X波段收發(fā)組件的設(shè)計

余奧 劉維佳

摘 要 本文介紹了X波段收發(fā)組件系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，簡要分析了X波段收發(fā)組件分量的各項指標。并設(shè)計了X波段收發(fā)組件的系統(tǒng)框圖。結(jié)合系統(tǒng)框圖分配指標，實現(xiàn)發(fā)射功率33dBm～35dBm，接收通道增益不小于50dB的高性能X波段收發(fā)組件。

關(guān)鍵詞 X波段;收發(fā)組件;發(fā)射功率;接收通道增益

X band transmit/receive component design

Yu Ao Liu Weijia

the 55th institute of China electronic science and technology corporation， Nanjing， Jiangsu 210016

Abstract This paper introduces the design method of X band transmit/receive component， and briefly analyzes the indicators of X band transmit/receive component. Based on this， the system block diagram of X band transmit/receive component is designed. Combined with transmit/receive system block diagram and assigned indicators， designed a high performance X band transmit/receive component which achieved RF power 33dBm～35dBm and ，receive channel gain not less than 50dB.

Keyword X band; Transmit/receive component; RF power; Receive channel gain

引言

微波收發(fā)組件作為微波通信的前端，在整個通信設(shè)備中有著重要的地位?，F(xiàn)在，單芯片收發(fā)器已經(jīng)在S和C波段開發(fā)，并且非常流行，這就導致了低頻頻段的擁擠。在X波段，要想整個收發(fā)器系統(tǒng)集成在單個芯片上，這個做法是很難的，現(xiàn)在普遍存在以微波混合集成電路（HMIC）的形式將具有不同功能的芯片搭載到一個芯片收發(fā)器。在小型化和輕量化方面，我們利用MCM（多層多芯片技術(shù)）和LTCC（低溫共燒陶瓷技術(shù)），簡化了MMIC芯片之間的連接，減少了各種干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性[1]。收發(fā)組件包括接收分支和發(fā)送分支。本文提供了X波段收發(fā)組件的設(shè)計思路，分解、模擬了關(guān)鍵部件。

1X波段收發(fā)組件的系統(tǒng)方案

本文的收發(fā)組件系統(tǒng)框圖如圖1所示：

圖1? 組件系統(tǒng)框圖

在該設(shè)計中，射頻源產(chǎn)生X波段射頻信號（f0），通過發(fā)射調(diào)制器形成射頻脈沖信號，經(jīng)功率放大后平均功分兩路輸出;對接收信號經(jīng)功率合成后放大，通過接收調(diào)制器進行相關(guān)接收，再與射頻源耦合產(chǎn)生的本振信號混頻后輸出零中頻脈沖信號，給后級電路進行處理。

2詳細技術(shù)設(shè)計

2.1 頻率源部分設(shè)計

鎖相環(huán)電路是自動控制電路，其經(jīng)過相位檢測器比較參考信號和輸出信號的相位，以使輸出信號與參考信號同步。鎖相環(huán)電路由相位檢測器（PD），環(huán)路濾波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）組成。以100MHz晶振提供給鎖相源穩(wěn)定參考信號，通過鎖相方式輸出X波段點頻信號。

2.2 發(fā)射部分設(shè)計

發(fā)射部分將頻率源通過耦合器直通端輸出的射頻信號經(jīng)驅(qū)動放大器、開關(guān)調(diào)制器、功放、隔離器、功分器等幅輸出兩路發(fā)射信號。如圖1所示，通過A調(diào)制信號控制單刀單擲開關(guān)（SW1）實現(xiàn)發(fā)射調(diào)制器（調(diào)制器1）功能，通過B調(diào)制信號控制功放（PA）脈沖工作[2]。

2.3 發(fā)射主要指標分析

（1）射頻輸出功率：33dBm～35dBm（單口），雙路不平衡度≤0.5dB;

輸出選擇先放大再功分的方案，該方案成本相對較低，且輸出只有無源功分器，雙路不平衡度指標相對會好一點。為了改善功放輸出駐波，核算功放功率余量后，在功放輸出端增加隔離器。通過上述分析，發(fā)射輸出功率33.5dBm。

兩路不平衡度理論上是0dB，實際可能由于裝配帶來的端口駐波差異引入損耗不一致，根據(jù)此頻段仿真及實際測試結(jié)果，預計不平衡度不大于0.3dB。

（2）發(fā)射開關(guān)（調(diào)制器1）上升/下降沿：≤20ns;發(fā)射開關(guān)（調(diào)制器1）通斷比：≥60dB

組件中是通過控制信號A調(diào)制開關(guān)實現(xiàn)該功能，對于引信收發(fā)前端組件，通過快速切換開關(guān)產(chǎn)生高速調(diào)制的射頻脈沖信號，指標主要由兩個因素決定：一是驅(qū)動控制開關(guān)的驅(qū)動器的切換速度、一是開關(guān)的切換速度。

（3）發(fā)射端、接收端可承受的最大輸入功率：≥30dBm（發(fā)射端）;

發(fā)射輸出端選用隔離器可以保證從反向輸入的大功率信號不會損壞功放，功分器隔離電阻選用大功率電阻，保證當兩端輸入功率不平衡時，大功率條件下不會損壞隔離電阻。

2.4 接收部分設(shè)計

通過威爾金森功分器將兩路接收到的信號合成一路輸入，限幅器用于保護接收通道在大功率信號輸入條件不損壞，通過D調(diào)制信號控制單刀單擲開關(guān)（SW2）實現(xiàn)接收調(diào)制器（調(diào)制器2）功能，射頻鏈路放大、濾波后，與頻率源耦合放大濾波的本振信號經(jīng)雙平衡混頻器混頻輸出零中頻脈沖信號，中頻鏈路對中頻信號增益放大濾波輸出。

2.5 接收主要指標分析

（1）接收通道增益：≥50dB;輸出中頻脈沖幅度：峰值最高不超過（-1V、+1V）;

接收增益可大于50dB，且中頻輸出峰峰值不超過（-1V、+1V）（換算到輸出功率@50ohm為4dBm），射頻采用2級放大器，中頻采用1級放大器，鏈路中濾波器主要用于濾除本振及射頻泄露信號、帶外諧雜波信號，可選用衰減器用于補償增益和調(diào)整輸出峰峰值。經(jīng)測算鏈路增益51.5dB，輸出功率3.5dBm（-0.94V，+0.94V）。

（2）中頻放大器帶寬：60MHz，帶內(nèi)波動≤1dB;矩形系數(shù)（）≤1.4;

中頻放大器選用寬帶放大器，滿足帶寬要求，矩形系數(shù)主要通過多級低通濾波器保證。

（3）射頻輸入端隔離度：≥20dB;

接收輸入端隔離度由威爾金森功分器兩支路端口隔離度保證，工作頻帶相對較窄，通過設(shè)計可以實現(xiàn)25dB隔離度。

（4）噪聲系數(shù)：≤12dB;

理論測算接收噪聲系數(shù)可達到10dB。

（5）發(fā)射端、接收端可承受的最大輸入功率：≥30dBm（接收端）;

接收輸入端功分器、隔離器設(shè)計可滿足30dBm輸入功率，限幅器可承受6W輸入功率，限幅電平15dBm，保證后端器件不損壞。

（6）接收開關(guān)（調(diào)制器2）上升/下降沿：≤20ns;接收開關(guān)通斷比：≥60dB;

分析同發(fā)射調(diào)制開關(guān)[3]。

3結(jié)束語

本文在研究X波段收發(fā)組件現(xiàn)有技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于微帶混合集成電路的X波段通信系統(tǒng)收發(fā)組件。通過仿真和實際測算，研制出射頻輸出功率33～35dBm，接收通道增益≥50dB的高性能收發(fā)組件。

參考文獻

[1] 胡明春，周志鵬，嚴偉.相控陣雷達收發(fā)組件技術(shù) [M].北京：國防工業(yè)出版社，2010：215.

[2] Vendelin G D，Pavio A M，Rohde U L . Microwave Circuit Design Using Linear and Nonlinear Techniques （Vendelin/Microwave Circuit Design Using Linear and Nonlinear Techniques） || Lumped and Distributed Elements[M]. John Wiley & Sons，Inc，2005：255.

[3] E.Wilkinson.Ann-Way Hybrid Power Divider [J].IRE Trans.on Microwave Theory and Techniques，1960（8）：116-118.