一種大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大動(dòng)態(tài)連續(xù)波接收機(jī)，主要包括限幅低噪放、鏡像抑制混頻、三階帶阻濾波器、中頻匹配濾波、手動(dòng)增益控制電路。該接收機(jī)線性動(dòng)態(tài)可達(dá)到40dB，接收機(jī)在接收近距離強(qiáng)回波信號時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到98dB，很大程度地?cái)U(kuò)展了雷達(dá)接收系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。雷達(dá)系統(tǒng)增加這種接收機(jī)后，可很大程度地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍，即在探測近距離的目標(biāo)時(shí)不至于出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，同時(shí)對遠(yuǎn)距離的小目標(biāo)進(jìn)行有效的獲取接收。
【專利說明】一種大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)。尤其是一種大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]在線性調(diào)頻連續(xù)波(LFMCW)雷達(dá)中，接收機(jī)輸出目標(biāo)回波差拍信號幅度與雷達(dá)到目標(biāo)距離的四次方成反比，因此隨著距離的增大，信號幅度迅速衰減，加上目標(biāo)反射面的大小引起回波幅度的變化，系統(tǒng)就要求接收機(jī)要有很大的動(dòng)態(tài)范圍，也就是接收機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，既要擴(kuò)大線性動(dòng)態(tài)，也要擴(kuò)大系統(tǒng)的總動(dòng)態(tài)。在脈沖體制雷達(dá)中一般都采用靈敏度時(shí)間控制電路(STC)和自動(dòng)增益控制電路(AGC)來進(jìn)一步擴(kuò)展接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。然而在連續(xù)波雷達(dá)中，接收機(jī)檢測的是差拍頻率，顯然不能采用靈敏度時(shí)間控制電路(STC)的方法來擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本發(fā)明目的在于提供一種大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)。
[0004]為此，本發(fā)明提供的大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)包括依次連接的低噪聲放大器、鏡像抑制混頻器、帶阻濾波器、中頻匹配濾波器和手動(dòng)增益控制電路；
[0005]所述的低噪聲放大器將雷達(dá)天線接收機(jī)到的目標(biāo)回波信號進(jìn)行低噪聲放大；
[0006]所述的鏡像抑制混頻器將低噪聲放大后的信號下變頻到中頻信號；
[0007]所述帶阻濾波器在中頻段抑制發(fā)射泄露信號及近距離強(qiáng)地雜波信號，所述帶阻濾波器為三階帶阻濾波器。
[0008]所述中頻匹配濾波器用于濾出雷達(dá)的有用信號，其包括中頻LC帶通濾波器，帶寬為雷達(dá)作用距離的信號帶寬。
[0009]所述手動(dòng)增益控制電路用于調(diào)節(jié)接收機(jī)增益，使接收機(jī)不飽和，所述手動(dòng)增益控制電路包括數(shù)控衰減器和單片機(jī)。
[0010]優(yōu)選的，上述大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)的線性動(dòng)態(tài)為40dB，接收機(jī)在接收近距離強(qiáng)回波信號時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍為98dB。
[0011]優(yōu)選的，所述低噪聲放大器的輸出IdB壓縮點(diǎn)為15dBm，增益為20dB ;所述鏡像抑制混頻器輸入的最大信號為1dBm;所述帶阻濾波器的中心頻率為中頻頻率；所述數(shù)控衰減器的衰減量為30dB。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的接收機(jī)優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013]接收機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，鏡像抑制混頻器前端的低噪放在滿足噪聲系數(shù)和增益的情況下，設(shè)計(jì)低噪放輸出IdB壓縮點(diǎn)為15dBm，增益為20dB ;鏡像抑制混頻器輸入的最大信號為lOdBm。即接收機(jī)最大輸入信號為-1OdBm時(shí)，接收機(jī)前端不飽和。
[0014]在中頻端，發(fā)射機(jī)泄露功率及近地雜波的回波信號主要為中頻頻率的信號，為了抑制此信號，使接收機(jī)不飽和，在混頻之后插入一個(gè)三階帶阻濾波器。設(shè)計(jì)帶阻濾波器中心頻率為中頻頻率，即發(fā)射機(jī)泄露功率和近地雜波的回波信號在中頻頻率點(diǎn)抑制達(dá)40dB，使其中頻段上的每一級電路不飽和。
[0015]同時(shí)，在中頻段設(shè)計(jì)MGC控制電路，電路由數(shù)控衰減器及單片機(jī)組成，數(shù)控衰減器衰減量為30dB，為可實(shí)時(shí)調(diào)整接收機(jī)增益，從而達(dá)到擴(kuò)展接收機(jī)動(dòng)態(tài)的目的。
[0016]連續(xù)波雷達(dá)使用本發(fā)明的接收機(jī)后，很大程度地?cái)U(kuò)展了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍，即雷達(dá)在探測近距離的目標(biāo)不至于出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]以下結(jié)合附 圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]圖1為本發(fā)明接收機(jī)的組成框圖；
[0019]圖2為實(shí)施例的接收機(jī)的電路原理框圖；
[0020]圖3為實(shí)施例的接收機(jī)信號電平關(guān)系示意圖；
[0021]圖4為實(shí)施例的接收機(jī)中頻端插入帶阻濾波器后信號電平關(guān)系示意圖；
[0022]圖5為實(shí)施例的接收機(jī)設(shè)計(jì)拓布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參考圖1，本發(fā)明的接收機(jī)主要包括限幅低噪放、鏡像抑制混頻、三階帶阻濾波器、中頻匹配濾波、手動(dòng)增益控制(MGC)電路、中放、供電電路及控制電路。
[0024]本發(fā)明的接收機(jī)采用外差式一次下變頻模式，接收機(jī)將來自天線的回波信號通過限幅器、低噪放放大后，與系統(tǒng)本振進(jìn)行混頻，混頻后再送入中頻端進(jìn)行放大及濾波，得到的中頻信號，再送入A/D采樣后進(jìn)行數(shù)字I/Q鑒相，再將輸出的信號給信號處理分系統(tǒng)進(jìn)行處理。
[0025]本發(fā)明的帶阻濾波器用于在中頻段抑制發(fā)射泄露信號及近距離強(qiáng)地雜波信號，連續(xù)波雷達(dá)的最強(qiáng)的回波信號主要為發(fā)射泄露和近地雜波信號，在中頻主要表現(xiàn)在中頻頻率附近的信號，帶阻濾波器為三階帶阻濾波器，中心頻率為雷達(dá)的中頻頻率。
[0026]本發(fā)明的手動(dòng)增益控制電路是在雷達(dá)工作中，根據(jù)實(shí)際地物環(huán)境情況，當(dāng)雷達(dá)陣地架設(shè)點(diǎn)周圍遮擋比較嚴(yán)重，雷達(dá)接收到的回波信號比較強(qiáng)，可通過手動(dòng)增益控制電路調(diào)節(jié)接收機(jī)增益，使接收機(jī)不至于飽和；手動(dòng)增益控制電路包括數(shù)控衰減器及控制電路組成。控制電路主要通信接口及單片機(jī)組成，當(dāng)雷達(dá)操作手發(fā)現(xiàn)有強(qiáng)回波的目標(biāo)時(shí)，通過顯控軟件發(fā)送衰減指令給接收機(jī)的接口，單片機(jī)將解析指令，發(fā)送相應(yīng)的控制碼到數(shù)控衰減器，完成手動(dòng)增益控制過程。優(yōu)選的，數(shù)控衰減器可將信號的幅度衰減達(dá)30dB，即雷達(dá)在探測強(qiáng)回波的目標(biāo)時(shí)，可將動(dòng)態(tài)擴(kuò)大30dB。
[0027]以下是發(fā)明人提供的具體實(shí)施例，以對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步解釋說明。
[0028]實(shí)施例:
[0029]該實(shí)施例的接收機(jī)原理框圖如圖2所示，具體為一種S波段的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)，其指標(biāo)為:中頻30MHz，最大線性輸出信號幅度2V(峰峰值)，50Ω負(fù)載即+1dBm;噪聲電平要求(峰峰值)≥10mV(-36dBm),接收中頻帶寬為2.4MHz，噪聲系數(shù)為2dB。[0030]由于接收機(jī)中頻帶寬為2.4MHz，噪聲系數(shù)為2dB，即接收機(jī)的臨界靈敏度為-108dBm。接收機(jī)噪聲電平要求(峰峰值)≥10mV(-36dBm)，即接收機(jī)增益為72dB。
[0031]低噪聲放大器設(shè)計(jì)增益為20dB，IdB壓縮點(diǎn)輸出為1dBm ;噪聲系數(shù)為1.2dB ;輸入端、輸出端裝有隔離器，保證接收機(jī)輸入、輸出端的駐波為1.2 ;輸入端接口為SMA-K，輸出端為焊針，可直接搭接印制板。
[0032]鏡像抑制混頻器采用Hittite公司的鏡像抑制混頻器，鏡像抑制比為25dB，最大輸入信號為1dBm,差損為8dB。
[0033]帶阻濾波器中心頻率為30MHz，IdB帶寬為為1.4MHz，采用三階LC形式組成，電感采用鍍銀空心線圈繞制，電容采用高精度的ATC電容，30MHz處抑制40dB以上。輸入、輸出端均為焊針，搭接在印制板上。
[0034]中頻放大采用Hittite公司的放大器，增益為20dB，IdB壓縮點(diǎn)輸出為22dBm。
[0035]中頻濾波器中頻帶寬為2.4MHz ±0.2MHz (-0.5dB帶寬)，4.5MHz抑制40dB。
[0036]按照圖3所示電路增益分配，接收機(jī)在-1OSdBm~_68dBm的輸入功率下均能有40dB的線性增益，且每一級電路均不飽和，即此時(shí)接收機(jī)的線性動(dòng)態(tài)為40dB。
[0037]連續(xù)波雷達(dá)最強(qiáng)的回波信號主要為近地雜波的回波和發(fā)射機(jī)泄露信號，即主要為30MHz的信號。為進(jìn)一步擴(kuò)展接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍，接收機(jī)在混頻器輸出，插入帶阻濾波器進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，即當(dāng)接收機(jī)輸入信號為-1OdBm,即低噪放輸出1dBm,混頻輸出2dBm，信號進(jìn)過帶阻濾波器后衰減達(dá)40dB。遠(yuǎn)距離的回波信號由于頻率偏離30MHz，所以接收機(jī)按原有的增益對信號進(jìn)行放大輸出，即不會影響雷達(dá)對遠(yuǎn)距離信號的接收。設(shè)計(jì)30MHz的泄露抑制大于40dB以上，可將接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到40dB以上。
[0038]如圖4所示，接收機(jī)最大輸入信號功率電平可提高到-1OdBm,且每一級電路均不飽和。
[0039]手動(dòng)增益控制(MGC)電路采用高精度的數(shù)控衰減器來實(shí)現(xiàn)，步進(jìn)0.5dB,總衰減量為31dB，系統(tǒng)工作時(shí)，假如陣地周圍環(huán)境回波比較強(qiáng)，雷達(dá)操作手可根據(jù)實(shí)際情況，在顯控界面點(diǎn)擊相應(yīng)的衰減量，指令發(fā)給接收機(jī)控制模塊，控制采用ADUC834BSZ單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)根據(jù)相應(yīng)的控制指令，產(chǎn)生對應(yīng)的控制碼去控制衰減器，降低接收機(jī)增益，實(shí)現(xiàn)了接收機(jī)動(dòng)態(tài)的擴(kuò)展。電路實(shí)現(xiàn)簡單，操作方便?？蓪⒔邮諜C(jī)動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展至少30dB。
[0040]接收機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮布線及輸入、輸出回路之間的耦合，同時(shí)在電源上做紋波衰減及隔離處理，做好放大器輸入、輸出阻抗的匹配，保證信號鏈路上各個(gè)器件均能正常工作，發(fā)揮各個(gè)器件的最大動(dòng)態(tài)。已達(dá)到最大的線性動(dòng)態(tài)范圍。
[0041]電路采用高可靠、低功耗設(shè)計(jì)思路,總功耗6W。電路板布局考慮電磁兼容性,確保線路間不會產(chǎn)生電磁耦合。同時(shí)為了保證產(chǎn)品失效率不會增加，在設(shè)計(jì)中認(rèn)真考慮了元器件的環(huán)境條件，電路設(shè)計(jì)考慮裕度設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)及電路的集成化設(shè)計(jì)；對于主要熱耗器件進(jìn)行熱設(shè)計(jì)；采用成熟的新技術(shù)，簡化電路設(shè)計(jì)及減少元器件數(shù)量和品種。
[0042]結(jié)構(gòu)件采用鋁材加工，信號鏈路部分結(jié)構(gòu)上采用壓條屏蔽，表面進(jìn)行導(dǎo)電氧化處理，同時(shí)加強(qiáng)電源器件、放大器的的散熱，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便。
[0043]如圖5所示，接收機(jī)低噪聲放大器I的輸入接口為接收機(jī)信號輸入，模塊采用鍍銀腔體屏蔽，設(shè)計(jì)噪聲系數(shù)為1.6(^，增益20(^，輸出IdB壓縮點(diǎn)為1dBm,保證接收前端的動(dòng)態(tài)范圍，輸出端直接焊接在接收機(jī)印制板上，輸出的信號直接進(jìn)入混頻器。[0044]接收機(jī)印制板2采用聚四氟乙烯板材，信號走線保證50歐姆阻抗特性，輸入、輸出線采用壓條隔離布局，防止信號輸入輸出端耦合引起放大器自激，保證放大均能線性工作。
[0045]帶阻濾波器模塊3封裝三階帶阻濾波器，為了提高阻帶深度，電感采用空心螺旋線圈，同時(shí)電感在裝配上考慮腔體效應(yīng)，此模塊腔體采用鍍金純銅銑制，三階電路之間完全封閉，盡量減小三階之間的互感。
[0046]接收機(jī)供電模塊4采用DC-DC轉(zhuǎn)換模塊，模塊輸入輸出加入紋波衰減模塊，輸出的電壓在進(jìn)行線性穩(wěn)壓后給接收機(jī)各個(gè)模塊供電。供電模塊采用單獨(dú)盒體屏蔽，直接安裝與接收機(jī)腔體上，便于電源模塊的散熱。
【權(quán)利要求】
1.一種大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)，其特征在于，該大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)包括依次連接的低噪聲放大器、鏡像抑制混頻器、帶阻濾波器、中頻匹配濾波器和手動(dòng)增益控制電路； 所述的低噪聲放大器將雷達(dá)天線接收機(jī)到的目標(biāo)回波信號進(jìn)行低噪聲放大； 所述的鏡像抑制混頻器將低噪聲放大后的信號下變頻到中頻信號； 所述帶阻濾波器在中頻段抑制發(fā)射泄露信號及近距離強(qiáng)地雜波信號，所述帶阻濾波器為三階帶阻濾波器。 所述中頻匹配濾波器用于濾出雷達(dá)的有用信號，其包括中頻LC帶通濾波器，帶寬為雷達(dá)作用距離的信號帶寬。 所述手動(dòng)增益控制電路用于調(diào)節(jié)接收機(jī)增益，使接收機(jī)不飽和，所述手動(dòng)增益控制電路包括數(shù)控衰減器和單片機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)，其特征在于，所述大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)的線性動(dòng)態(tài)為40dB，接收機(jī)在接收近距離強(qiáng)回波信號時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍為98dB。
3.如權(quán)利要求1或2所述的大動(dòng)態(tài)連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)，其特征在于，所述低噪聲放大器的輸出IdB壓縮點(diǎn)為15dBm，增益為20dB ;所述鏡像抑制混頻器輸入的最大信號為1dBm ；所述帶阻濾波器的中心頻率為中頻頻率；所述數(shù)控衰減器的衰減量為30dB。
【文檔編號】G01S7/34GK104035077SQ201410266978
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】楊永鋒 申請人:西安天和防務(wù)技術(shù)股份有限公司