數(shù)字陣列雷達(dá)射頻接收組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐晶晶

摘 要：要在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的情況下獲取戰(zhàn)場(chǎng)上的信息，主要依靠的就是雷達(dá)，雷達(dá)所接收到的微弱射頻目標(biāo)需要雷達(dá)系統(tǒng)的接收機(jī)對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、下變頻以及選頻等，得到頻譜較為“純凈”的目標(biāo)，并將目標(biāo)提供給后續(xù)系統(tǒng)，幫助后續(xù)系統(tǒng)完成監(jiān)測(cè)獲取目標(biāo)諸元信息。數(shù)字陣列雷達(dá)射頻接收組件是某數(shù)字T/R組件的R通道部分，本文主要研究數(shù)字陣列雷達(dá)射頻接收組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字陣列 雷達(dá)射頻 接收組件 組件設(shè)計(jì)

一、數(shù)字陣列雷達(dá)射頻接收組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）射頻接收模塊

射頻接收模塊包括接收模塊的功能、接收模塊的工作原理、射頻接收模塊指標(biāo)計(jì)算、以及主要電路設(shè)計(jì)。

接收模塊的功能：一般來(lái)說(shuō)，接收模塊的位置處于射頻接收組件的前端，其中包括電子開(kāi)關(guān)、限幅器組、濾波器組和四級(jí)放大鏈路，限幅器組一般有兩個(gè)。在雷達(dá)工作到了接收期時(shí)，通過(guò)接收組件能夠?qū)?shù)字陣列天線(xiàn)接收到的微弱目標(biāo)射頻信號(hào)放大、濾波、選頻，在將外干擾抑制之后將其送往數(shù)字采樣電路。

接收模塊的工作原理：在接收模塊的前端，作為收發(fā)切換的是環(huán)形器，接收通道的增益可以通過(guò)數(shù)控接口來(lái)控制，也能在一定程度上擴(kuò)展接收的動(dòng)態(tài)。幾首模塊的工作原理組成框架圖如圖1所示。

射頻接收模塊指標(biāo)計(jì)算：要對(duì)雷達(dá)接收機(jī)的增益指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算與分配時(shí)，要充分考慮到接收機(jī)的靈敏度、接收機(jī)輸出信號(hào)所應(yīng)用到的處理方式以及動(dòng)態(tài)范圍等因素。在數(shù)字陣列雷達(dá)射頻接收組件設(shè)計(jì)中，數(shù)字采樣的完成通常是通過(guò)ADC芯片，時(shí)間是在射頻回波信號(hào)經(jīng)過(guò)接收機(jī)射頻接收模塊輸出之后。因此，ADC芯片與接收機(jī)的系統(tǒng)增益具有一定的關(guān)聯(lián)，而在接收機(jī)的系統(tǒng)增益確定之后就能夠分配各級(jí)放大管的噪聲系數(shù)以及增益。

主要電路設(shè)計(jì)：主要電路設(shè)計(jì)包括限幅器的電路設(shè)計(jì)和放大鏈路的電路設(shè)計(jì)，其中，限幅器的電路設(shè)計(jì)一般采用PIN二極管，PIN二極管具有耗散功率較大、結(jié)電容較小的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍較廣，經(jīng)過(guò)實(shí)際的驗(yàn)證之后，其限幅與承受功率均達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。選用二極管組成電子開(kāi)關(guān)通常是選擇HMSP3822，其中具有兩只二極管，且是串聯(lián)，具有抗阻低的特點(diǎn)，可以作為開(kāi)關(guān)使用;放大鏈路的電路設(shè)計(jì)通常是采用ATF-54143這一器件，該器件的特點(diǎn)是覆蓋范圍較廣，常常被應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品上，對(duì)于采購(gòu)來(lái)說(shuō)較為方便，且價(jià)格也較為便宜。ATF-54143器件在工作頻帶中的增益比較大，可以達(dá)到20dB，并且起伏較小，通常低于0.5dB。

（二）數(shù)字模塊AD采樣

功能：數(shù)字采樣電路的主要功能就是對(duì)回波信號(hào)的直接射頻進(jìn)行采樣，并且對(duì)采樣信息進(jìn)行變頻處理，在變頻處理時(shí)要將采樣信息置于數(shù)字濾波下，從而形成數(shù)字I/Q基帶信號(hào)。

適中的選?。篘yquist 采樣方案可適用于雷達(dá)重心頻率較高的信號(hào)，如線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)以及帶通窄帶信號(hào)，但這樣的采樣方式實(shí)施起來(lái)難度比較大，且具有高功耗、高成本、可靠性低等特點(diǎn)，實(shí)用價(jià)值并不高，因此，數(shù)字模塊AD采樣使用的采樣方案可以用帶通信號(hào)欠采樣方案。這一采樣方案可以適當(dāng)降低采樣的頻率，避免在采樣過(guò)程中信號(hào)頻譜混疊，還能有效降低信號(hào)的頻率。

ADC芯片的選擇：ADC屬于信噪比損耗器件，因此在選擇ADC芯片時(shí)應(yīng)該要考慮到ADC的輸出信噪比。同時(shí)，在確定ADC的采樣速率以及量化精度時(shí)，應(yīng)該要充分考慮到芯片的處理能力。雖然說(shuō)比較高的ACD采樣速率、量化精度都能達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是單純提升其性能，會(huì)影響電路的簡(jiǎn)單性，還會(huì)在一定程度上提高成本，無(wú)法在整體范圍內(nèi)提升其性能。因此，在ADC芯片的選擇上，不僅要考慮ADC的采樣速率、量化精度以及信噪比，還要考慮轉(zhuǎn)換位數(shù)、無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍以及全功率輸出帶寬。

主要電路設(shè)計(jì)：在前端的射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)SMA轉(zhuǎn)接頭輸送到變壓器，經(jīng)過(guò)變壓器之后，經(jīng)過(guò)射頻1∶1傳輸，單端的信號(hào)會(huì)轉(zhuǎn)化為差分信號(hào)。

二、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，信息化時(shí)代的基本語(yǔ)言就是數(shù)字。隨著數(shù)字電路的快速發(fā)展，雷達(dá)數(shù)字接收機(jī)的顯著標(biāo)志變?yōu)閿?shù)字化技術(shù)。技術(shù)的發(fā)展為數(shù)字陣列雷達(dá)射頻接收組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了必要的基礎(chǔ)條件，極大地改善了接收機(jī)的靈活性與整體性能，為實(shí)現(xiàn)接收機(jī)全數(shù)字化奠定了一定的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]田金星.數(shù)字陣列雷達(dá)射頻接收組件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].武漢理工大學(xué)，2015.