加入環(huán)形器，利用對(duì)環(huán)形器第三端功率檢測(cè)，當(dāng)輸出電壓駐波比過大時(shí)，從環(huán)形器第三端耦合的功率就會(huì)相應(yīng)變大，通過檢波器檢出電壓，利用和比較器參考電壓的比較，輸出一個(gè)高低電平，經(jīng)過一個(gè)非門做反，此信號(hào)和功放的使能信號(hào)進(jìn)行邏輯與，當(dāng)超過要求值時(shí)，功放斷電保護(hù)，停止工作。這樣可以保證功放輸出開路，短路時(shí)功放不損壞。

5.3 功放熱保護(hù)電路

本電路利用溫度探測(cè)器件，對(duì)盒體溫度的監(jiān)測(cè)輸出一個(gè)電壓值，和預(yù)先設(shè)置好的電壓值經(jīng)過比較器進(jìn)行比較。預(yù)置參考電壓值對(duì)應(yīng)過熱保護(hù)的最大溫度值。當(dāng)盒體溫度超過要求最大值時(shí)，溫度探測(cè)器件輸出電壓將大于預(yù)置參考電壓，比較器輸出高電平，然后和其它故障信號(hào)進(jìn)行邏輯與，一但其中一路故障信號(hào)為故障高電平。此時(shí)功放斷電保護(hù)，停止工作。

6 小結(jié)

本文主要對(duì)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈中的收發(fā)通道進(jìn)行研究，其次，對(duì)模塊實(shí)施細(xì)節(jié)中涉及到的各單元簡(jiǎn)單介紹，結(jié)合應(yīng)用的需要對(duì)模塊中的關(guān)鍵技術(shù)突破進(jìn)行闡述，并采用仿真軟件進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)通道動(dòng)態(tài)范圍、發(fā)射通道保護(hù)等關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)論證。

參考文獻(xiàn)

[1]魏冬.基于極化信號(hào)處理的射頻功放能效優(yōu)化研究[D].北京郵電大學(xué)，2013.

[2]何寧波.面向線性化功放的基帶數(shù)字預(yù)失真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2012.

[3]游偉，郭道省，易旭.無線信道中功放非線性失真補(bǔ)償技術(shù)研究[J].無線通信技術(shù)，2016（01）：11-16.

作者單位

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所 四川省成都市 610036